猇亭大道雨污水管網改造工程溝槽坍塌分析

丁育南，張明祥，馮一輝，沈 華

（1.上海市水基會工程咨詢有限公司，上海 201612；2.上海勘測設計研究院有限公司，上海 200434；3.上海公路橋梁（集團）有限公司，上海 200433；4.上海市奉賢區水務建設工程安全質量監督站，上海 201419）

1 發生坍塌溝槽處工程概況

1.1 工程概況

猇亭大道（民主路—亞元路段）雨污管網改造工程項目起點為民主路，終點為亞元路，設計長1 989m，道路紅線寬50m，采用雨污分流的排水體制。雨水管道全段新建DN500～1 000mm管道，分段分別排入民主路已建箱涵、金猇路雨水管網及猇亭大道下游雨水管網，污水分段排入民主路已建管網、金猇路污水管網及亞元路污水管網。本工程于2018年12月1日開工，后因管線遷改原因，項目暫停施工，2020年9月12日管線遷改完畢，施工單位組織人員進場施工。本次溝槽坍塌事故發生地點位于市政道路結構層與綠化帶的結合部位的綠化帶中，與原設計的線路走線不一致（見圖1）。

圖1 溝槽坍塌位置平面

1.2 地質概況

1.2.1 在道路基層下敷設管道的地層特性

1）地下0～0.12m，道路面層為瀝青混凝土層，持力性與穩定性較好，層厚約12cm。

2）地下0.12～0.57m，素混凝土基層，持力性與穩定性較好，厚約45cm。

3）地下0.57～0.95m，卵石基層（又稱炮渣層，是墊層也是道路結構持力層），持力性與穩定性較好，厚約38cm。

4）地下0.95～1.30m，紅砂巖（又稱山皮土層，是路基墊層也是其持力層），厚約35cm。

5）地下1.30～2.05m，含淤泥質粉質黏土層，持力性與穩定性較差，含水量較大，泡水后塑性變形明顯，厚約75cm。

6）地下2.05～2.40m，卵石沖積層，持力性與穩定性較好，厚約35cm。

7）地下2.40m到溝槽底部均為黏土層，持力性與穩定性較好。

1.2.2 在非道路基層下敷設管道的地層特性

1）地下0～0.30m，雜填土（耕植土層）厚約30cm，持力性與穩定性一般。

2）地下0.30～1.46m，含淤泥質粉質黏土層，持力性與穩定性較差，含水量一般，泡水后塑性變形明顯，厚約116cm。

3）地下1.46～2.36m，鵝卵石沖積層，持力性與穩定性較好，厚約90cm。

4）地下2.36m到溝槽底部均為黏土層，持力性與穩定性較好。

1.2.3 地下水特性

通過現場勘察，在溝槽開挖部位溝槽底板未見明水；但粉質黏土層等原土層含水率較高；道路持力結構層的力學結構特性良好，基本未受到地下水的不利影響。

2 溝槽開挖設計、技術標準要求

2.1 溝槽坡比

2.1.1 設計要求

本工程管道溝槽開挖坡比設計要求中，明確提出“本設計中雨污水管道溝槽邊坡坡度應符合GB 50268—2008《給水排水管道工程施工及驗收規范》中的相關規定執行”。

經查閱規范，按該規范第4.3.3條“在地質條件良好、土質均勻、地下水位低于溝槽底面高程，且深度在5m以內、溝槽不設支撐時，溝槽邊坡最陡坡度應符合表4.3.3的規定”的要求放坡。

由此可見，本工程的溝槽開挖坡比應根據現場實際地質工況、溝槽施工工作面受力工況即坡頂荷載情況（分坡頂無荷載、坡頂有靜荷載、坡頂有動荷載3種工況設定）確定。

2.1.2 施工與監理要求

施工單位對溝槽開挖的坡比設定，是按照溝槽開挖區的土質為硬塑的粉質黏土、黏土，且溝槽邊沿頂部無荷載工況下的最陡1∶0.33坡比施工，而且在《基坑開挖施工方案交底記錄》中進行了明確規定。

通過查閱基槽驗槽記錄，發現監理等單位均認可施工單位確定1∶0.33開挖坡比。

2.2 溝槽側邊邊緣土方堆置

2.2.1 設計技術要求

設計對溝槽每側臨時堆土或施加其他荷載的技術要求不明確，但《給水排水管道工程施工及驗收規范》第4.3.4條明確規定，溝槽每側臨時堆土或施加其他荷載時堆土距離溝槽邊緣不小于0.8m，且高度不應超過1.5m。

2.2.2 施工與監理技術要求

施工方案與監理規劃中，針對溝槽開挖時，在溝槽兩側堆土高度及土堆距離溝槽邊坡最短距離均有明確規定，且均滿足技術標準要求。

3 坍塌事故技術分析

3.1 施工過程描述

3.1.1 設備選型

施工現場當時正在實施雨水管網安裝作業，吊運設備是日立ZAXIS200履帶式挖掘機（斗容量0.8m3），質量約21.7t。

3.1.2 施工工藝選擇

水泥管材采用吊帶單點吊裝（見圖2），在起吊DN700mm水泥管材時，其垂直動荷載約220kN。在雨污水管道安裝期間，履帶式挖掘機往復行走，對溝槽兩側土體造成明顯且持續振動作用。

