基坑工程事故原因分析與控制

張利生

【摘 要】本文分析了基坑工程質(zhì)量事故的主要原因，提出了基坑工程勘察、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵控制點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】基坑工程；質(zhì)量事故；原因分析；關(guān)鍵控制點(diǎn)

【中圖分類號(hào)】TU94+1 TV551.4+2

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【Abstract】This paper analyzes the main causes of the excavation engineering quality accident， and puts forward the key control points of the excavation engineering survey， design， construction， monitoring.

【Key words】Excavation engineering；Quality accident；Cause analysis；Key control point.

1. 前言

（1）20世紀(jì)以來(lái)，隨著城市化進(jìn)程的迅速發(fā)展，以城市人口爆炸、居住空間狹窄和城市綠地減少為特征的“城市綜合癥”正在中國(guó)城市，特別是大城市中逐漸形成。

（2）為了世界各國(guó)可持續(xù)發(fā)展決策的制定，1992年6月聯(lián)合國(guó)環(huán)境與發(fā)展大會(huì)通過(guò)了《21世紀(jì)議程》，提出了以可持續(xù)發(fā)展模式作為未來(lái)的共同發(fā)展戰(zhàn)略。在建設(shè)可持續(xù)發(fā)展城市的過(guò)程中，為了充分利用有限的土地資源，城市地下空間的開發(fā)利用起了非常重要的作用，并隨著高層建筑的迅速崛起而得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，由此而產(chǎn)生了大量深基坑工程，且規(guī)模越來(lái)越大。從80年代初開始，我國(guó)逐漸涉入深基坑設(shè)計(jì)與施工領(lǐng)域，在深圳地區(qū)的第一個(gè)深基坑支護(hù)工程率先應(yīng)用了信息化施工法，大大節(jié)省了工程造價(jià)[1]。進(jìn)入90年代后，為了總結(jié)我國(guó)深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工經(jīng)驗(yàn)，開始著手編制深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工的有關(guān)法規(guī)。目前，基坑工程已成為我國(guó)城市巖土工程的主要內(nèi)容之一。

2. 基坑工程特點(diǎn)

基坑工程具有許多特點(diǎn)，概括起來(lái)有以下幾點(diǎn)：

（1）與場(chǎng)地自然地質(zhì)及環(huán)境條件密切相關(guān)。

基坑工程一般情況下作為臨時(shí)工程，安全儲(chǔ)備可以相對(duì)小些，但它與場(chǎng)地巖土工程條件、環(huán)境地質(zhì)條件息息相關(guān)，不同區(qū)域有著各自不同的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)施工時(shí)必須全面考慮水文、氣象、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)條件及其在施工中的變化，充分了解工程場(chǎng)地所處的地質(zhì)環(huán)境與基坑開挖的關(guān)系及相互影響?；庸こ坛Ｌ幱诿芗募扔薪ㄖ?、道路橋梁、地下管線、地鐵隧道或人防工程的附近，其技術(shù)復(fù)雜性遠(yuǎn)甚于永久性的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)或上部結(jié)構(gòu)，稍有不慎，不僅將危及基坑本身安全，而且會(huì)殃及臨近的建構(gòu)筑物、道路橋梁和各種地下設(shè)施，造成巨大損失。

（2）與主體結(jié)構(gòu)地下室的施工密切相關(guān)。

基坑支護(hù)開挖所提供的空間主要是為主體結(jié)構(gòu)的地下室施工所用，因此任何基坑設(shè)計(jì)在滿足基坑安全及周圍環(huán)境保護(hù)的前提下，要合理地滿足施工的易操作性和工程工期的要求。

（3）技術(shù)綜合性強(qiáng)。

由于場(chǎng)地水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件復(fù)雜、巖土性質(zhì)變化多端不均勻，致使勘察數(shù)據(jù)離散性大、精度低，給基坑工程的設(shè)計(jì)與施工帶來(lái)了很大的難度。而基坑工程包含著擋土、支護(hù)、降水、挖土等許多緊密聯(lián)系的環(huán)節(jié)，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的失效都將導(dǎo)致整個(gè)工程的失敗。

