某深基坑局部垮塌對周邊建筑安全性影響分析

屈建民，譚 瑋，劉方亮，張 杰

（湖南博聯(lián)工程檢測有限公司，湖南 常德 415000）

0 引言

20 世紀 80 年代以來我國城市建設(shè)迅猛發(fā)展，隨著城市化進程的逐步推進，地下空間資源利用越來越受到重視，各類建筑物的地下部分所占空間越來越大，埋置深度越來越深，基坑工程向更大、更深、條件更加復(fù)雜的方向發(fā)展，帶來了更多的基坑工程安全與周邊環(huán)境保護問題［1］?；庸こ桃坏┏霈F(xiàn)事故，將會嚴重威脅人民生命財產(chǎn)安全，造成巨大的經(jīng)濟損失和社會影響，尤其是位于中心城區(qū)的大部分深基坑工程，基坑周邊地面建（構(gòu)）筑物較多，常存在歷史保護建筑、重要的工業(yè)建筑或民用建筑，基坑周邊建筑安全與基坑工程安全具有同等重要性。因而開展基坑周邊建筑的安全性研究具有重要的現(xiàn)實意義。

近年來，工程界和學術(shù)界對基坑工程安全進行了大量研究［2］，對基坑周邊建筑的安全關(guān)注相對較少。本文以某深基坑工程為例，通過現(xiàn)場調(diào)查和檢測，結(jié)合地質(zhì)勘察資料，從垮塌后基坑穩(wěn)定性、周邊建筑地基基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)安全性等方面，研究分析了該深基坑工程局部垮塌對周邊高層和多層建筑安全性的不同影響，為處理基坑事故中周邊建筑安全性問題提供了參考依據(jù)。

1 基坑概況

某深基坑位于湖南省某市區(qū)內(nèi)，基坑開挖深度 6.5～10 m，總長度為 188.5 m，分為 AB、BC、CD、DE、EF、FG、GH、HI 共 8 段，其中 AB、BC 段基坑支護安全等級為二級，其余 6 段安全等級均為一級，基坑支護設(shè)計采用直徑 1.0 m、長度 9～20 m 的人工挖孔灌注樁，樁間距 2.0 m，樁端嵌入持力層（中風化泥質(zhì)灰?guī)r）的深度≥1.5 m，且不小于基坑深度的 0.8 倍，樁間采用 80 mm 厚掛鋼筋網(wǎng)噴射混凝土護面?；佑?2020 年 4 月開挖，2020 年 6 月 29 日該市區(qū)突降暴雨，19 點 30 分，基坑西側(cè) CD、DE 段支護結(jié)構(gòu)發(fā)生垮塌，垮塌區(qū)域長度約 66.00 m，造成約 33 根支護樁、冠梁、周邊建筑圍墻及臨近室外停車坪垮塌。基坑垮塌現(xiàn)場如圖 1 所示。

圖1 基坑局部垮塌現(xiàn)場

2 現(xiàn)場情況調(diào)查

基坑西側(cè)有一棟 12 層的辦公樓和一棟 2 層的食堂，現(xiàn)場工作人員反映基坑垮塌時辦公樓和食堂建筑的震感明顯，為確定深基坑垮塌對周邊建筑的現(xiàn)階段結(jié)構(gòu)安全性影響，本文對基坑周邊建筑物結(jié)構(gòu)情況、基坑垮塌前后與周邊建筑的相對位置關(guān)系、基坑巖土工程勘察資料進行了調(diào)查。

2.1 基坑周邊建筑物結(jié)構(gòu)情況調(diào)查

2.1.1 辦公樓結(jié)構(gòu)基本情況

根據(jù)設(shè)計資料，該辦公樓為 12 層框架剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑面積約 9 763.18 m2，建于 2016 年，基礎(chǔ)為機械沖擊成孔灌注樁，持力層為中風化灰?guī)r，承載力特征值為 6 000 kPa，樁徑分別為 1.0、1.2、1.5 m，單樁承載力特征值分別為 4 800、6 300、9 200 kN，樁端進入持力層≥0.5 m。辦公樓建筑外觀照片如圖 2 所示。

