某深基坑施工引發臨近建筑變形開裂事故分析及處理

摘要：南寧市區某深基坑在開挖施工過程中發生了鄰近建筑物地面沉降和墻體開裂的事故，文章以該事故為例，從工程地質問題、施工問題、周邊環境影響因素等方面探討和分析誘發事故的原因，根據工程實際情況提出采取地下水隔斷及降排措施、開展基坑及房屋結構穩定性評價、加強監管等相應的處理方案和措施，取得了良好的治理效果，可為類似的工程項目提供借鑒。

關鍵詞：深基坑；建筑變形；墻體開裂；誘因分析；處理措施

中圖分類號：TU472" " " "文獻標識碼：A" " " 文章編號：1674-0688（2024）02-0086-04

0 引言

近年來，隨著地鐵、市政道路等基礎設施日益完善，老舊城區建筑面臨著危舊房改造的現狀，由于使用面積需求量增大，區域用地緊張，因此對地下空間開發和利用的需求也快速提升。深基坑開挖工程中的基坑支護作為建筑施工的保障措施，在施工過程中需要考慮眾多引發事故的因素，尤其是在高水位和建筑分布密集區域。此類工程發生潛蝕、流砂、突涌、地表沉降、建筑變形開裂等災害事故屢見不鮮，隨之而來的是工程延期、責任糾紛和經濟賠償等問題。各工程因其特征存在差異，所以處理的技術關鍵點也不盡相同，是一個非常值得研究的方向。李瑛等［1］采用力學平衡條件對突涌及其處理過程進行機理分析，認為失效原因為沿坑底的鉆孔發生滲透破壞，提出圍堰或鋼套管結合注漿加固的事故處理方法；楊得富等［2］對某深基坑止水帷幕滲漏情況及原因進行分析，提出“坑內止水，導流，反壓，封堵+坑外注漿加固，提前預防處理”的方案，治理效果良好；代聰等［3］通過某工程實際案例分析深厚砂層中帷幕滲漏的原因，提出在滲水點后壁孔洞內填塞水泥袋的處理方法。大部分研究集中于坑底開挖未穿透隔水層的情況，對于穿越隔水層但未穿越承壓含水層的深基坑地下水問題的探討和與之相關的工程案例分析相對較少。

本文以南寧市某深基坑工程開挖施工引發臨近建筑地面沉降和墻體開裂的事故為工程案例，從內部、外部影響因素逆向分析災害事故的誘因，提出安全、經濟的綜合治理方案。本研究彌補了高水位深基坑工程施工中，特別是在坑底大面積揭露承壓含水層的情況下，高效處理因地下水控制不當而引發災害事故險情的方法的空白，以期為類似工程設計施工的事前防范、事中控制及事后處理提供參考，降低工程安全隱患。

1 工程概況

某深基坑工程位于廣西南寧市某單位舊生活區內，屬于危舊房改造項目，1棟主樓共32層，地下室3層。工程場地狹小，現狀地面較平坦，呈“L”形，北側為民族大道，西側為星湖路北二里；基坑周長約200 m，深度約16 m；其東側有5層高的教學樓，外墻距坑邊約5 m；西側緊挨一排1～4層的臨街建筑物；南側是某單位3～6層的舊建筑物群，距坑邊約5 m；北側為6層高的辦公樓，外墻距坑頂邊線約5 m。場地周邊均有地下管線分布，其具體分布范圍、埋深尚不明確。基坑的安全等級為一級，采用樁錨支護體系，頂部5 m的部分設置“陡坡+錨桿”加固措施。坑外側地下水埋深按5 m、坑內按坑底以下1 m考慮設置落地式整體止水帷幕，沿坑底周邊設置降水井10口，降水井進入泥巖2 m，坑外四角設置觀察井。止水帷幕采用[?]600@1 200 mm的長螺旋鉆孔樁，樁端進入泥巖層不少于0.5 m；支護樁采用[?]800@1 200 mm的長螺旋灌注樁，樁端進入泥巖層不少于0.5 m；鋼筋砼段樁長為16.5～20 m，與止水樁間隔搭接布置，兼做止水樁；混凝土為C30水下混凝土。

