基坑工程中放坡開挖失穩(wěn)的因素分析

孫立寶

(浙江有色建設(shè)工程有限公司天津分公司，天津300092)

0 引言

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，地下工程越來越多，新建住宅項目幾乎都有地下車庫。在一些空間相對開闊的場地，放坡開挖無疑是首選方案。放坡開挖設(shè)計相對簡單，施工也比較容易。但近幾年也不斷地出現(xiàn)失穩(wěn)、塌方、漏水的情況，有的甚至對周邊的建筑物和地下管線造成危害。筆者所參與的工程項目中曾出現(xiàn)過幾起放坡開挖失穩(wěn)的情況，有的甚至造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失，在這里對幾起案例加以分析，找出相應(yīng)的不利因素，為今后的設(shè)計施工提供借鑒。

1 放坡開挖的適用范圍

放坡開挖嚴(yán)格來說應(yīng)稱之為“原狀土放坡開挖”，是基坑工程中常用的施工方案。在基坑施工中，通過選擇并確定合理的基坑邊坡坡度，使基坑開挖后的土體在無加固及無支撐的情況下，依靠土體自身的強(qiáng)度，在新的平衡狀態(tài)下取得穩(wěn)定的邊坡，為建造基礎(chǔ)或地下室提供安全可靠的作業(yè)空間，同時，又能確保基坑周邊的工程環(huán)境不受影響或滿足預(yù)定的環(huán)境要求，這類無支護(hù)措施下的基坑開挖方法通常稱作“放坡開挖”。

放坡開挖適用于場地開闊，周邊無高大建筑物、地下管線相對較遠(yuǎn)，地質(zhì)條件不是淤泥和回填土，對位移變形要求不嚴(yán)格的工程項目。可根據(jù)開挖深度采取一次、二次、三次放坡。放坡開挖工期短，造價相對低，但土方回填量也較大。在地下水位以下開挖還須采取降水措施，在水量豐富的地區(qū)還要設(shè)置止水帷幕，如在雨季施工還需采取坡面防護(hù)措施。

2 放坡開挖的設(shè)計計算

放坡開挖的基坑也需要進(jìn)行設(shè)計和計算。在設(shè)計階段應(yīng)對基坑的開挖深度、放坡次數(shù)、坡度系數(shù)、護(hù)坡措施、降排水方案、開挖步驟及順序等進(jìn)行明確。

2.1 穩(wěn)定性計算

基坑放坡開挖，一般應(yīng)對邊坡作穩(wěn)定性驗算。大多采用極限平衡法來計算邊坡的抗滑安全系數(shù)。即在斜坡的斷面圖中繪一滑動面。算出作用在該滑動面上的剪應(yīng)力。并以此剪應(yīng)力與滑動面上抗剪強(qiáng)度相比較，確定抗滑安全系數(shù)，據(jù)此設(shè)計放坡次數(shù)和坡度系數(shù)，目前常用的基坑軟件都能進(jìn)行該項計算。

2.2 坡面防護(hù)措施

要維護(hù)已開挖基坑邊坡的穩(wěn)定，必須使邊坡土體內(nèi)潛在滑動面上的抗滑力始終保持大于該滑動面上的滑動力。在設(shè)計施工中除了要有良好的降排水措施，有效控制產(chǎn)生邊坡滑動力的外部荷載外，尚應(yīng)考慮到在施工期間邊坡受到氣候季節(jié)變化和降雨、滲水、沖刷等作用使邊坡土質(zhì)變松，土內(nèi)含水量增加，自重加大導(dǎo)致邊坡土體抗剪強(qiáng)度的降低，從而增加了土體內(nèi)的剪應(yīng)力所造成的邊坡局部滑塌或產(chǎn)生不利于邊坡穩(wěn)定的因素，因此在放坡設(shè)計施工中還須采取適當(dāng)?shù)臉?gòu)造措施對坡面加以防護(hù)。根據(jù)工程特性、施工周期、邊坡條件及施工環(huán)境等要求，常用的坡面防護(hù)方法有塑料薄膜覆蓋、水泥砂漿抹面、砂(土)包疊置、掛網(wǎng)噴射混凝土等。

