深基坑支護事故分析及對策

馬雪烈

近幾年,隨著深基坑支護工程越來越多,出現(xiàn)了許多工程事故。由于城市興建高層建筑的增多,而高層建筑均有層數(shù)多的地下室,由此帶來在施工期間大量的深基坑開挖和支護的巖土工程問題。例如由于地層構(gòu)造錯綜復雜,加上設計方案不完善、施工管理不善,在深基坑支護方面會出現(xiàn)重大事故。因此,必須加強深基坑的支護,減少事故的發(fā)生,最終節(jié)約成本。

1 深基坑支護工程基本特征

1)需要基坑支護的工程主要集中在大中型城市,其施工的局限性大,難度很大,一旦出現(xiàn)事故,影響特別大,所以對基坑穩(wěn)定和變形控制的要求更嚴。2)基坑開挖與支護是一項技術(shù)性很強的綜合技術(shù),從基坑支護事故分析可知,不少事故同勘察、支護設計、開挖作業(yè)、施工質(zhì)量監(jiān)控量測、現(xiàn)場管理等因素有關,而事故的發(fā)生又具有突發(fā)性。3)基坑支護工程常采用一些傳統(tǒng)的支護方法,而其存在許多致命弱點,如懸臂式支護結(jié)構(gòu)安全度較低,常因樁的埋入深度不足而發(fā)生塌方事故。4)深基坑支護工程大多為臨時性工程,不愿投入足夠的基坑支護資金。一旦出現(xiàn)事故,處理十分困難,造成的損失無法計量。

2 深基坑支護案例

以天津某大廈基坑工程為例,進行深基坑支護分析。該大廈是一棟綜合大樓,地處天津市大沽南路西側(cè),地上 26層,地下2層,框剪結(jié)構(gòu),總高度為84 m,建筑面積5萬m2,樁箱復合基礎。地質(zhì)情況大致為:第①層為填土,埋深在-3 m以上;第②層為淤泥,埋深在-9.5 m～-25.6 m;第④層為砂質(zhì)黏性土,c=10 kPa,Φ=28.8°;地下水位為-1.15 m。

深基坑設計與施工:基坑實際挖深11 m,工程樁采用450 mm×450 mm斷面的兩節(jié)預制混凝土樁,樁長32 m;支護樁采用錘擊式預制混凝土樁,斷面為350 mm×450 mm,樁長14.5 m,樁頂設冠梁,其上2 m為磚擋墻。冠梁與呈方格布置的水平支撐梁構(gòu)成第一道支護體系,挖到-7.13 m時,再澆筑第二道梁與水平支撐。支撐柱斷面為300 mm×300 mm,長24 m。

基坑開挖不久,水平支撐梁端部出現(xiàn)裂縫,當西向4格基坑土方開挖接近完成后時,裸露的8根支撐柱有5根大變形,甚至破壞。隨著土方向東繼續(xù)開挖,各區(qū)段的水平支撐梁端的裂縫擴大,支撐柱變形。支護結(jié)構(gòu)未完成先開挖,一次挖深達5.5 m,開挖面又太陡,發(fā)生多次滑坡,造成相鄰西側(cè)2層房屋下沉4.7 mm～53.3 mm,西南側(cè)一片筏基礎的3層辦公樓下沉17.5mm～51.5 mm,南側(cè)一樁基住宅下沉11.1 mm～23.6 mm。

3 基坑支護事故原因分析

1)事前對該工程的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況及周圍環(huán)境缺乏足夠的了解和分析,支護方案存在很大缺陷。2)缺少施工與設計的溝通,在發(fā)現(xiàn)問題時沒有及時調(diào)整和完善支護方案,造成事故的進一步擴大。3)工程樁采用錘擊預制樁,導致地基土中超靜孔隙水壓力急劇上升,且無法很快消散,在地基中產(chǎn)生了強烈的擠土作用。4)天津地區(qū)的淤泥多呈流塑狀態(tài),滲透系數(shù)小,壓縮性大,靈敏度高。淤泥受打樁振動后其強度大大降低。而基坑一邊開挖,一邊繼續(xù)打工程樁,擾動地基土,使其強度大大降低,造成支護結(jié)構(gòu)所受土壓力陡然增大。5)基坑西南側(cè)均臨近建筑物,基坑北側(cè)坑邊又堆放了6 m寬、2 m高的土方,遲遲不能運走?；又車嬖诤艽蟮牡孛婧奢d,淤泥在地面荷載作用下產(chǎn)生流動,造成基坑支護體系所承受的壓力超出設計計算值,承載能力顯得不足。6)支撐柱的配筋少,剛度明顯不足;水平支撐的中間接點斷面及配筋不足;基坑土方開挖方案不合理,未配合基坑支護盲目開挖。7)挖掘機停在水平支撐點處工作,抓斗直接碰撞支撐柱?；娱_挖沒有做好止水措施,一部分地表水流進基坑,淤泥通過樁間孔進入基坑,加劇了基坑土體的滑移。