基坑東南角開挖深度為14 m左右時，坑頂附近地面裂縫有逐漸蔓延擴大的趨勢，東側緊挨的教學樓墻體裂縫貫通增大。學校發現問題后向建設單位反映情況，責令其設置臨時圍擋設施，暫停開挖作業。建設單位立即通知參建各方到現場對裂縫問題進行研究并給出應急處理方案。

2 場地地質情況

2.1 工程地質條件

根據地質勘察報告，場地內地層自上而下主要為第四系人工填土、黏土、粉質黏土、圓礫，下伏基巖為第三系泥巖等，具體概述如下。

（1）雜填土：灰黃色為主，稍濕，較松散；以黏性土為主，含碎石、建筑垃圾等，堆積時間約10年；全場分布，揭露層厚0.4～1.7 m，平均厚度約為1.1 m，屬高壓縮性土。

（2）黏土：黃紅色為主，稍濕，硬塑，黏性一般，韌性一般，干強度高，無搖震反應；全場分布，揭露層厚3.5～6.5 m，平均厚度約為5 m，屬中等壓縮性土。

（3）粉質黏土：灰黃色，濕，軟塑，局部可塑，砂感強，黏性較差，韌性一般，干強度低，無搖震反應，局部夾薄層粉土、粉砂；全場分布，揭露層厚5.5～9 m，平均厚度約為7.3 m，屬高壓縮性土。

（4）圓礫：灰色、灰白色，稍密至中密狀，飽和，礫石含量約50%以上，大部分為中粗砂；全場分布，揭露層厚4.7～8.5 m，平均厚度約為6.5 m，屬低壓縮性土。

（5）強風化泥巖：褐灰色，稍濕，以黏土質泥巖為主，濕水后易軟化、碎解，屬極軟巖；全場分布，揭露層厚4.5～6 m，平均厚度約為5 m。

（6）中風化泥巖：褐灰色，稍濕，強度較高，屬極軟巖；全場分布，揭露層厚4.5～16.5 m，平均厚度約為12.5 m。

2.2 水文地質條件

場地地下水富存于粉質黏土和圓礫層中，屬孔隙水，水量一般，雨季時較大，具有承壓性。穩定水位約-5 m，年變幅為2～3 m。各土層滲透系數k如下：雜填土為3×10-4 cm/s、黏土為4×10-5 cm/s；粉質黏土為8×10-5 cm/s、圓礫為3×10-2 cm/s～6×10-2 cm/s。

3 事故分析

3.1 災害情況

基坑開挖觸及承壓含水圓礫層，因此坑內水量增大，加之正值雨季，市政排水系統無法及時排清路面積水，導致場地大面積匯水，基坑內有大量積水浸泡。為了達到作業條件，施工方日夜不停地抽水，幾天后坑頂四周出現了不同程度的地面沉降和開裂，坑頂一圈的排水溝出現嚴重斷裂和沉降，導致雨水不停下滲。最嚴重的是，臨近基坑東側的房屋墻體出現了大量的裂縫，沿著窗角呈倒“八”字逐漸貫通，窗底出現水平通縫，縫寬局部達1.5 mm以上，嚴重影響了房屋的正常使用。實際施工降水仍然困難，底板標高未挖出，工期嚴重滯后。

3.2 工程地質問題剖析

基坑開挖施工過度降水，嚴重破壞了原有地下水、地表水和大氣水之間“三水”循環系統的狀態［4］。地下水物理和化學場發生變化，破壞了原有地下水與土顆粒之間的吸附溶蝕平衡，土體物理力學性質的改變往往會削弱土體的強度。土體與地下水之間的相互作用是土體變形進而引發建筑變形開裂的微觀內因，巖土體性質是引發事故的宏觀內因。

（1）雜填土層厚度不大，其物理力學性能差異性大，壓縮性高。隨著基坑開挖加深，樁前土體被卸載，土體應力釋放，坑頂位移逐漸增大。填土對位移的反應敏感，因固結尚未完全，黏聚力和內摩擦角小，難以抵抗外界的壓力，從而產生地面開裂、沉降甚至塌陷。可以采取錨桿加固措施、C10素混凝土硬化處理和明溝排水措施。在現場發現地面存在較多裂縫且范圍較大，基本延伸至基坑深度的范圍，并且四周排水溝已嚴重開裂變形，雨水等積水未能及時排走并下滲，發生水-土化學作用，導致一系列問題的產生，因此成為不可忽視的誘因之一。

