軟土地區某基坑事故的應急處理和加固措施分析

摘 要：為了有效降低軟土地區基坑工程的事故發生率，并在事故突發后能夠迅速且科學地采取應急措施，以天津市某典型軟土區域發生的基坑事故為分析案例，探討該基坑連續兩次事故的具體成因，對應急加固措施實施效果進行了分析評估。案例分析表明：無內支撐或錨拉結構的支護結構軟土基坑實際變形值通常大于計算值，需增加安全儲備以控制實際變形；在達到一定深度后，懸臂樁支護結構的變形隨著基坑深度的增加而急劇增大，抗風險能力相對較差；坑內支撐能有效降低基坑變形，可以作為懸臂結構的有效應急處理措施。

關鍵詞：軟土基坑事故；應急處理；加固措施；懸臂支護結構；內支撐

Analysis and reinforcement measures of foundation pit accidents in soft soil areas

DUAN Hangyu1， YE Fan2， LI Shouqing3

（1.Beijing Institute of Geology for Mineral Resources Co.， Ltd.， Beijing 100012， China;

2.Integrated Survey Unit of North China Geological Exploration Bureau， Yanjiao 065201， Hebei， China;

3.Tianjin Geological Engineering Survey and Design Institute Co.， Ltd.， Tianjin 300191， China）

Abstract： In order to effectively reduce the occurrence of accidents in soft soil areas of foundation pit projects， and to take emergency measures quickly and scientifically after an accident， this study selects typical foundation pit accidents in a soft soil area of Tianjin City as a case study. The causes of two consecutive accidents in the foundation pit are analyzed， and systematic evaluation is carried out of the actual effects of the emergency reinforcement measures taken. The case study shows that： the actual deformation value of soft soil foundation pit without internal support or anchor pulling structure is usually larger than the pre-calculated value. It is necessary to increase the safety reserve to control the actual deformation. The deformation of the cantilever pile support structure increases dramatically with the increasing depths of the foundation pit after a certain depth threshold is reached， and the risk-resisting ability is relatively poor. In-pit support can reduce the deformation of the foundation pit， and can be used as an effective emergency response for the cantilever structure.

Keywords： soft soil foundation pit accident; emergency treatment; reinforcement measures; cantilever support structure; internal support

隨著經濟的快速發展，土地資源變得越來越寶貴。為了充分利用有限的土地資源，設計上只能不斷向地下要空間、要資源，合理開發利用城市地下空間資源至關重要。隨著地下空間的大規模開發，越來越多的基坑需要在周邊環境條件復雜的市中心進行施工，隨著建筑物高度的增加，基坑深度不斷加深（王帥，2024；何成生，2024）。基坑在高層建筑工程場地的土體中開挖，是一種臨時性工程，基坑穩定性受多種因素干擾影響，是巖土工程中的一個復雜問題（陳文華等，2024；彭瑩，2023；賈欣媛等，2016）。城區新建工程基坑周邊既有建筑物林立，基坑一旦失穩，將會釀成重大安全事故，造成不可估量的損失。因此，深基坑支護工程的設計、施工已經成為高層建筑工程建設中的重要一環（李銳豪，2024；高美玲等，2024；陳林靖等，2023；黃程建，2022；劉天柱，2021）。

在軟土地區，由于土質較差，加之周邊環境、地下水等條件復雜，為確保基坑安全穩定，對于深度大于7 m的基坑常采用樁＋內支撐的支護形式，而對于5～7 m的深基坑，特別是面積較大的深基坑，考慮工程的經濟性和施工的便捷性，常采用雙排樁或懸臂樁進行支護（穆海旺等，2022；王長青等，2022；李琳等，2007）。深度相對較小的基坑往往不能引起充分重視，從而導致軟土地區深度較小的基坑事故頻發（楊文浩，2024；毛洲明等，2024；劉興旺等，1999）。基坑工程施工管理不規范，往往是導致基坑事故的起因（蔡豐錫，2024；盧勇，2021；王曉初等，2018；陳啟輝等，2006；孫劍平等，2001）。

本文以天津軟土地區某基坑支護工程為例，分析基坑兩次事故產生的原因及其加固措施，可為類似基坑提供借鑒。

1 "工程概況

1.1 "工程簡介

建設工程位于天津市靜海區。擬建物為1座辦公樓，采用鋼框架+中心支撐結構、樁承臺基礎；配套建設食堂、培訓中心及研發中心，采用鋼框架結構、樁承臺基礎。整體設置1層地下車庫，基坑開挖面積為10 700 m2，周長約416 m。根據不同的功能區，基坑開挖深度為4.0～6.3 m，局部電梯基坑及集水坑再深挖1.5 m。基坑開挖深度見圖1。