4 基坑支護事故預防對策

1)要重視深基坑支護的方案和設計工作。在選擇支護方案時,必須結(jié)合實際情況確定,必須根據(jù)某一工程的地質(zhì)環(huán)境、地下情況以及周圍環(huán)境而定。對于任何一項基坑支護工程,都必須經(jīng)過各種方案的分析比較和充分論證后確定一個最優(yōu)支護方案。同時,應組織專家對深基坑支護結(jié)構(gòu)進行論證,確保其安全性、經(jīng)濟性和可操作性。2)必須十分重視深基坑開挖所在地的地形、地貌和工程地質(zhì)特點的勘察,對場地土質(zhì)的穩(wěn)定性問題進行評述;在勘察工作中事先摸清可能導致邊坡土體滑坡的各種因素;對支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性造成威脅的重要地段、重點層和重要的土質(zhì)指標要保證其可靠性;查明場地內(nèi)地下水的類型、水位、補給條件和動態(tài)變化及其滲透性,必要時,進行基坑設計補充專項勘察。3)選擇具有豐富深基坑支護設計經(jīng)驗的設計單位進行設計。設計單位的選擇關系到整個基坑支護工程的大局,一個好的設計不僅考慮其經(jīng)濟性,而且考慮其安全性,還應結(jié)合場地特點實現(xiàn)其可操作性。只有優(yōu)秀的設計單位才能保證上述目標的實現(xiàn)。4)注重地下水的處理。地下水處理不當往往會造成基坑倒塌事故,同時還會給周圍環(huán)境造成不良影響。在基坑開挖過程中,地下水采用何種方式進行處理,首先要看建筑物所在地的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況及周圍的環(huán)境而定,不能因為基坑降水而引起地面下沉給周邊建筑物及管線造成破壞。5)確?；又ёo工程的施工質(zhì)量。深基坑支護屬于地下工程,具有不可視性,其出現(xiàn)工程質(zhì)量事故的概率也比較大,一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題,事后糾正和補救比較困難。因此,必須招專業(yè)的施工隊伍進行施工,嚴把質(zhì)量關,嚴格按照設計進行施工。施工時,不可隨意改變設計意圖,取消錨桿,將錨固結(jié)構(gòu)變成懸臂結(jié)構(gòu)等。強化工程建設監(jiān)理管理,確保支護工程的施工質(zhì)量。6)基坑支護設計必須進行基坑支護結(jié)構(gòu)的承載力極限狀態(tài)的計算、結(jié)構(gòu)變形及周邊地面變形驗算以及地下水控制計算和驗算,以確?；拥姆€(wěn)定性。7)支撐系統(tǒng)應注意的問題。選擇支撐系統(tǒng)的原則是:充分發(fā)揮圓形、橢圓形、拋物線形、拱形和桿件的力學功能,根據(jù)要求選用一種或組合的形式。8)加強運行期間的管理。嚴格按照設計支護方案要求進行管理,尤其是基坑降水、基坑周邊堆載、基坑開挖與支護的順序尤為重要。必須維持基坑的設計狀態(tài),稍有不慎就有可能造成重大事故。9)監(jiān)控量測信息化。施工檢測是深基坑支護中必不可少的組成部分,在施工過程中也常常會出現(xiàn)一些難以預料的變化。為此,對深基坑的監(jiān)控量測土體壓力、邊坡位移、沉降、錨桿應變以及鄰近建筑物沉降和傾斜等,以便及時掌握土體的變形特性,隨時加固防范,預防事故發(fā)生。

通過以上分析,深基坑支護是一項技術(shù)性很強的綜合技術(shù),要求施工相關的各方予以足夠重視,加強各個環(huán)節(jié)的管理和溝通,在施工過程中勤檢查、勤觀察,發(fā)現(xiàn)問題及時解決,才能保證基坑支護工程的順利完成。

[1] 陳 宏.淺談深基坑支護模式[J].山西建筑,2009,35(36):92-93.

[2] 陳應思.某深基坑工程支護設計及信息化管理[J].山西建筑,2008,34(14):84-85.

[3] 刁桂恒,郭遠宏.淺談深基坑支護工程的安全控制[J].山西建筑,2008,34(26):124-125.