圖2 混凝土雨水管單點吊裝

3.1.3 工程現場實況描述

本次溝槽擬開挖軸線長度約50m，已開挖約20m，其中基槽深2.6m，基槽上部寬度2.2m，下部寬度1.8m，實際施工部位的軸線走向與設計走向有偏差。基槽北側堆有2處開挖土方，1處（北偏東）堆土高度1.4～1.6m，堆土方量約40m3，另一處（北偏西）堆土高度約1.0m，堆土方量約15m3，該兩處土方均緊靠基坑邊緣堆置。

3.1.4 降排水要求

經勘察現場發現，溝槽開挖部位兩側未設置截水溝、攔水堰（體）等有效防止地表水倒灌入溝槽的措施。經查看設計文件，未發現關于溝槽開挖期間的防地表水倒灌入溝槽的技術要求。經審查施工與監理單位的技術方案（規劃）發現，對于溝槽開挖期間的防地表水倒灌入溝槽的監理要求缺失。

3.1.5 沉降與位移監測技術要求

現場勘察未發現沉降與位移測量監測點；查看施工過程資料也未發現本處沉降與位移監測的測量資料；經審查施工與監理單位的技術方案（規劃），對于溝槽開挖沉降與位移變形（含地下水位變化等）監測內容的技術要求均缺失；查看設計文件未發現關于無支護溝槽開挖方面的相關沉降與位移變形（含地下水位變化等）監測及其預警報警值限值設置的技術要求。

3.2 不符合設計和技術標準之處

3.2.1 溝槽開挖坡比

1）現場實際放坡坡比 本工程坍塌部位溝槽開挖施工期間，經現場勘察，溝槽實際開挖尺寸如下：溝槽底寬1.8m，溝槽頂寬2.2m。經計算開挖溝槽放坡坡比為1∶0.08，近似于垂直放坡開挖施工作業，如圖3所示。

圖3 溝槽開挖放坡

2）設計與技術標準要求坡比 考慮到本工程緊鄰G318國道，施工現場也有施工機具產生的動載以及地層土質的不均性，本工程溝槽開挖放坡時的最陡坡比應不小于1∶0.5。

3.2.2 溝槽側面土方堆放

1）溝槽實際土方堆放位置 經現場勘察，溝槽開挖施工期間的余土直接緊鄰溝槽側面堆放，如圖4所示。

圖4 溝槽側邊開挖余土堆放

2）溝槽開挖余土堆放標準要求 溝槽每側臨時堆土或施加其他荷載時堆土距離溝槽邊緣不小于0.8m，且高度不應超過1.5m。

3.2.3 沉降與位移監測

1）溝槽（基坑）開挖監測標準要求 GB 50497—2019《建筑基坑工程監測技術標準》第3.0.1條（強條）“開挖深度≥5m或開挖深度小于5m，但現場地質情況和周圍環境復雜的基坑工程以及其他需要監測的基坑工程應實施基坑工程監測”；第3.0.2條“基坑工程設計提出的對基坑工程監測的技術要求應包括監測項目、監測頻率和監測報警值等”。JGJ 180—2009《建筑施工土石方工程安全技術規范》第6.4.1條“開挖深度超過5m、垂直開挖深度超過1.5m的基坑及軟弱土層中開挖的基坑，應進行基坑監測，并應向基坑支護設計人員、安全工程師等相關人員及時通報監測成果；安全員等相關人員應掌握基坑的安全狀況，了解監測數據”。

2）現場實際監測情況 經調查，本工程在溝槽開挖期間，施工單位未進行安全監測工作；設計單位對箱涵等基坑施工安全監測工作提出明確要求，但對本工程的溝槽開挖安全監測工作未提出任何設計建議。監理單位就基坑開挖安全監測工作未提出任何監理措施。

3.2.4 地質土層巖性力學分析

市政道路基礎力學性能良好，地層非常穩定且幾乎不會發生塑性變形；綠化帶原裝土層力學性能相對較差，受地下水浸泡影響，含水量較大，有塑化現象。

1）技術與標準要求 《給水排水管道工程施工及驗收規范》第4.1.3條“溝槽開挖、支護方式應根據工程地質條件、施工方法、周圍環境等要求進行技術經濟比較，確保施工安全和環境保護要求”以及第4.3.1條“溝槽開挖與支護的施工方案主要內容包括：不良土質地段溝槽開挖時采取的護坡和防止溝槽坍塌的安全技術措施”等規定中，已明確溝槽開挖施工方法及施工方案的選擇應結合工程地質條件、不良土質地段等信息進行施工。