因此，從事基坑工程的技術(shù)人員需要具有綜合運(yùn)用巖土工程的知識(shí)及經(jīng)驗(yàn)、建筑結(jié)構(gòu)及力學(xué)知識(shí)、施工條件及經(jīng)驗(yàn)等各方面的知識(shí)。

（4）基坑工程技術(shù)挑戰(zhàn)性強(qiáng)。

基坑工程是巖土工程、結(jié)構(gòu)工程以及施工技術(shù)互相交叉的學(xué)科，是多種復(fù)雜因素交互影響的系統(tǒng)工程，是理論上有待于發(fā)展的綜合性技術(shù)學(xué)科。由于其技術(shù)復(fù)雜、涉及面廣、不確定因素多，在建筑工程中最具有技術(shù)挑戰(zhàn)性，同時(shí)也是降低工程造價(jià)，確保工程質(zhì)量的研究重點(diǎn)。

（5）基坑工程失敗損失大。

隨著舊城改造的推進(jìn)，各城市的高層、超高層建筑主要集中在建筑密度大、人口密集、交通擁擠的狹小場(chǎng)地中，鄰近常有必須永久保護(hù)的建筑和市政公用設(shè)施。基坑工程一旦失穩(wěn)，后果不堪設(shè)想。

3. 工程事故原因分析

在基坑工程施工中，人們千方百計(jì)地控制工程變形，維護(hù)工程穩(wěn)定，降低工程成本，取得了顯著的成效，但基坑工程失穩(wěn)事件也時(shí)有發(fā)生。產(chǎn)生工程事故的原因很多，有管理體制問(wèn)題，有工程質(zhì)量問(wèn)題，有優(yōu)化決策問(wèn)題，也有勘察、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等其它方面的問(wèn)題。筆者總結(jié)大量工程實(shí)例認(rèn)為，以下幾點(diǎn)是發(fā)生基坑工程事故的主要原因，也是確保基坑工程有效的關(guān)鍵控制點(diǎn)：

3.1 有效地治理水害是基坑工程成功的關(guān)鍵。

3.1.1 水是基坑工程的天敵，大部分基坑工程事故與水有關(guān)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，基坑工程事故中70%以上是水害直接或間接造成的[2]。

3.1.2 地下管道的泄漏、地下水的滲透破壞、大氣降水等都可能誘發(fā)災(zāi)難性事故的發(fā)生。正確認(rèn)識(shí)各種土體的滲透規(guī)律，優(yōu)化設(shè)計(jì)防水、降水、排水方案，并確保其效果是基坑工程成功的關(guān)鍵。

3.1.3 水害造成的基坑工程事故主要有以下幾種情況：

（1）軟土或高水位地區(qū)的基坑未作止水帷幕。

基坑開挖時(shí)，由于基坑內(nèi)降水造成基坑內(nèi)外側(cè)水頭差，致使地下水?dāng)y帶著土顆粒從支護(hù)結(jié)構(gòu)之間流入基坑，造成基坑周圍地基土流失、地面開裂、下沉、鄰近建筑物向基坑方向傾斜。

（2）基坑底形成承壓水頭時(shí)，未對(duì)基坑底面加固。

當(dāng)基坑底隔水層厚度較小，或承壓水頭較大時(shí)，基坑的開挖破壞了原來(lái)的水壓力平衡，使得地下水向上的滲透力大于基坑底土體的浮重力，造成基坑隆起、管涌或流砂。

（3）基坑降水造成周圍建筑物不均勻沉降。

基坑工程降排水，一方面減小了地下水對(duì)地上建筑物的浮托力，致使土層受壓縮而沉降；另一方面孔隙水甚至是細(xì)小土顆粒從地下排出，造成土體固結(jié)變形，引起地面沉降。降排地下水形成的降落漏斗的曲面展布，必然引起周圍建筑物的不均勻沉降，嚴(yán)重時(shí)就會(huì)造成裂縫、傾斜，甚至倒塌。

