深基坑支護坍塌的原因分析與處理

時 衛 平

(長治市建筑工程總公司，山西 長治 046012)

1 工程實例

1.1 工程基本概況

某小區地下車庫位于該小區1號、2號住宅樓的北面，中間與3號、4號住宅樓連接成整體，建筑設計東西向最長209.54 m，南北向最寬104.90 m，建筑總面積19 372.59 m2，地下1層，層高5.1 m，天然地基，基底標高為-7.6 m，柱下鋼筋混凝土條形基礎加防水板，框架結構。該場地地勢西高東低(介于-1.6 m～-0.62 m)，基坑的開挖平均深度為6.0 m，最深6.98 m。地下車庫開工時該小區的施工環境是1號、2號住宅樓已基本完工，3號、4號住宅樓主體結構已驗收，正在進行室內外抹灰。

1.2 深基坑支護方案

根據地庫工程的基坑開挖深度，施工單位按照《危險性較大的分部分項工程安全管理辦法》(建質[2009]87號)文件要求，經安全計算后編制了相應的《深基坑工程專項施工方案》，并于2016年7月7日通過專家論證后予以實施。其中，主要考慮該基坑緊臨1號、2號樓，其基礎外邊線距已建好的1號、2號住宅樓北外墻6.1 m，距兩樓門廳部位的距離為3.6 m，則與1號、2號住宅樓相鄰的基坑東西向全長確定的支護結構形式為水泥土擋墻，墻寬1 550 mm，4排水泥土樁，單根樁徑500 mm，互相咬合150 mm，樁長8.6 m，離開基礎邊緣1 000 mm施打第一排水泥土樁，門廳部位在該排樁中加插工字型鋼，其他東、西及北三面均采用放坡方式。降水方法為管井降水。

1.3 施工進展情況

施工單位于2016年7月10日～25日進行了水泥土擋墻施工，2016年8月3日開始土方開挖，2016年9月10日土方開挖至南側中間部位的基坑底部時該部位的水泥土擋墻支護結構突然坍塌。施工單位在支護結構坍塌后及時上報了建設單位，通知了專業支護結構施工單位，并隨即組織設計、監理單位復查了實體，進行了技術洽商。支護結構的設計單位提出了先對已坍塌部位回填土方至設計標高-3.5 m(兩側土方第一步開挖的底標高)，再打鋼筋混凝土灌注樁的加固方案。后經各方責任主體會同商討同意后于2017年10月15日完成灌注樁施工。其后再行開挖，于2017年11月15前完成了地下車庫的基礎與主體結構施工。

2 原因分析

1)違反施工規范和操作規程，沒有執行專項施工方案中的技術要求。

從現場坍塌部位的周圍環境及土質情況看，坡頂存在積水現象，現場排水措施不到位；邊坡土層呈現濕土狀態，土層的含水率較大；邊坡有明顯的挖掘機鏟印，可以判斷該土層上受到了嚴重的重載擾動等等，這些因素均是造成支護結構坍塌的重要原因之一。具體表現在：

a.坡頂排水措施不到位。方案論證會議紀要中，要求建設單位及承建1號、2號的施工單位要采取措施將1號、2號樓屋面及其門廳部位的排水分別向東西兩向引出場外，以免落水排至基坑的坡頂造成坡頂土體滲水甚至積水而增加土體含水率，從而加重邊坡背后土體荷載。然而現實情況是所有的落水都沒有采取任何措施，坡頂在水泥土擋墻支護結構施工后也沒有進行硬化處理。在這樣糟糕的現場環境下進行深基坑土方開挖施工，后果可想而知。更何況每年的7月、8月正值當地的雨期，且2017年的降雨量甚多。這樣更增加了支護結構后側土體的自重，使其對支護結構的側壓力增大。

b.邊坡土層含水率過大。從現場的實際調查情況看，主要是基坑降水措施不到位。本車庫深基坑專項施工方案中要求的管井降水方法是在總結前期3號、4號樓深基坑可行性施工經驗的基礎上設計采用的。而在實際施工時，由于土方開挖的不連續(由于正處于雨期施工，下雨即停)，業主考慮施工成本(降水工程屬業主直接發包項目)，則隨基坑土方開挖時降時停，從而減少降水臺班，這迫使地下水位呈動態趨勢，直接增加了對土體的沖刷力，擾動了土層結構的穩定性，加大了邊坡土體坍塌的可能性。