1.2 "基坑周邊環境

基坑南側距紅線最近處約11.2 m，紅線處設圍墻及出入廠區大門，圍墻外4.5 m為道路，距基坑邊緣外2 m設置施工道路。

基坑北側現狀為空地，后期為施工臨建場地。

基坑西側距紅線最近處約11.1 m，紅線處設圍墻，圍墻外6.8 m為道路，距基坑邊緣外2 m設置施工道路。

基坑東側距紅線5.0～9.1 m，紅線處設圍墻，圍墻外9.3 m為既有廠房（樁基礎，無重載）。

管線調查結果表明，基坑周邊環境較為簡單，2倍基坑深度范圍內無市政管線。

1.3 "工程地質與水文地質

場地地處華北平原，區域地勢平坦，原始地貌屬海積沖積低平原，后經人類活動逐漸形成現地形地貌。根據場地勘察報告，與基坑相關的土層分布見表1，物性指標見表2。

根據場地勘察資料，對工程有直接影響的淺層地下水屬第四系表層孔隙潛水，初見水位埋深1.90～3.00 m，靜止水位埋深1.40～2.50 m。表層地下水屬潛水類型，主要由大氣降水補給，以蒸發形式排泄，水位隨季節有所變化，一般年變幅為0.50～1.00 m。

據室內滲透試驗，黏性土土體滲透系數大多為10-7～10-6 m·s-1，屬極微—微透水性。各層土體滲透試驗成果見表3。

2 "基坑支護設計

根據相關規范及地方性法規，本工程基坑主體安全保護等級為三級。基坑開挖深度為4.0～6.3 m，且地下水位埋深較淺（潛水面在基坑底面以上），需特別注意基坑工程的止水效果。

2.1 "支護方案

根據場地周邊環境及基坑特點，AB段開挖深度為5.6 m，CD段開挖深度為6.3 m，設計采用雙排管樁（PHC 500 AB型）進行支護，其中前排樁間距0.8 m，后排樁間距1.2 m，排距為2.2 m，上部卸土放坡2.0 m，設置1.1 m放坡平臺。樁頂設置冠梁及連梁：前后冠梁截面尺寸均為800 mm × 600 mm；連梁間距為1.6 m，連梁截面尺寸為600 mm × 500 mm。在雙排樁間設置雙軸攪拌樁止水帷幕，攪拌樁樁長10 m，放坡外側設置樁長2.5 m的雙軸攪拌樁止水短樁。基坑支護結構剖面見圖2。

DE段基坑開挖深度為4.6 m，設計采用懸臂管樁（PHC 500 AB型）進行支護，樁長9 m，上部卸土放坡1.8 m。樁頂設置冠梁，冠梁截面尺寸為800 mm ×600 mm。在樁后設置雙軸攪拌樁止水帷幕，樁長11 m。基坑支護結構剖面見圖3 a。

BC段和EF段開挖深度為4.6 m，采用大放坡的支護形式，坡比為1∶0.85，在樁后設置雙軸攪拌樁止水帷幕，樁長11 m。基坑支護結構剖面見圖3 b。

FG段開挖深度為5.3 m，設計采用大放坡加抗滑樁的支護形式，二級放坡，一級坡坡高1.8 m，坡比為1∶0.9，二級坡坡高3.3 m，坡比為1∶0.52，中間設置0.5 m的放坡平臺。抗滑樁采用管樁（PHC 500 AB型），樁長9 m，間距1.0 m。在樁后設置雙軸攪拌樁止水帷幕，樁長11 m。基坑支護結構剖面見圖4 a。

GA段開挖深度為4.0 m，采用大放坡的支護形式，坡比為1∶0.85，在樁后設置雙軸攪拌樁止水帷幕，樁長11 m。基坑支護結構剖面見圖4 b。

各段支護形式匯總見圖5。

2.2 "降排水方案

本項目采用雙軸攪拌樁封閉止水，坑內設置疏干井降水，坑底表層水采用集水井結合碎石盲溝排水。降水需在土方開挖前兩周左右進行，地下水降低至相應標高（坑底以下1.0 m）后方可開始進行相應土方的開挖。在基坑放坡坡頂設置截水溝，截水溝截面尺寸為300 mm ×300 mm，截水溝表面用M10砂漿抹面。

2.3 "施工工序

1）場地平整至設計地坪標高后，進行整個基坑的預應力管樁施工；2）基坑開挖至冠梁、連梁底后，進行混凝土冠梁和連梁施工；3）冠梁連梁達到設計強度后，開挖土方至坑底標高，然后進行基礎墊層施工（墊層隨挖隨做且應在2 h全部施工完成）以及底板施工（墊層及底板范圍抵達支護樁）；4）待底板帶達到設計強度后，進行剩余地下室主體結構施工；5）回填基坑肥槽。

2.4 "基坑支護后各段坑壁變形穩定性驗算

基坑東側按10 kN·m-2的施工荷載考慮，地面超載距離坡頂不小于2 m。其他側基坑坡頂外2 m存在施工道路，按20 kN·m-2的施工荷載考慮，設計計算采用同濟啟明星軟件8.2版本，驗算結果見表4。根據JGJ 120—2012《建筑基坑支護技術規程》中穩定性驗算的要求，支護后基坑各段坑壁土體變形穩定性驗算結果均能滿足規范要求。

3 "基坑事故原因及應急措施

在基坑開挖前，根據相關法規及設計要求，甲方單位聘請第三方監測單位對開挖過程中的樁頂水平位移、豎向位移、周邊建筑沉降、周邊管線道路沉降、地表沉降及地下水位進行監測。監測點平面布置見圖6，監測預警值見表5。