3.1.4 另外，暴雨及管道滲漏對(duì)基坑工程的安全也會(huì)造成很大的威脅。

然而，在基坑工程設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員往往不熟悉地下水的埋藏、補(bǔ)給、徑流及排泄條件，不了解基坑開挖前后水文地質(zhì)條件的變化，不懂得地下水滲流運(yùn)動(dòng)原理，甚至混淆水文地質(zhì)基本概念，以致于對(duì)水害認(rèn)識(shí)不足，重視不夠，造成基坑工程事故。

3.2 合理選擇巖土參數(shù)是正確設(shè)計(jì)的根本。

3.2.1 破壞模式以及巖土計(jì)算參數(shù)的合理化選擇，在基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中有著至關(guān)重要的作用。如果破壞模式或巖土參數(shù)不能代表實(shí)際地質(zhì)情況，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)無(wú)疑是徒勞的。

3.2.2 在基坑土水壓力計(jì)算中，（1）經(jīng)典土壓力理論用于飽和軟土地基的基坑計(jì)算比較符合實(shí)際，而用于非飽和土則計(jì)算結(jié)果顯得過(guò)分保守[2]，造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)。（2）從土的有效應(yīng)力理論出發(fā)，水土分算法的理論根據(jù)比較充分，但準(zhǔn)確提供計(jì)算用巖土參數(shù) 與 難度較大；水土合算法理論上存在著較大的缺陷，然而在實(shí)際工作中卻仍被廣泛應(yīng)用之。一般而言，為使計(jì)算結(jié)果接近實(shí)際情況均需要進(jìn)行一定的經(jīng)驗(yàn)修正，這個(gè)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的確定帶有較大的人為因素。（3）確定巖土參數(shù)的試驗(yàn)方法不同，數(shù)值往往相差很大。一般來(lái)說(shuō)，在基坑周邊降水條件下進(jìn)行基坑穩(wěn)定計(jì)算，可以采用總應(yīng)力法，其土體強(qiáng)度指標(biāo)可由直剪試驗(yàn)取得，但應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況分別選擇不排水剪、固結(jié)不排水剪和排水剪試驗(yàn)的土體強(qiáng)度指標(biāo)；在基坑周邊防滲條件下，基坑的穩(wěn)定性分析宜采用有效應(yīng)力法，以充分考慮土壓力和水壓力的作用，這時(shí)土體強(qiáng)度指標(biāo)應(yīng)由三軸固結(jié)試驗(yàn)取得。總之，試驗(yàn)方法原則上應(yīng)盡量與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際受力情況及排水條件一致，并與土壓力計(jì)算方法相配套。

3.3 重視巖土工程勘察工作，是基坑工程成功的必要條件。

（1）個(gè)別巖土工程師對(duì)場(chǎng)地的特殊性掉以輕心，主觀認(rèn)為隨便打幾個(gè)鉆孔即可進(jìn)行基坑工程施工。對(duì)復(fù)雜區(qū)段、復(fù)雜地層缺乏認(rèn)真分析的態(tài)度，對(duì)鉆探過(guò)程中出現(xiàn)的“異常”現(xiàn)象不能正確地對(duì)待，在未查明場(chǎng)地巖土工程條件的情況下，憑借“經(jīng)驗(yàn)”人為地將場(chǎng)地內(nèi)不同的巖土層混為一談，給工程之安全留下了事故隱患。

（2）勘察單位忽視專門水文地質(zhì)勘察工作，以常規(guī)勘察對(duì)待基坑工程勘察。對(duì)基坑水文地質(zhì)條件缺乏必要的評(píng)價(jià)與研究，或評(píng)價(jià)失誤，造成設(shè)計(jì)人員輕視地下水的作用，造成工程事故。

