談基坑事故的因素分析和預(yù)防措施

秦 敏

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，江蘇南京 210031)

近幾年隨著城市的發(fā)展，城市空間的擴(kuò)充，地上高層建筑物和地下空間的開(kāi)發(fā)利用逐步擴(kuò)大，深基坑工程也進(jìn)一步發(fā)展起來(lái)。深基坑工程是指包括基坑開(kāi)挖，降水和支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工與檢測(cè)在內(nèi)的總稱(chēng)。深基坑工程綜合性強(qiáng)，涉及范圍廣，隨著深基坑工程規(guī)模和難度的擴(kuò)大，危險(xiǎn)系數(shù)上升，安全事故頻發(fā)，對(duì)周邊環(huán)境乃至人身財(cái)產(chǎn)安全都造成了很大的影響，引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注和工程人員逐步的重視。

1 案例介紹

2012年11月在南京某毗鄰地鐵三號(hào)線施工工地的交通要道上，一輛載有十多名乘客的公交車(chē)被塌陷的路面卡了一下，隨后整個(gè)路面繼續(xù)塌陷，且愈加嚴(yán)重，直至公交車(chē)大半個(gè)身子陷入地面以下，情況危急。雖然相關(guān)責(zé)任單位和責(zé)任人立即采取了措施，沒(méi)有造成人員的傷亡，但是整個(gè)路段車(chē)道封閉，途經(jīng)的汽車(chē)全部繞道行駛，給道路交通帶來(lái)了不便，也給社會(huì)帶來(lái)了不良的影響。此次事故地點(diǎn)基坑長(zhǎng)16 m，寬18 m，深23 m。

2 初步情況分析

基坑開(kāi)挖事故的影響因素與基坑的開(kāi)挖深度，土質(zhì)因素，地下水位，相連建筑物和地下荷載有關(guān)。初步分析，南京有青溪、運(yùn)瀆、城壕等多條古河道支流，占整個(gè)城區(qū)的2/5。而此次南京塌陷路段即地鐵三號(hào)線施工現(xiàn)場(chǎng)旁，臨近兩條古河道即清溪和城壕舊址，而古河道舊址屬于流沙地質(zhì)，地形低平，地層為中密粉細(xì)沙，因此事故發(fā)生地所處的施工環(huán)境較為復(fù)雜，易造成水土流失，導(dǎo)致沉降。事故發(fā)生后，官方在第一時(shí)間也作出了解釋?zhuān)暇┑罔F建設(shè)公司陳志寧副總經(jīng)理表示事故原因是地鐵三號(hào)線施工引發(fā)涌水涌沙所致。南京地鐵建設(shè)指揮部表示地鐵三號(hào)線施工過(guò)程中，開(kāi)挖基坑導(dǎo)致周邊水土平衡被打破，流沙地質(zhì)區(qū)出現(xiàn)空洞，在公交車(chē)重壓之下緩慢塌陷。

3 基坑工程事故的因素分析

3.1 外部環(huán)境因素

南京位于長(zhǎng)三角地區(qū)，降水充沛，溫暖濕潤(rùn)，且該地區(qū)又位于長(zhǎng)江邊，有近3/4的地域位于長(zhǎng)江及秦淮河古河道漫灘區(qū)，地層軟弱，工程地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜。由于施工地點(diǎn)處于秦淮古河道，富含水和沙，沉壓性大，當(dāng)時(shí)正在進(jìn)行混凝土墊層施工時(shí)，與2號(hào)線連接處出現(xiàn)涌水涌沙，出現(xiàn)塌陷地層上部以粘性土為主，下部以砂，礫石層為主。當(dāng)基坑底為厚度不大的粘性土，承壓含水砂層中的地下水會(huì)沖破粘性土層而產(chǎn)生突涌現(xiàn)象(即涌水、涌砂)。此次基坑事故的發(fā)生與南京水文地質(zhì)條件有密不可分的關(guān)系。

3.2 基坑邊坡滑移

南京地區(qū)深基坑開(kāi)挖一般為垂直開(kāi)挖，邊坡以松軟粘性土為主，在不采取任何有效支護(hù)措施的情況下，邊坡易失穩(wěn)而產(chǎn)生滑移或坍塌，有的即使采用支護(hù)，由于支護(hù)不當(dāng)也容易使邊坡失穩(wěn)而產(chǎn)生滑移。邊坡失穩(wěn)是在外界不利的情況下產(chǎn)生的，會(huì)造成土體下滑力的增加或土體抗剪強(qiáng)度的降低。