3.1 "事故一

在完成冠梁和連梁施工并達到設計強度后，進行基坑土方開挖作業。整個基坑土方開挖自東向西退挖。東側A—E段土方直立開挖，1 d左右全部開挖至坑底，后向西側退挖。

基坑開挖至坑底后，東側支護樁后地面出現裂縫。根據基坑監測數據，支護樁水平位移在1 d內直接增加到50～60 mm，嚴重超出預警值。根據監測結果，周邊地下水水位變化及累計值并未超過預警值，說明止水帷幕尚未失效，現場也未發現帷幕滲漏水。

事故發生后，甲方緊急組織施工方、監理方和設計方進行研判和應急預案的商討。經分析認為，施工現場范圍內未出現明顯異常情況，且計算各項參數均能滿足規范要求。基坑工程受環境因素影響較大，存在較多的不確定性因素干擾，極有可能是基坑外側工程地質或水文地質條件發生變化導致本次事故。

設計單位提出應急方案，在東側雙排樁或懸臂樁坑內設置內支撐措施。利用承臺間的空隙，設置混凝土墩作為支點，設置斜向支撐，支撐采用40工字鋼。具體做法見圖7。

3.2 "事故二

整個基坑開挖完成后，在坡頂進行了大面積堆載，恰逢4月底天津突降暴雨，導致西側放坡位置大面積溜坡，且坡面出現大面積滲水。初步判斷帷幕已經失效，根據監測數據，坡頂最大水平位移已達到70 mm。

經過參建各方商討，在溜坡位置重新進行修坡，在帷幕后（坑外）側增加樁長12 m的拉森鋼板樁，增加坡體穩定性的同時，用拉森樁替代已經失效的止水帷幕，同時采取降水等方式增加坡體穩定性。具體做法見圖8。

4 "應急措施實施效果及分析

4月13日施加坑內內支撐措施，變形得以控制。坑內內支撐措施對基坑樁頂水平位移的控制效果較為明顯，監測數據見圖9。

由圖9基坑變形監測數據可見，在4月13日實施內支撐措施后變形得到明顯的控制，雖然用于內支撐的工字鋼剛度較低，但對基坑變形的抑制效果比較明顯。

在事故一中，基坑東側懸臂管樁（PHC 500 AB型）直立支護段基坑實際變形值較計算的變形值大1～2倍。在濱海軟土地區基坑實際變形量大于計算值是常見的現象。對比開挖深度為5.6 m的AB段基坑變形數據（SP4）和開挖深度為6.3 m的CD段基坑變形數據（SP8）可見，在其他條件基本相同的情況下，開挖深度僅增加0.7 m，采取相同支護形式的基坑水平位移就增加差不多1倍。說明在基坑深度達到一定程度后，無內支撐或錨拉結構的懸臂支護基坑變形隨著深度的增大會急劇增大，其抗風險能力相對較差。而在采取一定的內支撐措施可以有效控制基坑變形，即使支撐結構剛度較小，也可以有效降低基坑變形。

在事故二中，導致基坑溜坡甚至止水體系破壞的主要原因是施工單位未按照設計要求嚴格控制基坑頂部堆載量。對比有內支撐或錨桿的基坑，無內支撐或錨拉結構的支護結構對周邊超載相對比較敏感，施工時應嚴格控制超載（陳治法，2024）。同時，在雨季應加強基坑周邊排水，避免坑內積水。

5 "結論

基坑邊坡失穩是巖土工程中的常見問題，而在軟土地區，基坑坑壁土體具有較高的靈敏性，在基坑設計過程中，應高度重視無內支撐或錨拉結構的基坑支護結構，應適當提高此類支護結構的安全儲備，做好基坑應急預案。通過本文的案例分析，得到以下認識：

1）在軟土地區，無內支撐或錨拉結構的基坑支護結構實際變形值通常大于計算值，基坑周邊環境復雜的項目需增加安全儲備以控制實際變形。

2）無內支撐或錨拉結構的基坑支護結構在達到一定深度后，其變形隨著深度的增加而急劇增大，其抗風險能力相對較差，設計中應綜合考慮各種因素。

3）在軟土地區，坑內支撐可有效降低基坑變形，在坑內設置支撐措施可作為懸臂結構的有效應急措施。同時設計時可考慮采取坑外背拉等措施減小基坑變形，增加穩定性。

4）無內支撐或錨拉結構的支護結構對坑頂荷載較為敏感，尤其是在軟土地區，施工時應嚴格控制坑頂超載。

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收稿日期：2024-10-10；修回日期：2024-11-04

第一作者簡介：段行雨（1995- ），男，安全評估師，從事工程地質勘察、基建維修等工作。E-mail：626165014@qq.com

通信作者簡介：李守慶（1990- ），男，碩士，高級工程師，從事巖土工程、地質災害、生態修復等工作。E-mail：lishouqing128@163.com

引用格式：段行雨，葉凡，李守慶，2024.軟土地區某基坑事故的應急處理和加固措施分析［J］.城市地質，19（4）：536-544