某土釘墻基坑支護(hù)事故分析及處理

【摘要】隨著城市建設(shè)的發(fā)展，越來越多的深基坑項(xiàng)目涉及復(fù)雜的場(chǎng)地環(huán)境，如何根據(jù)地質(zhì)情況選用合理的參數(shù)，以保證基坑工程及周圍構(gòu)筑物的安全，是工程設(shè)計(jì)人員必須嚴(yán)格把控的問題。以運(yùn)城市某基坑事故為例，使用理正深基坑軟件進(jìn)行計(jì)算，分析其在工程設(shè)計(jì)、施工環(huán)節(jié)中所存在的問題。

基坑支護(hù)； 土釘墻； 工程事故

【中圖分類號(hào)】TU94+2【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

［定稿日期］2023-06-08

［基金項(xiàng)目］山西省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2022—2024年度一般規(guī)劃課題（項(xiàng)目編號(hào)：GH-220482）

［作者簡(jiǎn)介］楊騰（1988—），男，碩士，講師，研究方向?yàn)闃蛄号c隧道工程、巖土工程。

0 引言

隨著我國建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，利用地下空間已成為一種趨勢(shì)，隨之而來的深基坑相關(guān)的巖土問題日益增多，基坑開挖引起的工程事故也屢見不鮮。巖土問題本身有著很強(qiáng)的地域性，基坑的支護(hù)設(shè)計(jì)又是一個(gè)系統(tǒng)的工程，涉及水文地質(zhì)條件、周邊環(huán)境、支護(hù)結(jié)構(gòu)選型等問題，這些問題所引發(fā)的工程事故一旦出現(xiàn)，不但會(huì)影響到工程的正常進(jìn)度，還會(huì)造成重大的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。

本文以某一基坑事故為例，從地質(zhì)條件、支護(hù)設(shè)計(jì)、工程施工等多個(gè)角度進(jìn)行分析，闡述事故原因，提出合理的建議，以供工程技術(shù)人員參考，也為相似基坑工程提供借鑒。

1 工程概況

本工程位于山西省運(yùn)城市鹽湖區(qū)鋪安街與禹西路交匯口東南側(cè)，西鄰萬達(dá)廣場(chǎng)，東側(cè)為規(guī)劃周西路，場(chǎng)地平面布置見圖1。項(xiàng)目共包含15棟高層住宅，1棟幼兒園，1棟項(xiàng)目展示中心，7棟商業(yè)配套及地下室人防工程組成，高層住宅均為剪力墻結(jié)構(gòu)，其余為框架結(jié)構(gòu)。

本深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)等級(jí)為二級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限為一年。基坑支護(hù)形式采用自然放坡+土釘墻+微型樁。建筑場(chǎng)地范圍內(nèi)地勢(shì)南高北低，地形起伏較大，東臨周西路擬建路段，西臨萬達(dá)廣場(chǎng)，頂邊線距現(xiàn)有圍墻約3.5 m，北臨鋪安街，頂邊線距現(xiàn)有圍墻約6.0 m，南臨規(guī)八路，頂邊線距現(xiàn)有圍墻約1.5 m，因三面臨路，一面緊靠萬達(dá)廣場(chǎng)停車場(chǎng)及綠化帶，西側(cè)和南側(cè)不具備自然放坡條件，坑頂標(biāo)高介于365.50～370.50 m之間，設(shè)計(jì)地庫基坑開挖地面標(biāo)高為358.775～363.375 m，基坑開挖深度為6.68～7.07 m。經(jīng)調(diào)查基坑開挖深度3倍范圍內(nèi)無地下管線（圖1）。

2 場(chǎng)地環(huán)境與工程地質(zhì)條件

2.1 氣象和水文情況

擬建場(chǎng)地屬暖溫帶大陸性氣候，四季分明，光熱資源豐富，自然降水不足。降水時(shí)空分布不均，平均年降水量在500～600 mm之間。雨量分布是由東南向西北遞減。雨量在時(shí)間分布上很不均勻。據(jù)統(tǒng)計(jì)，平均年降水量為504.7 mm，夏季雨量占49%，秋季占29%，春季占20%，冬季雨量?jī)H占3%。雨量的年際變化幅度也不少，1958年最多達(dá)945.8 mm，1997年最少僅305.0 mm，變幅達(dá)3倍有余。