2.3 基坑降排水

放坡開挖的基坑，如開挖面在水位以下，要做好降排水設(shè)計，確保水位降至開挖面以下0.5～1 m?？刹捎镁c(diǎn)降水或大口井明排的方案，輔以盲溝，形成降排水網(wǎng)絡(luò)，對于水位較高的地區(qū)還須采取截水措施，多用水泥攪拌樁止水帷幕。止水帷幕宜設(shè)在坡面以外，且上口應(yīng)高于靜止水位0.5 m以上。除了設(shè)置止水和降排水措施外，沿基坑四周地面還須設(shè)置截水溝，以防止地表水流入基坑沖刷邊坡造成塌方或泡槽。

3 造成放坡開挖失穩(wěn)的幾個因素

放坡開挖的基坑，一般安全等級低，有的出現(xiàn)問題后，經(jīng)過簡單的加固后仍可繼續(xù)使用。但在高水位地區(qū)，需要封閉降水，一旦邊坡失穩(wěn)，將對止水措施產(chǎn)成傷害。尤其是在市區(qū)范圍內(nèi)，建筑物密集，很多老舊房屋是天然地基淺基礎(chǔ)，因止水措施失效，造成坑外地下水下瀉，對周圍的建筑物或地下管線產(chǎn)生危害。對于放坡開挖，影響基坑穩(wěn)定的因素主要有以下幾方面。

3.1 放坡坡度系數(shù)不夠

東麗區(qū)某住宅小區(qū)，總共有10棟住宅樓，均有一層地下室，局部為地下2層，因場地相對開闊，地下負(fù)一層基坑采用放坡開挖。負(fù)二層局部二次放坡、局部鉆孔灌注樁支護(hù)。負(fù)一層基坑開挖深度為5.40 m，放坡坡度系數(shù)為1.0，坡外側(cè)設(shè)有一道封閉的止水帷幕水泥攪拌樁。

基坑北側(cè)有一排高壓電線桿和3臺變壓器，高壓線桿距基坑邊最近處約1 m，高壓線桿周圍要搭設(shè)防護(hù)網(wǎng)架占用了一部分放坡空間，土方開挖單位在沒有征得設(shè)計和監(jiān)理同意的情況下，私自降低坡度系數(shù)，按0.8的系數(shù)放坡。開挖后的第3天，坡頂外側(cè)2 m范圍內(nèi)地面出現(xiàn)裂縫，在2天內(nèi)裂縫不斷加大，并出現(xiàn)地面下沉，下沉量約0.3 m，在第5天的夜里出現(xiàn)塌方。隨著坡面垮塌，外側(cè)的止水?dāng)嚢铇兑矁?nèi)傾開裂，造成大量泥砂流入槽內(nèi)?；颖黄韧Ｖ归_挖，后在攪拌樁內(nèi)側(cè)打一排鋼板樁進(jìn)行加固，在坑外打井進(jìn)行降水減壓，基坑才得以繼續(xù)施工，由此產(chǎn)生了幾十萬元的經(jīng)濟(jì)損失?；涌逅闆r見圖1。

圖1 開挖因坡度系數(shù)小發(fā)生垮塌的情況

3.2 護(hù)坡措施不及時

上述工程的西側(cè)為最先開挖部位，因施工單位事先沒有做好開挖方案，造成開挖后7天仍然沒有進(jìn)行坡面防護(hù)，使邊坡處于裸露狀態(tài)。原本設(shè)計的是6@250鋼筋掛網(wǎng)50厚C20混凝土護(hù)坡，施工單位想開挖出一定工作面后再集中做護(hù)坡，可在開挖后的第7天，下大雨造成部分坡面溜坡(圖2)，引起基坑變形過大。雨水使坡面土體吸水自重加大，內(nèi)聚力和摩擦角發(fā)生改變，直接影響到邊坡的穩(wěn)定。后在監(jiān)理的干預(yù)下，施工單位立即采取了護(hù)坡措施，打了一排鋼板樁進(jìn)行加固。