c.邊坡土層受到重載擾動。使用機械進行土方開挖時，現行基坑開挖施工質量驗收規范及技術規程規定，實際施工的邊坡坡度應采用人工修整的方式進行適當的余量修坡，從而滿足施工圖紙要求的邊坡坡度和平整度。而從本基坑支護結構坍塌部位的邊坡跡象看，該部位基坑下部約3 m高的邊坡上有明顯的小型反鏟挖掘機正面直立的鏟印。可以推定該基坑的邊坡修筑是采用小型反鏟挖掘機置于基坑底部面對邊坡直接實施的。這樣看似很“整齊”的邊坡鏟印，卻屬違規操作。再加上該部位的支護結構是水泥土擋墻，其自身的抗拉、抗剪強度小，表面受到沖擊性的撓動則破壞了原設計側壓力與穩定性計算荷載的要求，造成支護結構自身失穩而坍塌。

2)現場管理不到位，承建單位安全質量意識差，履職不全面等也是本次支護結構坍塌的重要人為因素。

a.勘察單位提供的地質勘察報告對場地土層分析不足，勘察數據不全面。如周邊建筑物1號、2號樓的基礎周圍已屬回填土方，其土質結構的密實度與黏聚力已發生變化，而支護結構設計人員是根據多年的區域經驗進行支護結構形式設計的。方案論證時專家要求補充勘察土層的相關指標卻沒有實施。因此憑“經驗”套用而確定的支護方案本身就存在潛在隱患，邊坡土體物理參數與實際不符，不能完全滿足場地土層要求。據此設計、施工的支護體系是施工過程中發生滑移，最終造成坍塌的重要原因之一。

b.建設單位沒有嚴格遵守方案論證專家的建議。雖說在施工前期組織了巖土方面的專家對施工單位提交的《深基坑工程專項施工方案》進行了論證，但其只是形式上的，而沒有真正按專家溝通的技術方案或交底去落實、去實施。且要求其委托有資質的第三方監測單位也化為烏有等等，這些不嚴謹的行為從源頭上便埋下了安全隱患，對工程的安全生產無法實現有效控制。

c.施工單位沒有嚴格按照規范去認真組織施工環節管理。根據深基坑工程支護結構與土方開挖控制要點要求，型鋼、水泥等原材料的材質控制，水泥土墻澆筑及型鋼插入的過程控制等等均是支護結構施工質量控制的關鍵點或關鍵環節，是最終工程產品質量的有力保障。而從現場實際施工記錄中并不能全面反映施工各環節的控制記錄，也沒有定期召開的相關深基坑工程土方開挖、基坑支護等方面的會議記錄。

d.監理工程師履職不到位。駐地監理工程師沒有按監理細則去認真落實自己的職責，主要表現在工序旁站、跟蹤交接檢查、驗收與簽署不及時等。這樣形同虛設的監理成員既然不能保障自己的監督職能，也就不能有效監督基坑支護結構處在正常的工作狀態，這便為施工單位的不規范操作行為增添了法碼。

3 后期處理措施

本基坑出現的因支護結構破壞而造成坍塌的安全事故，所幸的是沒有造成人員傷亡。為了確保下一步的安全施工，施工單位積極響應現場《應急救援方案》及《事故報告程序》的相關規定，對現場進行保護，并及時通知有關部門。其后在建設單位的支持下，組織專業支護結構施工單位、設計單位及監理單位共同確定了具體的加固處理措施：在坑內已坍塌部位回填土方至設計標高-3.5 m(該標高為基坑縱向第一步土方開挖至標高)，再緊貼水泥土擋墻施打鋼筋混凝土灌注樁。待混凝土灌注樁強度達標后再進行該部位土方開挖等工序施工。

4 汲取深基坑支護結構坍塌事故的經驗教訓

總結上述深基坑支護結構坍塌事故，不僅延誤工期，還給建設、施工單位帶來了一定的經濟損失。為防止類似事故的發生，我們應汲取以下經驗教訓：

1)加強方案編批，從源頭上對深基坑工程安全施工進行有效的控制。

在深基坑施工技術準備階段，要及時組織巖土專家召開《深基坑工程專項施工方案》論證會議，并做到專家用心，技術整改精心，從而確保方案在理論層面的科學性、合理性和可行性。也只有在這個決策階段，從細節上對各方面的問題進行全面考慮，從理論上將可能發生的安全隱患制定出可控的具體措施，為深基坑安全施工打下良好的基礎。