2.2 工程地質(zhì)情況

工程場(chǎng)地所處地貌單元屬運(yùn)城盆地，屬河流沖積平原，地形平緩，建筑場(chǎng)地范圍內(nèi)地勢(shì)較為平緩，地形總體起伏不大，標(biāo)高介于366.43～367.70 m之間，最大高差1.27 m。地基土主要為黃土狀粉土、粉土、粉質(zhì)黏土及粉細(xì)砂，基坑支護(hù)范圍內(nèi)所涉及的土層為4層。

①雜填土：黃褐色，稍濕，稍密，主要成分為建筑垃及生活垃圾，充填物主要為粉土，成分不均勻。

該層在勘察區(qū)均有分布，厚度 0.7～7.2 m。平均厚度 3.06 m，該層為近兩年來周邊施工所填，未經(jīng)有效碾壓，固結(jié)性較差，工程性質(zhì)差，該層粘聚力C建議值取5.0 kPa， 內(nèi)摩擦角建議值取10.0°。平均動(dòng)探擊數(shù) 4.2 擊/10 cm。建議挖除。

②黃土狀粉土：淺黃色、黃綠色，稍濕，稍密，干強(qiáng)度及韌性低，可見黃色銹斑，偶見蝸牛殼碎片，含植物根系及少量芒硝，孔隙發(fā)育，具濕陷性。

該層厚度 1.3～7.4 m，平均厚度 5.21 m。該層的天然孔隙比e為0.935，天然含水量W為14.0%，液性指數(shù)IL為 0.43，重度為15.8 kN/m3，壓縮系數(shù)a0.1-0.2為0.178 MPa-1，為中偏低壓縮性土，粘聚力C標(biāo)準(zhǔn)值取13.3 kPa，內(nèi)摩擦角φ標(biāo)準(zhǔn)值取24°。平均標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)9.2擊/30 cm，承載力特征值110 kPa。

③粉質(zhì)黏土：淺黃色，略發(fā)綠，干強(qiáng)度及韌性高，土質(zhì)較均勻，切面稍具光澤，含大量芒硝及石膏晶體，局部夾薄層粉土。

該層厚度 5.3～8.5 m，平均厚度 6.7 m。該層的天然孔隙比e為 0.911，天然含水量W為 28.1%，液性指數(shù)IL為0.51，重度為18.2 kN/m3，壓縮系數(shù)a0.1-0.2為0.386 MPa-1，為中偏高壓縮性土，粘聚力C標(biāo)準(zhǔn)值取22.0 kPa，內(nèi)摩擦角φ標(biāo)準(zhǔn)值取23.8°。平均標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)11.2 擊/30 cm，承載力特征值125 kPa。

④粉土：褐黃色，濕，稍密，干強(qiáng)度及韌性低，含大量云母碎片，局部略具砂感，具搖震反應(yīng)，可見黃色銹斑，局部夾薄層粉砂。

該層厚度1.8～3.7 m，平均厚度3.15 m。該層的天然孔隙比e為0.627，天然含水量W為 21%，液性指數(shù)IL為0.42，重度為20.1 kN/m3，壓縮系數(shù)a0.1-0.2為 0.211 MPa-1，為中偏低壓縮性土，粘聚力C標(biāo)準(zhǔn)值取18.3 kPa，內(nèi)摩擦角φ標(biāo)準(zhǔn)值取20.7°。平均標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù) 14.1擊/30 cm，承載力特征值120 kPa。

2.3 水文地質(zhì)條件

經(jīng)調(diào)查，場(chǎng)地內(nèi)無地表水水系。根據(jù)勘察報(bào)告勘察期間穩(wěn)定水位埋深11.0～12.1 m（標(biāo)高355.38～355.60 m），場(chǎng)地內(nèi)地下水類型為松散巖類孔隙水，賦存在粉質(zhì)黏土及粉砂組成的含水層中，屬于潛水含水層。根據(jù)運(yùn)城水文站長(zhǎng)期觀測(cè)資料，地下水位變幅在1.5 m左右。地下水補(bǔ)給來源主要為大氣降水滲入及北側(cè)安邑水庫側(cè)向徑流補(bǔ)給，排泄主要以人工抽水及地下水徑流排泄。

