某回填土基坑邊坡坍塌成因分析

陰紅宇　唐延貴

【摘 要】對施工場地不合理的堆載及回填土雨水入滲等因素導致某回填土場地基坑的失穩(wěn)進行分析，探討了回填土場地基坑施工應注意的問題，文章主要從基坑施工過程中和完成后對基坑的穩(wěn)定性影響因素來分析，包括施工堆載等因素著手分析，對類似基坑工程具有指導意義。

【關鍵詞】基坑; 回填土; 堆載; 工程事故

【中圖分類號】TU94+3.4【文獻標志碼】B

在建設工程中，建設場地局限性矛盾日益尖銳，基坑成為現(xiàn)代建筑體系中的一大產(chǎn)物，故在基坑施工過程中或完成后，往往會出現(xiàn)各類工程事故;不僅僅是在勘察設計方面，反而在施工過程中由于施工不當引起的基坑安全事故實屬不少。

王曙光對中國典型的522 項基坑支護事故的統(tǒng)計分析[1]，對深基坑工程事故做了很詳細的統(tǒng)計分析：由于勘察不到位引起的基坑工程事故約占7 %～8 %，由于設計考慮不全面引起的工程事故約占40 %，由于施工不當引起的工程事故約占40 %，其它因素包括業(yè)主或工程監(jiān)理管理不嚴謹、監(jiān)測不到位、對地表水、地下水對基坑的影響認識不全面等綜合因素的情況約占12 %～13 %。

下面從某回填土基坑邊坡坍塌事故實例來論述分析。

1 工程概況

某住宅項目位于自貢市大安區(qū)，主樓29層，地下2層，采用樁基礎，建筑面積約90 000 m2。該建筑基坑深度東側為10 m，西側為9.5 m。基坑東西長179 m，南北寬77 m?；又車鸁o建筑物;基坑開挖后由于不合理堆載及回填土滲水等因素導致基坑局部垮塌。

1.1 地層及地下水條件

基坑地層為第四系全新統(tǒng)素填土（Q4ml）：紫紅色、暗紅色，松散～稍密，成分主要為砂巖、泥巖碎塊石，含少量黏性土，碎塊石粒徑一般2.0～32.0 cm，最大達40.0～50.0 cm，厚度約20 m;下覆泥巖：巖層風化裂隙很發(fā)育，色澤陳舊，巖芯多呈碎塊狀、餅狀，少量呈短柱狀，巖塊用手可折斷，錘擊聲啞，巖體破碎，巖芯采取率約為60 %～70 %。

場地地下水類型主要為第四系松散堆積體孔隙水及基巖網(wǎng)狀風化裂隙水。場地上部土層為人工填土，人工填土透水性強，富水性差，下伏基巖主要為泥巖，屬相對隔水層，富水性差。

通過現(xiàn)場原位試驗（動力觸探）、對泥巖取樣后進行室內(nèi)巖石試驗。基坑地層物理力學性質(zhì)見表1。

1.2 支護情況及破壞情況

該基坑支護施工時采用1∶0.5開挖放坡，并噴護200 mm×200 mm間距的鋼筋網(wǎng)+8cm厚的C20混凝土（圖1）。

在完成基坑支護后，進行基礎施工過程中基坑邊坡發(fā)生了坍塌（圖2）。

由圖2可以發(fā)現(xiàn)，整個基坑網(wǎng)噴護坡已經(jīng)完全被破壞，嚴重影響建筑基礎的施工，從而直接造成施工工期延緩。

2 失穩(wěn)原因分析

2.1 地層原因

由于該場地是經(jīng)過平整過后的地形，原地形為淺丘地貌，經(jīng)過平整后，局部地段填方約為20 m，并且在進行平整場地時，基本就是隨挖隨填，完全沒有經(jīng)過篩分與壓實，現(xiàn)場清晰可見約1 m的塊石直接填筑（圖3），未經(jīng)任何碾壓。恰好發(fā)生基坑工程事故這段，正是填方區(qū)最大的區(qū)域，極易發(fā)生地質(zhì)此生災害。

通過分析，基坑場地未經(jīng)碾壓夯實，級配很差，在后期施工荷載較大的情況下，極易發(fā)生沉降變形;且粒徑較大的塊石周圍在填筑時，容易形成較大的空隙，在雨季，通過地表水及生活污水下滲，填筑體在水流的作用下，塊石周圍松散的填充物極易被水流帶走或者在水壓的作用下引起變形破壞，周而復始，空隙越來越大，越來越貫通，從而形成通道，進而造成土體的強度降低，變形加劇，逐步影響基坑穩(wěn)定性，造成基坑坍塌的工程事故。

再有施工單位現(xiàn)場管理的問題，施工單位為了降低成本和施工工期，基坑采用1∶0.5的開挖坡率，對于未經(jīng)壓實的回填土，此開挖坡率遠遠大于規(guī)范要求，雖然在施工中澆筑了鋼筋網(wǎng)+8 cm厚的C20混凝土，經(jīng)過事實論證是完全不可靠的。