2）現場實際施工情況 本工程坍塌部位施工時，未充分考慮隨水文地質條件的變化選擇合理與安全的施工方法。施工單位的方案中對類似地層突變段的不良地質工況下的開挖施工方法未進行明確；監理單位也未就地層突變段不良水文地質條件下的安全施工提出監理意見。

3.2.5 基槽驗收

1）技術與標準要求 GB 50202—2018《建筑地基基礎工程施工質量驗收標準》第3.0.4條“地基基礎工程必須進行驗槽，驗槽檢驗要點應符合本標準附錄A的規定”、第A.1.1條“勘察、設計、監理、施工、建設等各方相關技術人員應共同參加驗槽”；第A.1.4條“驗槽應在基坑或基槽開挖至設計標高后進行，對留置保護層時其厚度不應超過100mm；槽底應為無擾動的原狀土”。在本工程溝槽開挖施工期間應得到執行。《給水排水管道工程施工及驗收規范》第4.1.5條“溝槽開挖至設計高程后應由建設單位會同設計、勘察、施工、監理單位共同驗槽；發現巖、土質與勘察報告不符或有其他異常情況時，由建設單位會同上述單位研究處理措施”。

2）現場驗收工作進展情況 在此次調查中發現，本工程溝槽開挖完畢，在進行管道敷設之前，各參建單位未及時開展已開挖溝槽的基槽驗收工作。

4 發生坍塌事故原因分析

4.1 直接原因

1）未按照設計與標準要求放坡 在溝槽開挖期間，未按設計與標準的要求的1∶0.5的最陡坡比放坡。現場溝槽開挖實際坡比是1∶0.08，遠比設計要求的坡比陡，幾乎為垂直開挖。

2）未按技術規范、施工方案或監理規劃要求堆載土方 本工程溝槽坍塌部位，溝槽開挖余土直接緊靠溝槽側邊堆載，且最高堆載高度達1.6m，均超過在溝槽側面堆載土方距離溝槽邊沿應大于0.8m，堆載高度最高不得超過1.5m的要求。

3）未采取有效的防地表水倒灌措施 本工程溝槽開挖位置的水文地質工況比較復雜，含淤泥質粉質黏土層（厚約1.5m）為不易透水層，受地表水長期浸泡會滯留，并導致其持力能力急劇降低，極大增加溝槽失穩風險。

4）地質土層持力性較差 本工程溝槽位置地質工況比較復雜，地層不均勻，有比較厚（約1.5m）的含淤泥質粉質黏土層（疑似），且該土層含水量比較大，塑性變形較明顯。坍塌部位有比較明顯的撕裂現象。

5）動、靜荷載影響明顯 本工程處于金猇路與猇亭大道（G318國道）交叉口的西北角，且猇亭大道為國道，重載車輛通行量大，且振動明顯，對溝槽壁會產生較嚴重的側向振動；施工期間，重載車輛通行會對本工程溝槽邊坡穩定造成比較嚴重的不良影響。在本工程管道吊裝期間，吊運管道時的履帶式挖掘機往復行走會對溝槽頂部垂直產生的動荷載約為200kN。

4.2 間接原因

4.2.1 未進行有效的安全監測工作

未落實溝槽開挖坍塌部位的沉降與位移安全監測預警措施；施工期間也未對邊坡穩定性開展實時安全監測與巡查工作。

1）設計單位 設計單位就本次溝槽開挖未設定沉降與位移監測技術標準及預警值設置等。

2）施工單位 施工之前，施工單位未按照規范要求設置水平位移與沉降觀測點，施工期間也未開展相關安全監測與巡查工作。

3）監理單位 監理單位未開展相關沉降與位移安全監測成果的復核，以及施工現場的安全巡查工作。

4.2.2 對不同巖性突變段結合面的土力學性能差異重視不夠

本工程坍塌部位正位于施工道路與綠化帶的結合部位，這兩類土層巖性的土力學性能差異明顯。在工程施工期間，各參建單位均未重視地層巖性突變段的結合面土力學性能差異及地表水對土層持力穩定性的不良影響。

4.2.3 未及時進行基槽驗收工作

本工程溝槽開挖及雨污水管道敷設之前，各參建單位未及時開展已開挖溝槽的基槽驗收工作，也可能是此次坍塌事故產生未及時進行事前預警的原因之一。

5 結語

猇亭大道雨污水管網改造工程溝槽坍塌事故發生在市政道路與綠化帶結合部的綠化帶中。從技術角度來看，此次坍塌事故發生的直接原因包括：溝槽開挖施工期間未按照設計與標準要求放坡；未按技術規范、施工方案或監理規劃要求在溝槽側邊堆載土方；未采取有效的防地表水倒灌措施；坍塌部位土層巖性的地質力學性能較差，且受動、靜荷載不利影響明顯。間接原因包括：在溝槽開挖施工期間，未按技術標準要求進行有效的安全監測工作；未對不同巖性地層突變段結合面的土力學差異特性引起足夠重視；溝槽開挖完畢且在敷設雨污水管道之前未及時進行基槽驗收工作。