3 原支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

根據(jù)支護(hù)設(shè)計(jì)方案及現(xiàn)場(chǎng)情況，基坑開挖深度介于6.68～7.07 m之間。基坑開挖分區(qū)及剖面布置情況見圖2。基坑共有六個(gè)剖面，采用放坡、土釘墻、微型樁復(fù)合土釘墻三種支護(hù)方式，各剖面支護(hù)形式見表1。

1-1剖面和3-3剖面由于地勢(shì)較開闊，采用1∶0.75坡率自然放坡，坡面噴射100 mm厚C20細(xì)石混凝土，內(nèi)設(shè)6 mm間距200 mm雙向鋼筋網(wǎng)片。

2-2剖面和4-4剖面采用土釘墻進(jìn)行支護(hù)，坡面坡率分別為1∶0.45、1∶0.37，采用三排鋼筋土釘，水平間距1.5 m，第一排土釘在地面下1.5 m，豎向間距為2 m，傾角15°，坡面噴射100 mm厚C20細(xì)石混凝土，內(nèi)設(shè)6 mm間距200 mm雙向鋼筋網(wǎng)片，2-2剖面支護(hù)結(jié)構(gòu)見圖3，4-4剖面支護(hù)結(jié)構(gòu)見圖4。

5-5剖面采用土釘墻進(jìn)行支護(hù)，坡面坡率為1∶0.35，采用四排鋼筋土釘，水平間距1.5 m，第一排土釘在地面下1.5 m，豎向間距為1.5 m，傾角15°，坡面噴射100 mm厚C20細(xì)石混凝土，內(nèi)設(shè)6 mm間距200 mm雙向鋼筋網(wǎng)片，5-5剖面支護(hù)結(jié)構(gòu)見圖5。

6-6剖面采用微型樁復(fù)合土釘墻進(jìn)行支護(hù)，微型樁樁長(zhǎng)9 m，300 mm，樁間距500 mm，采用五排鋼筋土釘，水平間距1 m，第一排土釘在地面下1.2 m，豎向間距為1.2 m，傾角15°，坡面噴射100 mm厚C20細(xì)石混凝土，內(nèi)設(shè)6 mm間距200 mm雙向鋼筋網(wǎng)片，6-6剖面支護(hù)結(jié)構(gòu)見圖6。

4 事故經(jīng)過及原因分析

4.1 事故經(jīng)過

2021年9月以來，運(yùn)城市連日多次降雨，雨量達(dá)到同期三倍以上，周圍雨水流入地下，致使基坑護(hù)壁壓力逐漸增大，同時(shí)坑外路面已出現(xiàn)長(zhǎng)度31 m，寬24 mm的裂縫，走向平行于南側(cè)基坑，并有進(jìn)一步增長(zhǎng)的趨勢(shì)，現(xiàn)場(chǎng)裂縫見圖7。2021 年 9 月 25 日，項(xiàng)目基坑南側(cè)5-5剖面支護(hù)結(jié)構(gòu)突然發(fā)生坍塌，坍塌時(shí)有大量雨水流出，基坑頂部圍擋傾倒，地面嚴(yán)重塌陷。事故發(fā)生時(shí)，施工人員已離開危險(xiǎn)區(qū)域，因而未造成人員傷亡。事故發(fā)生后，為防止南側(cè)基坑變形進(jìn)一步增大，施工單位對(duì)該區(qū)域采取堆土反壓的措施，圖8為事故現(xiàn)場(chǎng)。