圖2 辦公樓建筑外觀

2.1.2 食堂結(jié)構(gòu)基本情況

根據(jù)設(shè)計資料，該食堂原設(shè)計為 2 層框架結(jié)構(gòu)，建筑面積約 761.12 m2，現(xiàn)已在原屋面板上搭建鋼結(jié)構(gòu)罩棚一層，使用功能為健身房，該食堂建于 2016 年，基礎(chǔ)形式為柱下獨立基礎(chǔ)，地基承載力特征值為 150 kPa，基礎(chǔ)采用 C25 混凝土，混凝土墊層采用 C15 素混凝土，基礎(chǔ)埋深 -1.5 m。食堂建筑外觀如圖 3 所示。

圖3 食堂建筑外觀

2.2 基坑垮塌前與周邊建筑的相對位置關(guān)系調(diào)查

基坑西側(cè)與辦公樓相鄰段為 CD、DE 段，與食堂相鄰段為 FG、GH 段；CD、DE 段基坑底設(shè)計標高為 204.40 m，與辦公樓室外地坪高差約為 10 m，CD、DE 段支護樁邊與辦公樓最近水平距離約為 9.67 m；FG、GH 段坑底設(shè)計標高為 208.50 m，與食堂室外地坪高差約為 6.5 m，F(xiàn)G、GH 段支護樁邊與食堂最近水平距離約為 13.67 m?；优c周邊建筑相對平面位置如圖 4 所示，基坑與辦公樓相對剖面關(guān)系（垮塌前）如圖 5 所示，基坑與食堂相對剖面關(guān)系如圖 6 所示。

圖4 基坑與周邊建筑相對平面位置示意圖（單位：m）

圖5 基坑與辦公樓相對關(guān)系剖面圖（垮塌前）（單位：m）

圖6 基坑與食堂相對關(guān)系剖面圖（單位：m）

2.3 基坑垮塌后與周邊建筑的相對位置關(guān)系調(diào)查

基坑垮塌段為 CD、DE 段，垮塌后施工單位臨時采取了堆載反壓措施，反壓后坡頂邊線與辦公樓水平距離約為 5 m，坡腳與辦公樓水平距離約為 21.6 m；反壓后基坑與辦公樓相對位置剖面關(guān)系如圖 7 所示?；优c食堂相鄰的 FG、GH 段未發(fā)生垮塌現(xiàn)象，F(xiàn)G、GH 段支護樁未破壞；垮塌后基坑與食堂相對剖面關(guān)系仍如圖 6 所示。

圖7 基坑與辦公樓相對關(guān)系剖面圖（反壓處理后）（單位：m）

2.4 巖土工程勘察資料調(diào)查

根據(jù)巖土工程勘察報告，場地內(nèi)地層自上而下可以分為：雜填土、可塑狀紅黏土、軟塑狀紅黏土、強風化泥質(zhì)灰?guī)r、中風化泥質(zhì)灰?guī)r，各土層情況如下所述。

1）雜填土。雜色，松散～稍密，主要由黏性土、泥質(zhì)灰?guī)r碎塊石堆填形成，局部夾少量建筑垃圾，碎塊石含量約占 30 %，粒徑 50～100 mm。該層主要分布在場地所在山坡下部較平坦地段，場地整體分布厚 0.50～0.60 m，平均厚 0.50 m。

2）可塑狀紅黏土。褐黃－褐紅色，可塑狀，中～高壓縮性，土體結(jié)構(gòu)為巨塊狀，具較多裂隙，殘坡積成因。收縮后復(fù)浸水膨脹，不能恢復(fù)到原位，復(fù)浸水特性為Ⅱ類。該層在整個場區(qū)均有分布，整體分布厚 0.80～16.20 m，平均厚 7.30 m，層底標高 196.20～232.70 m。

3）軟塑狀紅黏土。褐黃－紅色，軟塑狀為主，局部為可塑狀，中～高壓縮性，土體結(jié)構(gòu)為巨塊狀，具較多裂隙，由泥質(zhì)灰?guī)r風化殘積形成。收縮后復(fù)浸水膨脹，不能恢復(fù)到原位，復(fù)浸水特性為 Ⅱ 類。該層僅在部分鉆孔揭露，整體分布厚 0.60～4.30 m，平均厚 2.50 m，層底標高 193.06～206.47 m。