圖2 護(hù)坡措施不及時而發(fā)生的溜坡

3.3 坑內(nèi)降排水不到位

某放坡開挖基坑局部存有大量積水，原因是降水井降水效果不好，同時降水周期短，造成水位尚未降到槽底以下0.5 m處。因趕工期，施工單位就一邊降水一邊開挖。土方開挖過程中，對降水井保護(hù)不到位，致使2口降水井被泥土淤死，無法正常降水，施工單位也沒有采取其它降排水措施，造成槽內(nèi)局部泡水。坡面土體浸水后內(nèi)聚力會大大降低，直接影響到邊坡的穩(wěn)定。

為此要求施工單位在降水不到位的情況下，不能繼續(xù)開挖。對坑底局部排水不暢的位置，采用明排法進(jìn)行排水，盡快將水位降下去。但施工單位對此沒有重視，2天后該工程出現(xiàn)局部垮塌(圖3)，垮塌的土體又將一口降水井掩埋。

圖3 降水不到位而引起的溜坡

3.4 止水帷幕滲漏水

放坡開挖的基坑一旦止水帷幕搭接不嚴(yán)產(chǎn)生滲漏，將直接對邊坡造成危害。一方面坡面土體浸水內(nèi)力發(fā)生改變，另一方面地下水本身有水力沖擊，如堵漏不及時會導(dǎo)致坡面坍塌。某基坑工程，止水帷幕攪拌樁機(jī)因故障需移開維修，待修好后回原位繼續(xù)施工，因交接不清，中間漏打一組樁，基坑開挖后發(fā)現(xiàn)坡面向外冒水，幾個小時后垮塌(圖4)，破壞面加大，基坑被迫回填。重新封堵后再開挖，但已無法放坡，只好砌磚墻圍擋。

圖4 止水帷幕滲漏水引發(fā)的坍塌

3.5 坡面土體被破壞

河?xùn)|區(qū)一基坑工程也采用放坡開挖，止水帷幕攪拌樁在秋季施工?？偘鼏挝辉谄旅骈_挖塔吊基礎(chǔ)，埋深約5.0 m，寬度4.0 m。因塔吊基礎(chǔ)是在冬季施工，土體凍結(jié)，而且開挖范圍也較小，所以當(dāng)時未發(fā)生垮塌。第二年春天，基坑大面積開挖，該部位失去了兩側(cè)的土體支撐，同時凍土融化，造成塔吊附近的邊坡垮塌(圖5)，致使外側(cè)的止水帷幕攪拌樁發(fā)生滲漏水，周圍地面下沉，對附近的活動辦公房和臨時路面產(chǎn)生破壞。

另一放坡開挖施工現(xiàn)場，樁基施工單位開挖泥漿池，完工后沒有對泥漿池進(jìn)行加固處理，只是將泥

圖5 坡面土體被破壞而發(fā)生的坍塌

漿抽走，也沒有清淤就用土回填，場地平整后撤場?；娱_挖后因原泥漿池剛好位于坡面，在開挖后的第2天發(fā)生垮塌，新近回填土全部溜了下來(圖6)。這也為樁基施工單位提出了警示，在開挖泥漿池時要選擇合適的位置，避開放坡開挖的部位。