（3）《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》JGJ120-2012[3]3.2.1條對(duì)基坑工程的巖土工程勘察提出了要求：勘探點(diǎn)范圍應(yīng)根據(jù)基坑開挖深度及場(chǎng)地的巖土工程條件確定；基坑外宜布置勘探點(diǎn)，其范圍不宜小于基坑深度的1倍；當(dāng)需要采用錨桿時(shí)，基坑外勘探點(diǎn)的范圍不宜小于基坑深度的2倍；當(dāng)基坑外無(wú)法布置勘探點(diǎn)時(shí)，應(yīng)通過(guò)調(diào)查取得相關(guān)勘察資料并結(jié)合場(chǎng)地內(nèi)的勘察資料進(jìn)行綜合分析?！?/p>

然而，在實(shí)際工作中，建設(shè)單位為了節(jié)省投資，極力干預(yù)勘察單位的正常工作，致使勘察工作無(wú)法按照規(guī)范要求在基坑開挖邊界外開展?？辈熨Y料的不準(zhǔn)確性，必將造成基坑工程設(shè)計(jì)的不可靠性。

3.4 科學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案在基坑工程中起著重要的作用。

基坑工程方案的選擇，應(yīng)綜合考慮基坑開挖深度、巖土物理力學(xué)性質(zhì)、水文地質(zhì)條件、周圍環(huán)境、邊坡變形要求、施工設(shè)備能力、工期、造價(jià)以及支護(hù)結(jié)構(gòu)受力特征等多種因素，在充分研究對(duì)比技術(shù)的先進(jìn)可靠性、施工的可行性、經(jīng)濟(jì)效益、對(duì)環(huán)境的影響以及作業(yè)工期的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化決策，不能憑個(gè)人經(jīng)驗(yàn)隨意確定，必要時(shí)應(yīng)請(qǐng)有關(guān)專家進(jìn)行技術(shù)論證。建設(shè)單位也不能對(duì)設(shè)計(jì)單位、施工單位無(wú)限度地壓低價(jià)款、壓縮工期，造成資金緊張、時(shí)間倉(cāng)促，遺留問(wèn)題。

3.5 實(shí)施動(dòng)態(tài)信息化施工，及時(shí)修改、完善設(shè)計(jì)方案。

（1）目前，基坑工程設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)尚不甚成熟，如：采用極限平衡的條分法對(duì)粘性土坡的穩(wěn)定性分析時(shí)，假定破裂（滑動(dòng)）面為直線或圓弧，以及每一土條的下滑力均平行于該土條底面（即滑面），都是不符合實(shí)際情況的；基坑工程的時(shí)空效應(yīng)雖然已經(jīng)引起巖土工程界普遍的關(guān)注，但在基坑設(shè)計(jì)和施工中如何運(yùn)用還有待于進(jìn)一步完善與發(fā)展；基坑工程的變形控制不僅是時(shí)空效應(yīng)的一個(gè)重要內(nèi)容，也是基坑工程中引人關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題，但目前尚無(wú)完善的理論方法進(jìn)行預(yù)測(cè)?？傊?，依據(jù)理論公式計(jì)算的結(jié)果難免存在與實(shí)際工程不相吻合的情況。另一方面講，基坑工程設(shè)計(jì)需以開挖施工時(shí)的諸多技術(shù)參數(shù)為依據(jù)，但開挖施工過(guò)程中往往會(huì)引起支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移以及基坑內(nèi)外土體變形發(fā)生種種意外變化，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法難以事先設(shè)定或事后處理。

（2）為避免基坑工程事故發(fā)生，應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)，實(shí)施動(dòng)態(tài)信息化施工，通過(guò)對(duì)經(jīng)監(jiān)測(cè)獲得的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合整理，分析其變化規(guī)律，判定基坑工程的質(zhì)量狀態(tài)，并及時(shí)向主管部門和設(shè)計(jì)人員進(jìn)行信息反饋，以便指導(dǎo)正確施工與設(shè)計(jì)修改，達(dá)到控制基坑變形失穩(wěn)的目的，同時(shí)監(jiān)控也是檢驗(yàn)設(shè)計(jì)正確性、合理性、科學(xué)性及發(fā)展基坑工程理論的重要措施；對(duì)于環(huán)境效應(yīng)問(wèn)題，應(yīng)力求達(dá)到巖土工程師、結(jié)構(gòu)工程師、施工工程師，甚至是建設(shè)單位的共識(shí)與重視，做到未雨綢繆，防患于未然。