2)按照現行施工質量、安全與技術規范規程要求，落實論證專家提出的控制要點。

深基坑施工過程中，施工單位要認真貫徹落實《深基坑工程專項施工方案》，特別是專家提出的質量安全控制要點，嚴把質量關，包括各分項工程的人、機、料、法、環、測等控制因素；監理單位要加強巡視，定期召開各種管理會議，解決施工中遇到的技術、質量與安全等問題，從而確保深基坑施工的質量與安全。

3)采取相應的排水與隔水措施，消除地下水對深基坑的影響。

工程實踐證明，在深基坑施工過程造成危害的諸多因素中，影響最大、最持久的應該是地下水。因為水與土體的作用，可以使土體的強度和穩定性降低，導致深基坑周圍土體軟化，并可能產生滑坡、沉陷等危害。因此，在深基坑施工前，必須考慮周圍地下水的類型、埋藏條件及活動規律，以便采取措施保證工程安全。同時應對深基坑周邊的管網進行調查摸底，并做好周邊地面截水排水措施。一般在基坑頂部四周要用素混凝土封閉，從而減少地表水對坑壁土體的破壞。

4)嚴格按設計要求開挖和支護，控制好邊坡。

深基坑土方開挖必須分層均衡進行。邊坡支護要與挖土密切配合，嚴禁超挖。基坑開挖過程中，必須采取措施防止碰撞支撐、圍護樁或撓動基底原狀土。針對無支撐放坡的深基坑土方開挖要控制好邊坡坡度，且不得挖反坡，同時做到隨挖隨修整邊坡；針對有支撐的深基坑土方開挖要控制好縱向放坡坡度，且應高度重視臨時放坡。

5)盡量減少基坑坡頂荷載，統籌安排基坑開挖范圍。

深基坑施工過程中，如果在坑頂邊緣堆置土方、建筑材料或沿基坑邊緣移動工具或施工機械時，放坡開挖則會增加滑動力矩，支護開挖則會增加作用于支護結構上的荷載。因此，坑頂堆載或施工機械移動要距離基坑邊緣一個安全距離，且堆載的級別要控制在規范允許范圍。同時，軟土地基深基坑土方開挖還要受到時間效應和空間效應的作用，因此，深基坑施工時要盡量縮短基坑開挖卸荷的尺寸及無支護暴露時間，減少開挖過程中的土體撓動，如盡可能采用分層分塊的開挖方式，并使開挖空間尺寸和開挖支護時限最大限度地限制圍護結構的變形和坑周土體的位移與沉降。

6)及時分析監測數據，做到信息化施工。

深基坑失穩破壞一般都會有前兆，具體表現在監測數據的急劇變化或突然發展。因此，在深基坑施工過程中應對降水水位和邊坡位移等進行系統監測，并對監測的數據進行及時分析，發現隱患要及時修改施工方案，調整施工參數或施工順序，如超出警戒值，應采取適當措施處理，從而做到信息化施工，保證深基坑安全。

7)完善應急預案，有效處理突發事件。

深基坑施工前，現場制定具有可操作性的基坑坍塌、淹埋等突發事故的應急預案可以防患于未然，可以最大限度地減小事故發生的概率，可以防止事態的惡化，減輕事故的后果。因此，現場要建立科學的應急組織體系，配備足夠的臨時支護、堵漏、抽水等應急物資與設備，并準備一支有豐富經驗的應急搶險隊伍，保證在緊急狀態時可以快速調動，搶險救援人員充分，職責明確，并根據現場實際情況進行應急演練。同時，結合信息化施工，及時發現坍塌、淹埋等破壞事故的征兆，做到以人為本，合理應急處理。

5 結語

深基坑工程是建筑施工的重點，特別是支護結構的施工可能造成多發安全事故。因此，在實際施工過程中，施工人員一定要全面了解深基坑支護結構施工的特點以及導致深基坑支護結構坍塌的事故原因，采取針對性的措施，強化監管，進而從建設、監理、勘察、設計、施工等各個參建單位的各個環節進行控制，加強過程檢測、監測，及時消除安全隱患，確保深基坑支護結構施工的安全，促進工程的順利施工和完工。