（2）黏土層埋藏淺，力學性質較好，承載力大，可作為建筑物的基礎持力層，屬中等壓縮性土。基坑頂部四周建筑物的基礎擱置于此層，建筑基礎的穩定性直接受限于此層土體的性能。該土層區域采取“陡坡+噴錨”支護措施，錨桿和預應力錨索呈交錯間隔布置，15°角入射。錨桿、錨索孔徑分別為130 mm、150 mm，錨桿拉拔力設計值約為130 kN，錨索預應力鎖定值約為150 kN，該設計的目的是加固土體，提高土體的抗剪強度和穩定性，加上拉拔力不大，按理不應成為事故的誘因。第三方檢測數據顯示，錨桿和錨索不存在超拉拔的情況，錨桿（索）在成孔時未出現塌孔現象，灌漿效果良好，其抗拔力影響區域小，因此可認為錨桿（索）的使用不具備構成引發事故的因素。如果該層土被嚴重擾動，原有的力學性能受到威脅，比如地下水的溶蝕作用、下臥粉質黏土軟弱層發生較大變形等，那么就有可能因此成為事故的主要誘因。

（3）粉質黏土層孔隙大，為含水層，自穩性差，均勻性較差，壓縮性高，滲透性較好。該土層區域采用樁錨支護，錨索豎向間距為1.5 m，水平間距為1.2 m，支護樁間使用止水樁。基坑開挖到此層，地下水揭露，為達到施工作業條件，根據重力平衡法計算獲得防突涌臨界開挖深度約8 m，因此開挖深度為8 m時開始開啟抽水降排措施。隨著開挖加深，地面開裂逐漸發展，根據以往工程經驗，這屬于正常現象，畢竟裂縫寬度仍在規范允許的范圍內，不會對周邊環境造成影響或影響很小，因此施工作業按照原計劃繼續進行。然而，粉質黏土層可能已經發生了變化，如土體內部地下水的流動侵蝕、局部流砂管涌現象等，為事故的發生埋下隱患。

（4）圓礫層埋藏較深，均勻性好，壓縮性低，滲透性高，為微承壓含水層。地下室底板開挖至-16.8 m左右，基坑底大致處于圓礫層中間。在東南角開挖進入圓礫層約3.0 m，此處距離坑底還有約1.5 m，而此時發現水位很難繼續降下去，但為了搶施工進度，盡快完成施工，采取了強降強排措施，增加5口降水井，日夜不停地抽水。在不采取任何隔斷措施的情況下繼續強降強排勢必使圓礫層土體中的細顆粒被掏空，土層塑性變形過大，進一步牽動上一層土體，這是引發周邊建筑變形開裂事故的主要原因。

3.3 施工問題探析

工程施工設計采用整體落地式止水帷幕，支護樁與止水樁搭接采取咬合方式布置，樁施工在淺層基坑開挖5 m后的平臺上進行，樁端要求進入泥巖層不少于0.5 m。設計旨在隔斷粉質黏土和圓礫層，截斷地下水滲流通道，降低降水對周邊建（構）筑物的不利影響。因施工遇到地下水時未能妥善處理而引起的建筑物變形開裂是人為可控的外因。

（1）施工技術水平有限。施工過程把控不嚴、工人操作水平較低等原因導致樁垂直度控制不佳，樁間咬合不到位，形成樁間縫隙或軟土夾層；施工樁頭不完整、沉渣嚴重引起卡鉆、堵管等現象，造成帷幕不嚴密，形成地下水滲流通道，使水土流失嚴重而導致土體變形過大。

（2）施工組織管理問題。施工期間盲目采用強排強降的冒進做法，連續24 h抽水，單井抽水量約6 m3/d。按此抽水強度，如果基坑封閉較好，根據地下水存儲量估算20 d左右就可排干整個坑底的自由水，但最終水位卻降不下來。在開挖上部土層時，帷幕配合坑內降水，施工中并未出現管涌、滲漏等情況，地下水得到很好的控制。當開挖穿透上部粉質黏土隔水層進入富承壓水的圓礫層，地下水未得到較好的控制，考慮到地下水豎向滲流力的影響，可以判斷水位降不下的原因一是止水帷幕出現了滲漏，二是地下水有補給。此時，施工單位應及時將情況反饋給設計單位，而不是選擇盲目降水。由于滲流不斷發展，坑壁長時間暴露，導致坑后土體松散，變形劇烈，最終導致建筑開裂。