4）強風化泥質(zhì)灰?guī)r。褐黃色，主要礦物成分為方解石，巖體結(jié)構(gòu)構(gòu)造多已遭到破壞，層理不清，巖芯多呈碎塊狀，巖體破碎，巖體基本質(zhì)量等級為 V 級。該層在大部分鉆孔均有揭露，整體分布厚 0.70～5.30 m，平均厚 2.30 m，層底標高 190.41～232.03 m。

5）中風化泥質(zhì)灰?guī)r。深灰色，主要礦物成分為方解石，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，局部方解石脈充填，巖芯多呈柱狀，少量塊狀，局部發(fā)育溶蝕裂隙，由軟塑～流塑狀黏性土全充填，巖石質(zhì)量指標 RQD＜75，巖體較破碎，巖體基本質(zhì)量等級為 IV 級。該層在場地內(nèi)均有分布，場地內(nèi)該層埋深 1.90～22.50 m，平均 10.60 m，標高 177.86～201.54 m，完整基巖面起伏大。

場地地下水類型主要為巖溶裂隙水，屬潛水，一般不具承壓性，巖溶裂隙水賦存于基巖淺部的巖溶裂隙中，穩(wěn)定地下水埋深為 5.70～16.40 m，標高介于 196.26～206.67 m。

3 現(xiàn)場檢測

為確定該基坑工程局部垮塌后，辦公樓和食堂現(xiàn)階段結(jié)構(gòu)安全性的影響，本文在現(xiàn)場情況調(diào)查的基礎(chǔ)上，對辦公樓和食堂進行了裂縫檢測、結(jié)構(gòu)主體沉降和房屋傾斜觀測，以確定房屋結(jié)構(gòu)是否存在安全隱患。

3.1 裂縫檢測

3.1.1 辦公樓裂縫檢測

該辦公樓墻體裂縫主要為砌體填充墻裂縫，最大裂縫寬度為 4.56 mm；未發(fā)現(xiàn)框架梁、框架柱及梁柱節(jié)點有開裂現(xiàn)象。

3.1.2 食堂裂縫檢測

該食堂裂縫均出現(xiàn)在砌體填充墻表面的粉刷層，最大裂縫寬度為 0.13 mm；未發(fā)現(xiàn)框架梁、框架柱及梁柱節(jié)點有開裂現(xiàn)象。

3.2 結(jié)構(gòu)主體沉降觀測

3.2.1 辦公樓沉降觀測

根據(jù) JGJ 8－2016《建筑變形測量規(guī)范》［3］沉降觀測點布設(shè)要求，辦公樓主體沉降觀測布設(shè)了 A1～A14 共 14 個觀測點（見圖 8），觀測期從 2020 年 7月 6 日－ 2020 年 12 月 16 日，共觀測 31 次。對觀測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)：各觀測點最大累計沉降為 0.52 mm（A8 測點），最小累計沉降為 0.09 mm（A3 測點），所有觀測點平均沉降為 0.26 mm；各觀測點最后 100 d 的最大沉降速率為 0.003 mm/d（A8 測點）。

圖8 辦公樓沉降觀測點示意圖（單位：mm）

3.2.2 食堂沉降觀測

食堂主體沉降觀測布設(shè)了 B1～B8 共 8 個觀測點（見圖 9），觀測期從 2020 年 7 月 29 日－ 2020 年 12月 09 日，共觀測 23 次。對觀測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)：各觀測點最大累計沉降為 0.33 mm（B5 測點），最小累計沉降為 0.13 mm（B3 測點），所有觀測點平均沉降為 0.22 mm；各觀測點最后 100 d 的最大沉降速率為 0.003 mm/d（B8 測點）。

圖9 食堂沉降觀測點示意圖（單位：mm）

3.3 房屋傾斜觀測

3.3.1 辦公樓傾斜觀測

根據(jù) JGJ 8－2016《建筑變形測量規(guī)范》，對辦公樓靠近基坑的一側(cè)布設(shè)了 C1～C6 共 6 個觀測點（見圖 10）進行傾斜觀測，觀測期為 2020 年 7 月 6 日－2020 年 12 月 16 日，共觀測 6 次。對觀測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)：各觀測點最大頂點位移值（C3 測點）為 7.2 mm，最小頂點位移值（C6 測點）為 0.9 mm，6 次觀測中各測點頂點位移值無明顯變化。各測點頂點位移方向如圖 10 中箭頭所示。