圖6 坡面土體為新近回填土而發(fā)生的坍塌

3.6 坑底排水溝設(shè)置不合理

很多放坡開挖的基坑，施工單位會在坡底設(shè)置一道排水溝，有的設(shè)明溝，有的設(shè)盲溝。殊不知，由于坑底排水溝設(shè)置在坡底邊緣，造成基坑的開挖深度加大，坡度系數(shù)降低。如必須要在坑內(nèi)設(shè)置排水溝，可設(shè)盲溝，盲溝最好離開坡底一段距離，并且要隨挖隨填碎石。

某基坑工程放坡開挖，因施工單位事先沒計劃好，思想上也沒有重視，造成坡底排水溝挖完2天后仍沒有回填碎石。盲溝開挖總長度約120 m，深0.4 m，第2天坡頂發(fā)生了20 mm位移，2天后發(fā)生將近40 mm位移，可見在坡底挖溝的危害是不能小視的。

3.7 基坑周邊嚴(yán)重超載

放坡開挖的基坑對于坡頂超載應(yīng)嚴(yán)格限制，多數(shù)施工單位不夠重視。某基坑放坡開挖后，施工單位沒有采取任何防護(hù)措施，就在坡頂附近地面堆放大量鋼筋，2天后地面出現(xiàn)裂縫并開始下沉，坡頂向坑內(nèi)發(fā)生了位移，正好趕上下雨，造成部分坡面溜坡。另一基坑放坡開挖前，施工單位在坡頂上方修有一條混凝土澆筑的寬約4 m的施工道路，并經(jīng)常有運(yùn)土車和混凝土罐車通行。開挖后5天，整個施工便道向坑內(nèi)移位約50 mm，并造成施工道路開裂發(fā)生險情，后經(jīng)加固才勉強(qiáng)繼續(xù)使用，但限制重車通行。

4 預(yù)防基坑放坡開挖失穩(wěn)的措施

為了避免基坑放坡開挖出現(xiàn)上述失穩(wěn)的情況，筆者認(rèn)為須有針對性地采取以下預(yù)防措施。

4.1 思想上高度重視

放坡開挖的基坑安全等級相對較低，施工單位多數(shù)不夠重視，監(jiān)理單位甚至放任不管。土方施工單位經(jīng)常隨意變更開挖方案，不嚴(yán)格按照設(shè)計的坡度系數(shù)、護(hù)坡措施、開挖順序及步驟開挖。有些單位甚至覺得塌了以后重新挖下即可，往往忽略因坍塌而漏水所產(chǎn)生的嚴(yán)重后果，最終造成不可挽回的經(jīng)濟(jì)損失。對于施工環(huán)節(jié)，經(jīng)常是從經(jīng)濟(jì)角度來考慮，能快則快，能省則省。上述工程中，施工單位對護(hù)坡措施重視不足，導(dǎo)致下雨溜坡而破壞止水帷幕。對于放坡開挖的基坑，相關(guān)單位應(yīng)高度重視，履行各自的職責(zé)，嚴(yán)格按照設(shè)計要求施工。

4.2 加強(qiáng)設(shè)計交底

放坡開挖的基坑，因施工相對簡單，設(shè)計單位和監(jiān)理單位不太注重技術(shù)交底，有些施工單位又缺乏施工經(jīng)驗，對開挖的一些技術(shù)數(shù)據(jù)掌握不嚴(yán)，按照自己的理解來施工。對施工中可能出現(xiàn)的險情缺乏預(yù)見性，施工準(zhǔn)備不足，當(dāng)出現(xiàn)一些狀況后往往措手不及，尤其是在雨季施工。對于放坡開挖的基坑，不但要有設(shè)計交底，還應(yīng)有詳細(xì)的開挖方案，對深基坑還要經(jīng)過專家認(rèn)證才能實施。