在建筑稠密地區(qū)施工，或有地下水滲入的基坑，這時(shí)候就需要進(jìn)行基坑支護(hù)。而對(duì)于深基礎(chǔ)支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)外至今尚沒(méi)有一種精確的計(jì)算方法，多數(shù)是處于探索和探討階段，我國(guó)也沒(méi)有統(tǒng)一的支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［1］，因此為基坑的邊坡滑移埋下了隱患。

3.3 土體的不均勻沉降

南京地區(qū)的地下水位埋藏普遍較淺，由于基坑降水使地下水位降低、有效應(yīng)力增大改變了原有地下水的平衡狀態(tài)，地下水變向基坑內(nèi)流動(dòng)。一旦土體中的動(dòng)水壓力超過(guò)土體的抗?jié)B能力，則會(huì)產(chǎn)生流沙現(xiàn)象，粘性土中就會(huì)出現(xiàn)空洞，就會(huì)使地基產(chǎn)生了新的、不均勻的壓縮變形。經(jīng)對(duì)相鄰建筑物及道路的變形監(jiān)測(cè)，這種變形的不均勻程度隨離基坑距離的減小而增大，當(dāng)這種不均勻變形超過(guò)了建筑物和路面的承受能力時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生破壞而造成房屋和路面的開(kāi)裂和下沉［2］。建筑物的地基若產(chǎn)生不均勻沉降，更會(huì)危及建筑的安全，造成人員傷亡的潛在威脅。

地下水的過(guò)度抽取，不斷拔起的高層建筑物和地鐵施工是造成不均勻沉降的主要原因。高層建筑基坑開(kāi)挖及施工過(guò)程中，應(yīng)避免過(guò)于集中排水。此次基坑事故發(fā)生地處于南京的城區(qū)，周?chē)ㄖ锵鄬?duì)比較密集，臨近道路和市政地下管道，因而對(duì)基坑穩(wěn)定和變形控制提出了較高的要求，造成了不確定因素增加。

4 預(yù)防措施

4.1 要重視周邊環(huán)境對(duì)開(kāi)挖基坑的影響

基坑開(kāi)挖前要了解好基坑周邊的環(huán)境，氣候情況，土質(zhì)的情況，勘測(cè)單位做好詳細(xì)的勘測(cè)報(bào)告?；娱_(kāi)挖前施工方要了解周邊建筑物，地下管線分布，道路，車(chē)輛等情況，并且采取好相應(yīng)的措施安排?；舆吷系亩演d，以及機(jī)具開(kāi)行等動(dòng)荷載，雨水，施工用水滲透等因素都會(huì)使土體自重應(yīng)力和土體剪應(yīng)力發(fā)生變化，造成開(kāi)挖基坑的危險(xiǎn)系數(shù)的上升。

4.2 采用先進(jìn)的施工技術(shù)和施工工藝

流沙現(xiàn)象產(chǎn)生原因是由于水在土中滲流所產(chǎn)生的動(dòng)水壓力對(duì)土體作用的結(jié)果。均勻的微小顆粒和松散飽和的土體容易產(chǎn)生流沙現(xiàn)象，但可以采用先進(jìn)的施工技術(shù)和方法如井點(diǎn)降水法的方式根除流沙現(xiàn)象。井點(diǎn)降水的方法就是利用真空原理，開(kāi)挖前在基坑四周埋設(shè)一些濾水管，通過(guò)不斷抽出地下水使水位下降到坑底以下，預(yù)防地下水涌入坑底，使坑底的土層消除地下水位差引起的壓力，從而防止了坑底的管涌，也可以使土壤固結(jié)，增加地基的承載力。而針對(duì)井點(diǎn)降水使周?chē)馏w突然固結(jié)而引起的地面沉降，可適當(dāng)增加抽水井點(diǎn)的數(shù)量，采用回灌井點(diǎn)的方法以防止土體的過(guò)量脫水［3］。

針對(duì)易發(fā)生涌水涌沙災(zāi)害的施工地區(qū)，工程建設(shè)中應(yīng)有效控制地下水的水力梯度方式發(fā)生管涌和流沙，沿盾構(gòu)掘進(jìn)工作面，及時(shí)采用泥沙或添加劑進(jìn)行加固止水和路基防滲壓止水的措施［4］。