3.4 周邊環境因素影響

發生嚴重沉降的建筑與基坑之間存在一個破舊的化糞池，給地下水滲漏和補給提供了一條大通道，因此該區域一直積水嚴重。周邊道路地表水排泄時，在滲漏補給作用下，坑壁的水土流失加快，破壞了原有的水平衡系統，形成新的動態平衡。在觀測井未發現坑外水位下降，但土體內細顆粒已被掏空，土體塑性變形過大導致坑頂建筑基礎發生不均勻沉降。

4 事故處理

4.1 地下水的隔斷及降排措施

（1）止水帷幕灌漿補漏。在基坑積水多和局部滲水量大的區域確定滲漏點和滲漏范圍，采用改性水玻璃漿液插管灌漿封堵，解決原有止水樁和支護樁之間咬合不嚴產生裂縫的問題；提高帷幕質量，加大地下水的滲流路徑，甚至形成完全封閉的隔水擋板，減少或切斷坑后地下水滲流進入坑內。對未開挖露出的部分，在坑內側靠樁邊垂直插管注漿封堵，封堵長度約為5 m，深入泥巖層0.5 m；對已開挖露出的部分，在樁間采用與樁成30°左右夾角的方位插入注漿管至后方土體，灌漿范圍長約3 m、寬約2 m，孔距、排距均為1 m，頂端均外露0.5 ｍ，以便注入改性水玻璃漿液；施工漿液水灰比為1∶1，注漿壓力為0.6～1 MPa。

（2）局部深坑加固。注漿加固局部深坑坑底和坑壁土體，降低坑底圓礫層的滲透系數，通過防滲減少地下水的豎向補給，為底板施工爭取時間。

（3）坑外回灌地下水。通過回灌減少降水漏斗的影響范圍，消除加劇房屋地基不均勻沉降和進一步惡化建筑變形的不利因素。

（4）分區施工，快速封閉基底。先進行東南角的底板施工，暫停其他側的開挖作業，減少降水井數量和降水頻率；按需降水、分區降水施工，加快底板施工、封底，消除影響房屋穩定性的隱患；封閉勘察孔、施工空洞等，通過堵漏防止地下水承壓上涌。

4.2 基坑及房屋結構穩定性評價及處理

設計單位對支護結構進行的整體穩定性和變形核算表明基坑是安全的。為防止支護結構發生過大位移，可在靠近建筑物的基坑陰角處加2道角撐，同時在已開挖的坑底實施反壓。

基坑東側以開裂房屋的基礎為獨立基礎，雖然地面和墻體裂縫較多，但是安全穩定性尚可滿足使用要求。考慮到地基土部分為軟土和回填土，目前房屋基礎已出現不同程度的沉降，如果繼續開挖基坑，則很有可能出現安全事故。為避免發生二次災害事故，應對地基土進行加固處理，鑒于施工場地有限，可采用灌漿法加固，保證地基達到穩定、固結良好的效果，同時通過頂升還可以糾偏房屋基礎。基坑北側的辦公樓、基坑四周地面、房屋南側化糞池的位置應一并進行加固，防止生活用水和地表水通過此通道往下滲漏，影響基坑安全。灌漿加固方案旨在通過限制地下水活動制止土體位移，采用注漿管把混合漿液均勻地注入土層中，以充填、滲透、擠壓等方式排空軟土中的水分和空氣，注入的混合漿液起到擠緊、壓密及置換土體的作用。混合漿液中的水玻璃及少量速凝劑能在較短的時間內使漿液凝固，將原土體膠結成強度大、防水性能良好的新體系，達到加固的效果。