2.2 坡頂超載

在施工過程中，由于場地紅線控制，堆載場地受限，施工臨時荷載相當大一部分堆放在基坑旁，包括臨時廁所距離基坑開挖線2 m，臨時管道架設在基坑開挖線上等，等同于增加基坑荷載，抗力不變，從而降低基坑邊坡穩(wěn)定性（圖4）。

2.3 坡腳開挖

由于基坑開挖后，放坡位置超過基礎設計位置，在坡腳處進行開挖，以達到施工操作面，從地質(zhì)角度分析，“坡腳卸載，坡頂堆載”的操作方式是嚴格不允許的，嚴重影響基坑邊坡穩(wěn)定性，坡腳卸載，等同于降低抗力，從而降低基坑邊坡穩(wěn)定性。

2.4 降雨入滲及廁所滲水

基坑周圍排水不暢是該基坑工程事故的又一原因。由于此基坑邊坡地層為素填土，經(jīng)平場地而未經(jīng)碾壓夯實而成，級配很差，直徑約1 m的塊石直接填筑，易形成較大的孔隙，經(jīng)降雨入滲及基坑邊修建的廁所滲水，極易在基坑邊坡中形成流通和積水，進一步增大了邊坡水壓力，降低了邊坡土體的抗剪強度參數(shù)內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力，從而降低了抗力，進一步加劇邊坡位移的發(fā)展。

3 基坑邊坡穩(wěn)定性計算分析

本文采用條分法驗算基坑整體穩(wěn)定性，按下式進行驗算：

式中：γRS為基坑整體穩(wěn)定性抗力分項系數(shù);Mp為每延米中的樁產(chǎn)生的抗滑力矩;γ為土的重度kN/m3;h為土條高度m;αi為土條地面中心至圓心連線與垂線的夾角°;φ、C為土的固結快剪峰值抗剪強度指標，°、kPa;L為每一土條弧面的長度;q為地面超載kPa;b為土條寬度m。

計算采用的是基坑邊坡坡率為定值1∶0.5（與施工時的邊坡坡率一致），通過變量內(nèi)摩擦角和粘聚力計算，計算結果如下圖5所示。

由圖5計算結果可見，在粘聚力一定的情況下，基坑穩(wěn)定性系數(shù)γRS隨內(nèi)摩擦角的增大而增加;在內(nèi)摩擦角一定的情況下，基坑穩(wěn)定性系數(shù)γRS隨粘聚力的增大而增加。

本基坑工程的力學指標由表1可知：粘聚力8 kPa，內(nèi)摩擦角10 °;在基坑開挖坡比為1∶0.5的情況下，通過計算得出的穩(wěn)定性系數(shù)只有0.433。由此可知，基坑邊坡開挖坡率和強度對穩(wěn)定性影響因素是比較大的。

通過上述第二章節(jié)的原因分析中，回填土雨水下滲對基坑邊坡強度影響很大，不僅降低了內(nèi)摩擦角，也降低了回填土粘聚力，進一步降低基坑穩(wěn)定性系數(shù)，故造成了基坑邊坡坍塌的工程事故。

綜上所述，施工過程不當、現(xiàn)場監(jiān)管不到位、對回填土基坑認識不到位、為降低支護成本使用簡易的放坡網(wǎng)噴是事故發(fā)生的主要原因。

4 結論

（1）從本工程的施工方法以及現(xiàn)場管理可以看出，相關人員在回填土基坑施工領域的基本知識和經(jīng)驗均有所欠缺。

（2）對于回填土地基基坑的施工，尤其要探明地層情況，不能按照理想中的情況來施工，施工管理者要重視工程風險管理，必須加強相關的技術培訓，確保基坑工程安全。

（3）重視水對基坑的影響。對于基坑邊坡失穩(wěn)，多數(shù)情況下，都與水有直接或間接的關系，尤其本文中的回填土基坑，要格外注意。多數(shù)回填土場都未經(jīng)壓實，多存在空隙，除降雨外、施工臨時生活污水和其他來源的地表水等等都是補給源，致使回填土含水率增加，物理-力學性質(zhì)發(fā)生惡化。并且回填土基坑開挖后，暴露在大氣中，裂隙張開，不斷增大，水迅速下滲入裂隙中，造成裂隙繼續(xù)擴大，土體整體性急速下降，土體強度急劇降低，最終導致基坑失穩(wěn)破壞。

（4）基坑邊坡坡率為定值時，通過變量內(nèi)摩擦角和粘聚力計算，在粘聚力一定的情況下，基坑穩(wěn)定性系數(shù)γRS隨內(nèi)摩擦角的增大而增加;在內(nèi)摩擦角一定的情況下，基坑穩(wěn)定性系數(shù)γRS隨粘聚力的增大而增加。

參考文獻

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[6]JGJ 120-99 建筑基坑支護技術規(guī)程[S].

[定稿日期]2021-01-15

[作者簡介]陰紅宇（1987～），男，碩士，工程師，從事水利水電地質(zhì)勘察技術工作。