4.3 建立全面有效的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，做到信息化施工

GB 50497-2009建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范中規(guī)定開(kāi)挖深度超過(guò)5 m，或開(kāi)挖深度未超過(guò)5 m但現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況和周?chē)h(huán)境復(fù)雜的基坑工程均應(yīng)實(shí)施基坑工程監(jiān)測(cè)。建筑基坑工程設(shè)計(jì)階段應(yīng)由設(shè)計(jì)方根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)及基坑設(shè)計(jì)的具體情況，提出基坑工程監(jiān)測(cè)的技術(shù)要求，包括監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、測(cè)點(diǎn)位置、監(jiān)測(cè)頻率和監(jiān)測(cè)報(bào)警值等。

南京地鐵在工期啟動(dòng)了安全監(jiān)測(cè)機(jī)制，地面、江面和附近建筑物沉降量和速率數(shù)據(jù)會(huì)適時(shí)出現(xiàn)，一旦地面出現(xiàn)沉降超過(guò)控制標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)就會(huì)報(bào)警，但此次事故并沒(méi)有提前發(fā)出預(yù)警，為什么此次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)沒(méi)有變化，而突然塌陷，南京地鐵建設(shè)公司陳志寧副總盡力解釋說(shuō)，由于盾構(gòu)井挖到底層后，底板以下出現(xiàn)突涌，路面以下出現(xiàn)空洞，但是路面有硬殼層并沒(méi)有出現(xiàn)下沉，公交車(chē)駛?cè)牒螅磐蝗凰?。由此可?jiàn)，在此次的基坑工程中，對(duì)監(jiān)測(cè)的重視程度和監(jiān)測(cè)的范圍深度不夠，缺乏對(duì)路面以下及時(shí)的監(jiān)控觀測(cè)和反饋。而在基坑工程建設(shè)中，風(fēng)險(xiǎn)會(huì)不斷發(fā)生變化，相關(guān)責(zé)任人必須要通過(guò)反復(fù)分析與調(diào)整，做好及時(shí)的信息反饋，預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的問(wèn)題，充分考慮可能發(fā)生的隱患，督促風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避措施的實(shí)施，對(duì)基坑開(kāi)挖工程實(shí)施全過(guò)程全方面的動(dòng)態(tài)觀測(cè)和控制，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)的控制。

4.4 完善應(yīng)急預(yù)案，防止事態(tài)擴(kuò)大

深基坑土方開(kāi)挖工程，應(yīng)針對(duì)各種可能出現(xiàn)的不利于基坑安全的情況，制定出及時(shí)和完善的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急搶險(xiǎn)預(yù)案，完善基坑開(kāi)挖搶險(xiǎn)技術(shù)，成立應(yīng)急救援小組和建立相關(guān)的責(zé)任制度，一旦出現(xiàn)基坑事故和險(xiǎn)情，要根據(jù)“先處理，后施工”的原則，及時(shí)進(jìn)行搶救措施，確?；又?chē)沫h(huán)境安全，防范事故的進(jìn)一步擴(kuò)大化。如采用基坑支護(hù)帷幕漏水化學(xué)灌漿搶險(xiǎn)技術(shù)，具有簡(jiǎn)單、快速和有效的特點(diǎn)，是目前基坑漏水涌沙較好的搶險(xiǎn)補(bǔ)救方法［5］。

5 結(jié)語(yǔ)

深基坑工程事故是突發(fā)的，造成的后果是影響深遠(yuǎn)且難以很好彌補(bǔ)的，所以這就要求在深基坑方案選擇和設(shè)計(jì)階段慎重，保證基坑工程一定的安全系數(shù);在實(shí)施階段，施工方必須嚴(yán)格按照?qǐng)D紙把關(guān)，同時(shí)加強(qiáng)相應(yīng)的監(jiān)測(cè)與維護(hù)工作，做好預(yù)測(cè)工作，及時(shí)與設(shè)計(jì)方溝通，更好地指導(dǎo)下一步施工，同時(shí)，對(duì)基坑周邊的環(huán)境也要加以重視，確保環(huán)境的最小破壞和財(cái)產(chǎn)人身安全。

［1］楊 柳.淺談建筑工程基坑支護(hù)存在的問(wèn)題及預(yù)防［J］.民營(yíng)科技，2012(5):312.

［2］姜傳黨.南京河西地鐵的環(huán)境工程地質(zhì)問(wèn)題［J］.山西建筑，2009，35(27):96-97.

［3］趙志縉，應(yīng)惠清.建筑施工［M］.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，2013:37-42.

［4］邱祖林.南京地鐵三號(hào)線地質(zhì)環(huán)境特征與地質(zhì)災(zāi)害防治［J］.地質(zhì)學(xué)刊，2008，32(4):279-285.

［5］蔣 劍.談深基坑施工對(duì)環(huán)境的影響及預(yù)防措施［J］.建筑知識(shí)，2013(B08):434-435.