圖10 辦公樓傾斜觀測點平面布置圖（單位：mm）

3.3.2 食堂傾斜觀測

食堂布設(shè)了 D 1～D 6 共 6 個傾斜觀測點（見圖 11），觀測期從 2020 年 7 月 29 日－ 2020 年 12 月 9 日，共觀測 6 次。對觀測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)：各觀測點最大頂點位移值（D5 測點）為 35.1 mm，最小頂點位移值（D4 測點）為 5.1 mm，6 次觀測中各測點頂點位移值無明顯變化。各測點頂點位移方向如圖 11 中箭頭所示。

圖11 食堂傾斜觀測點平面布置圖（單位：mm）

4 結(jié)構(gòu)安全性影響分析

4.1 垮塌段（CD、DE 段）邊坡穩(wěn)定性分析

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及檢測，垮塌后 CD、DE 段坡頂邊線與辦公樓最小水平距離約為 5 m，反壓后坡腳與辦公樓水平距離約為 21.6 m，坑底與辦公樓室外地坪高差約為 10 m，由此可算得現(xiàn)階段邊坡坡率為 1∶1.66；現(xiàn)場調(diào)查可知，邊坡原狀土為可塑紅黏土，反壓材料為中風化巖塊與黏性土體。根據(jù) GB 50007－2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》第 6.3.11 條、6.7.2 條，土質(zhì)邊坡穩(wěn)定坡率允許值在 1∶2.00～1∶1.50，結(jié)合地質(zhì)勘察資料及現(xiàn)場基坑反壓情況，初步判斷垮塌段（CD、DE 段）邊坡現(xiàn)階段基本穩(wěn)定。

4.2 辦公樓現(xiàn)階段結(jié)構(gòu)安全性影響分析

4.2.1 辦公樓地基基礎(chǔ)安全性影響分析

根據(jù)原設(shè)計圖紙可知，辦公樓采用機械沖孔灌注樁基礎(chǔ)，以中風化灰?guī)r為持力層，樁端入巖 0.5 m，樁端深度大于基坑深度；根據(jù)前文分析可知，基坑垮塌段（CD、DE 段）邊坡現(xiàn)階段基本穩(wěn)定，辦公樓基樁周圍土體尚未明顯擾動與破壞；由現(xiàn)場檢測與調(diào)查可知，辦公樓上部結(jié)構(gòu)尚未發(fā)現(xiàn)因地基不均勻沉降引起的反應(yīng)，在觀測期間辦公樓沉降、傾斜觀測值均無明顯變化，最后 100 d 的最大沉降速率小于 JGJ 8－2016《建筑變形測量規(guī)范》第 7.1.5 條規(guī)定的 0.01～0.04 mm/d 要求，可認為現(xiàn)階段結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù) GB 50292－2015《民用建筑可靠性鑒定標準》第 7.2.3 條、第 H.0.6 條，可判斷現(xiàn)階段基坑垮塌（CD、DE 段）對辦公樓地基基礎(chǔ)安全性無顯著影響。

4.2.2 辦公樓上部結(jié)構(gòu)安全性影響分析

根據(jù)現(xiàn)場檢測結(jié)果可知，辦公樓為混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，未發(fā)現(xiàn)上部結(jié)構(gòu)各承重構(gòu)件存在缺陷，現(xiàn)階段裂縫僅在填充墻（非承重構(gòu)件）出現(xiàn)，且最大裂縫寬度 4.56 mm，小于 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鑒定標準》第 5.4.6 條對承重墻體裂縫限值 5 mm 的要求；根據(jù)傾斜觀測結(jié)果，各測點頂點位移值在觀測期內(nèi)無明顯變化，頂點最大位移值為 7.2 mm（各測點位移值包含外墻砌筑垂直度偏差及裝修層施工誤差），小于 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鑒定標準》表 7.3.10 所規(guī)定的結(jié)構(gòu)不適于承載的限值 H/250=18 179 mm/300=60.6 mm。根據(jù) GB 50292－2015《民用建筑可靠性鑒定標準》第 7.3 節(jié)，可判斷該基坑工程局部垮塌對辦公樓現(xiàn)階段上部結(jié)構(gòu)安全性無顯著影響。