灌漿孔沿建筑物和冠梁的走向平行布置，灌漿的寬度為3 m，場地軟土距地面約3 m，灌漿的有效半徑一般為1 m左右；灌漿孔深3 m，孔距、排距均為1 m，孔布設于坡頂2排、冠梁頂1排，孔位呈梅花狀布置。采用分層注漿方式，先施工外圍的孔，再施工內側的孔，降低漿液的流失量。施工漿液水灰比為0.8∶1；水泥漿液與化學漿液的配比為1∶0.3；灌漿壓力為0.2～0.8 MPa，由小到大逐步加壓；提升速度為每分鐘5～15 cm。當出現返漿或注漿壓力快速增長時，可采用間歇灌注法，即首先將一定數量的漿液灌注入上層孔隙大的土中，然后暫停工作，讓漿液凝固，幾次反復操作就可以將上抬的通道堵死；或是加快漿液的凝固時間，使漿液流出注漿管便凝固。

4.3 加強監測

（1）水位監測。增加坑外地下水位變化監測頻率，降水、土方開挖及底板施工期間密切觀測觀察井的水位變化并做好記錄，以便指導施工。當水位下降達到報警累計值1 000 mm或變化速率達到500 mm/d時，應停止降水，采取措施保持水位，避免超降。

（2）基坑及周邊建（構）筑物監測。重點監測基坑頂部水平和豎向位移量，基坑深度范圍內地面的沉降量、道路及地下管線的變形量，房屋的四角及拐彎等位置的沉降量。每15 m設置1個監測點，報警累計值設為30 mm，報警值變化速率設為2 mm/d。

（3）頻率監測。第三方監測應增加監測點及頻率，建議由原來的每天1次改為每天2次，特別是已經出現地面塌陷變形和建筑變形開裂的位置附近，監測頻率應為每天3次，并隨時向各參建方匯報數據，以便在出現報警值前及時采取應對措施，防止二次災害事故的發生。

此外，由于灌漿段周邊為深基坑，存在安全隱患，所以在成孔和灌漿的過程中，需要質檢員和安全員認真做好監測工作，如果發現路面有細微的變化，需做好觀測記錄，并及時、如實地向技術負責人和項目經理匯報。

4.4 處理成效

經過以上加固處理，房屋裂縫趨勢未見加劇，第三方提供的觀測數據基本無變化，沉降曲線基本呈水平直線狀態，房屋形變趨于穩定。止水帷幕基本無滲漏情況，施工降水量明顯減少，地下水位趨于穩定，底板施工很快落實，工程順利完工。由此可以判定，場地地下水化學環境的變化是導致事故發生的最主要的因素，也進一步驗證了事故誘因分析的合理性，證實了所采取的綜合治理方案的有效性，確保了施工及周邊環境的安全。

5 結論及建議

（1）針對高水位的基坑工程施工，務必嚴格控制地下水。在止水帷幕完工后進行抽水試驗，如發現滲漏應及時補漏或根據數據對薄弱處進行預注漿，以增強止水效果；同時應做到按需降水，切勿盲目超降強排，避免對周邊建筑造成影響。

（2）建議分區、分層防控地下水。在整體控制的基礎上分段施工、分段降水，采取局部深坑加固、空洞保證封閉等措施。合理采用灌漿加固技術，該技術在加固軟體方面具有明顯的優勢，本工程的使用驗證了其合理性、經濟性和有效性。

（3）建議加強和切實做好對基坑周邊建筑和地面沉降變形的監測，嚴格按照規定執行，特別是雨天后，一旦出現異常，應及時采取應對措施。可引進數字化技術實現施工過程智能化的數據采集、分析和處理等，實現工程事前、事中、事后全過程的有效控制，避免類似地質災害事故的發生。

6 參考文獻

［1］李瑛，陳靜，柳春，等.深基坑承壓水突涌分級防控措施研究及應用［J］.地下空間與工程學報，2022，18（S1）：441-447.

［2］楊得富，李澤楷，寧其柱.某復雜地質深基坑止水帷幕滲漏處理案例分析［J］.工程技術研究，2023，8（14）：67-69.

［3］代聰，宋鵬飛，王愛華.某深基坑工程止水帷幕透水滲漏的防治［J］.青島理工大學學報，2010，31（1）：114-117.

［4］張信貴，吳恒，易念平.城市區域地下水環境變異的水化學因子分析［J］.廣西師范大學學報（自然科學版），2005（4）：94-98.