3.6 科學(xué)有效地組織與管理土方開挖施工。

研究發(fā)現(xiàn)，在軟土深基坑中精心安排開挖施工分層、分區(qū)、分塊的部位和充分考慮時(shí)空效應(yīng)及相應(yīng)支撐設(shè)置的時(shí)限要求，以有效地控制基坑已開挖部分的無(wú)支撐暴露時(shí)間和減少土體被擾動(dòng)的時(shí)間與范圍，將可以利用尚未被挖及的土體尚能在一定程度上控制其自身位移的潛力，而達(dá)到使其協(xié)肋控制支護(hù)體位移和坑周土體位移的目的。換言之，在基坑開挖施工（包括支撐設(shè)置過(guò)程）同支護(hù)結(jié)構(gòu)及坑周土體位移之間，存在著一定的相關(guān)性。因此，科學(xué)地安排土方開挖施工順序和控制施工進(jìn)度，將有助于控制支護(hù)體和坑周土體的位移。

3.7 加強(qiáng)和重視質(zhì)量檢測(cè)與驗(yàn)收工作，是基坑工程成功的重要保證。

這是為了掌握支護(hù)結(jié)構(gòu)和基坑內(nèi)外土體移動(dòng)，隨時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)，或采取相應(yīng)措施，以確保施工安全，順利進(jìn)行。施工監(jiān)測(cè)的作用還在于檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的正確性，并有利于積累資料，為今后改進(jìn)設(shè)計(jì)理論和施工技術(shù)提供依據(jù)。目前，工程建設(shè)市場(chǎng)管理比較混亂，壓價(jià)競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象嚴(yán)重，這勢(shì)必造成“偷工減料”現(xiàn)象發(fā)生，個(gè)別施工單位置國(guó)家規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)于不顧，為了贏利，降低質(zhì)量要求，放松質(zhì)量檢測(cè)與監(jiān)督，這是值得我們總結(jié)的一個(gè)方面。今后應(yīng)加強(qiáng)工程質(zhì)量的監(jiān)理與檢測(cè)工作，重視每一個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量監(jiān)督，做好過(guò)程質(zhì)量控制，加強(qiáng)工程竣工驗(yàn)收工作，使基坑工程質(zhì)量事故消滅于萌芽之中。

4. 結(jié)語(yǔ)

（1）基坑工程是一個(gè)綜合性、實(shí)踐性很強(qiáng)的巖土工程問(wèn)題，它不僅涉及到土力學(xué)中強(qiáng)度、變形與穩(wěn)定問(wèn)題，而且還包含了圍護(hù)結(jié)構(gòu)與土的共同作用問(wèn)題?；庸こ痰姆€(wěn)定性、支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形以及基坑開挖對(duì)周圍建筑物和地下管線的影響及保護(hù)等，目前均還不能準(zhǔn)確地定量分析計(jì)算。

（2）在實(shí)際工作中，每一個(gè)基坑工程都有著各自的特點(diǎn)，每一個(gè)成功的基坑工程都具有較高的技術(shù)含量。因此，對(duì)基坑工程而言，應(yīng)當(dāng)提倡精心勘察、精心設(shè)計(jì)、精心施工、精心監(jiān)理、精心總結(jié)，加強(qiáng)基坑工程的科研工作，促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃運(yùn)飛.《深基坑工程實(shí)用技術(shù)》[M]. 北京：兵器工業(yè)出版社，1996.P1.

[2] 唐業(yè)清，李啟民，崔江余.《基坑工程事故分析與處理》[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.P13、P237.

[3] JGJ120-2012.《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》[S]. 北京： 中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.