4.3 做好基坑監(jiān)測

前述的基坑工程，因是放坡開挖，業(yè)主沒有委托基坑監(jiān)測，在坍塌之前施工單位也沒做監(jiān)測。實際上因坡度系數(shù)不夠，在開挖初期坡頂就不斷地發(fā)生移位，只是沒有監(jiān)測數(shù)據(jù)未能發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)孛娉霈F(xiàn)裂縫和下沉后，才引起有關(guān)人員的注意，很快就發(fā)生了坍塌。如果在開挖期間就一直進(jìn)行基坑監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)基坑存在的隱患，提早采取加固措施，止水帷幕不至于被破壞，更不會造成如此大的經(jīng)濟(jì)損失。該項目在基坑坍塌后，業(yè)主意識到問題的嚴(yán)重性，立即委托了有資質(zhì)的第三方進(jìn)行基坑監(jiān)測。

4.4 防護(hù)措施及時跟上

坡面防護(hù)措施主要是為了防止降雨、滲水、地表水順坡流入槽內(nèi)等情況下邊坡土體含水量增加自重加大而發(fā)生溜坡。在雨季進(jìn)行開挖基坑，護(hù)坡措施一定要及時跟上，不能使邊坡處于裸露狀態(tài)。雨水是基坑失穩(wěn)的主要危險因素，下雨不僅會使坡面土體吸水，而且本身雨水有沖刷力，會使坡面受到雙重傷害。

4.5 加強(qiáng)基坑內(nèi)降排水

基坑降排水不到位，會使坡底的土體浸水，由于水的潤滑作用，會在坡底形成一個薄弱帶，相當(dāng)于坡腳處在一個滑動面上，很容易發(fā)生坍塌。另一方面坡底的土體浸水后，會使用土體的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角發(fā)生改變，降低土體的抗剪強(qiáng)度，使坡體平衡狀態(tài)打破。所以說“水降的好不好”直接影響到基坑的穩(wěn)定。

4.6 注意施工季節(jié)的影響

同一個基坑，在不同的季節(jié)施工可能會產(chǎn)生不同的后果。要注意枯水期、豐水期的影響，雨季和秋冬季所產(chǎn)生的變化。如果有可能的話，盡量安排在秋冬季進(jìn)行基坑開挖。

4.7 做好應(yīng)急預(yù)案

前述工程，由于施工單位重視不夠，對可能出現(xiàn)的險情預(yù)見不足，沒有形成一套有效的應(yīng)急搶險措施。當(dāng)基坑出現(xiàn)險情后，只是等待設(shè)計單位來查看現(xiàn)場后出具處理意見。施工現(xiàn)場的搶險物資更是匱乏，基本上就沒有。在出現(xiàn)坍塌后，施工單位才準(zhǔn)備了一些砂袋、方木、塑料布，后又調(diào)來一臺注漿機(jī)和大功率水泵，同時安排專人對基坑進(jìn)行24 h巡查。

5 結(jié)語

實踐證明，在場地條件允許的情況下，放坡開挖仍然是最經(jīng)濟(jì)、最簡單的基坑施工方案。雖然出過一些失穩(wěn)的情況，但只要相關(guān)單位高度重視、嚴(yán)格按照設(shè)計要求施工、做好應(yīng)急預(yù)案，基坑的安全還是有保證的。

本文僅是結(jié)合一些工程實例，對影響基坑穩(wěn)定的因素進(jìn)行分析總結(jié)，為今后類似工程的設(shè)計施工提供一些借鑒和參考，避免再出現(xiàn)同樣的失誤。

［1］高水琴.放坡開挖基坑的施工技術(shù)［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2010，10(3):818－821.

［2］頡建中.基坑放坡開挖施工及其事故處理研究［J］.中華民居，2011，10(5):191－193.

［3］李萬玉，吳立.基坑放坡安全開挖的設(shè)計與施工［J］.安全與環(huán)境工程，2004，11(4):80－82.

［4］陳勇，徐毅，王志.基坑土方開挖與支護(hù)技術(shù)實例介紹［J］.建筑技術(shù)2005，36(3):214.

［5］楊南方.建筑工程施工技術(shù)措施［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2006.