4.3 食堂現(xiàn)階段結(jié)構(gòu)安全性影響分析

4.3.1 食堂地基基礎(chǔ)安全性影響分析

根據(jù)基坑與周邊建筑相對平面位置示意圖（見圖 4）及本文 2.3 節(jié)可知，基坑與食堂相鄰的 FG、GH 段未發(fā)生垮塌現(xiàn)象；根據(jù)基坑與食堂相對關(guān)系剖面圖（見圖 6）可知，食堂臨近基坑的獨立基礎(chǔ)與基坑最小距離約為 B=12 m，獨立基礎(chǔ)底面與基坑底標高的高差約為 H=5.5 m，依據(jù) GB 50292－2015《民用建筑可靠性鑒定標準》附錄 H 第 H.0.1 條，B/H=2.18＞1，本工程為Ⅰ類影響區(qū)；根據(jù)設(shè)計資料和巖土工程勘察報告，F(xiàn)G、GH 段基坑底標高為 208.50 m，基坑深度范圍內(nèi)為可塑狀紅黏土（層底標高 196.20～232.70 m），基坑深度范圍內(nèi)無地下水（地下水位標高 196.26～206.67 m）。根據(jù) GB 50292－2015《民用建筑可靠性鑒定標準》第 H.0.3 條，結(jié)構(gòu)安全性可不考慮鄰近地下工程施工的影響。

4.3.2 食堂上部結(jié)構(gòu)安全性影響分析

根據(jù)現(xiàn)場檢測結(jié)果可知，食堂為混凝土框架結(jié)構(gòu)，未發(fā)現(xiàn)上部結(jié)構(gòu)各承重構(gòu)件存在缺陷，現(xiàn)階段裂縫均出現(xiàn)在填充墻表面的粉刷層，裂縫的最大寬度為 0.13 mm，且小于 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鑒定標準》第 5.4.6 條對承重墻體的裂縫限值 5 mm 的要求；根據(jù)傾斜觀測結(jié)果，各測點頂點位移值在觀測期內(nèi)無明顯變化，頂點最大位移值為 35.1 mm（各測點位移值包含外墻砌筑垂直度偏差及裝修層施工誤差），小于 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鑒定標準》表 7.3.10 所規(guī)定的結(jié)構(gòu)不適于承載的限值 H/200=7 310 mm/200=36.55 mm。根據(jù) GB 50292－2015《民用建筑可靠性鑒定標準》第 7.3 節(jié)，可判斷該基坑工程局部垮塌對食堂現(xiàn)階段上部結(jié)構(gòu)安全性無顯著影響。

5 結(jié)論及建議

5.1 結(jié)論

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查、檢測及初步鑒定分析，該基坑垮塌段（CD、DE 段）經(jīng)反壓處理后現(xiàn)階段基本穩(wěn)定，基坑局部垮塌對辦公樓和食堂現(xiàn)階段結(jié)構(gòu)安全性無顯著影響，可觀察使用。

5.2 處理建議

1）應(yīng)做好臨時加固支護結(jié)構(gòu)、臨時排水、封面處理、坡頂主動區(qū)卸載等應(yīng)急處理措施，任何情況下不應(yīng)在坡腳及破面上積水。

2）對于基坑垮塌部位，建議在原支護樁迎土面采用鋼板樁加固，鋼板樁頂距基坑底垂直距離≥ 5 m，嵌固深度應(yīng)滿足支護設(shè)計規(guī)范要求。

3）在基坑處理及后續(xù)施工過程中，基坑周邊嚴禁堆載，并按國家規(guī)范要求做好基坑監(jiān)測。基坑回填前，應(yīng)持續(xù)對周邊建筑的裂縫、沉降、傾斜進行監(jiān)測，如有異常應(yīng)立即采取措施處理。

6 結(jié)語

本文以某深基坑工程為例，通過現(xiàn)場調(diào)查和檢測，結(jié)合地質(zhì)勘察資料，從垮塌后基坑穩(wěn)定性、周邊建筑地基基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)安全性等方面，分別分析了該深基坑工程局部垮塌對周邊高層辦公樓和多層食堂建筑安全性的影響，為基坑事故中周邊建筑安全性問題的快速處理提供了參考依據(jù)。Q