4.2 基坑支護(hù)失穩(wěn)分析

4.2.1 氣候方面

根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蛸Y料顯示，地基施工時(shí)，場(chǎng)地正經(jīng)歷連續(xù)降雨，工地周邊的市政設(shè)施排水能力不足，導(dǎo)致雨水不易排出、大量聚積在基坑周邊。此外，基坑頂部也未按照設(shè)計(jì)要求設(shè)置截排水溝，大量雨水直接沖刷坡面。坡面噴射混凝土進(jìn)行封閉，但未設(shè)置泄水孔，雨水無法及時(shí)排出，最終導(dǎo)致基坑坍塌事故的發(fā)生。

4.2.2 設(shè)計(jì)方面

地質(zhì)勘查報(bào)告對(duì)第一層雜填土的描述：該層在勘察區(qū)均有分布，厚度 0.7～7.2 m。平均厚度 3.06 m，該層為近兩年來周邊施工所填，未經(jīng)有效碾壓，固結(jié)性較差，工程性質(zhì)差，該層粘聚力C建議值取5.0 kPa， 內(nèi)摩擦角φ建議值取10.0°。設(shè)計(jì)單位在基坑設(shè)計(jì)時(shí)，并未考慮區(qū)域內(nèi)雜填土土層厚度變化較大的情況，選用參數(shù)見表2，雜填土的厚度取2.5 m，事故發(fā)生后，調(diào)查附近鉆孔資料顯示雜填土厚度達(dá)4.2 m，由于第一層雜填土抗剪強(qiáng)度較第二層黃土狀粉土低很多，土層厚度的錯(cuò)誤選取對(duì)土釘墻的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)的計(jì)算產(chǎn)生了較大的影響。

4.2.2.1 雜填土厚度取2.5 m，按原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)算

依據(jù)原設(shè)計(jì)方案，用理正深基坑7.0版軟件，對(duì)基坑破壞位置5-5剖面進(jìn)行土釘抗拔承載力驗(yàn)算及整體穩(wěn)定驗(yàn)算，基坑頂面超載值為20 kPa，據(jù)坑邊4.5 m，支護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)2級(jí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取1.0，土釘抗拔承載力驗(yàn)算結(jié)果見圖9，整體穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果見圖10。

4.2.2.2 雜填土厚度取4.5 m，按實(shí)際情況進(jìn)行驗(yàn)算

根據(jù)實(shí)際情況，選用地質(zhì)勘查報(bào)告中鉆孔41土層物理參數(shù)，雜填土厚度取4.2 m，其余參數(shù)均同原設(shè)計(jì)，土釘抗拔承載力驗(yàn)算結(jié)果見圖11，整體穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果見圖12。

4.2.2.3 計(jì)算結(jié)果分析

原設(shè)計(jì)方案土釘抗拔安全系數(shù)最小的是第一道土釘，K=Rk，1Nk，1=72.943.6=1.67≥1.6， 土釘?shù)臉O限抗拔承載力均滿足要求。各道土釘桿體受拉承載力均符合Nj≤fyAs，滿足要求。施工完成后，基坑邊坡整體穩(wěn)定安全系數(shù)K=1.409gt;1.3，滿足規(guī)范要求［1］。

根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況驗(yàn)算，土釘抗拔安全系數(shù)如下。

第一道土釘，Rk，1Nk，1=54.239.6=1.4≤1.6，不滿足要求。

第二道土釘，Rk，1Nk，1=72.557.6=1.3≤1.6，不滿足要求。

第三道土釘，Rk，1Nk，1=94.372.3=1.3≤1.6，不滿足要求。

第四道土釘，Rk，1Nk，1=101.820.0=5.1≥1.6，滿足要求。

各道土釘桿體受拉承載力均符合Nj≤fyAs，滿足要求。

基坑施工完成后，邊坡整體穩(wěn)定安全系數(shù)K=1.18lt;1.3，不滿足規(guī)范要求。

根據(jù)上述結(jié)果可以看出，土釘抗拔安全系數(shù)除最底層滿足要求以外，其余三根土釘均低于1.6，雨水進(jìn)入土層后，土壓力增大，土釘軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值增大，土與土釘?shù)哪ψ枇档?，土釘極限抗拔承載力標(biāo)準(zhǔn)值降低［3］，基坑坍塌時(shí)，上部土釘部分有拔動(dòng)的跡象，這也與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況相符合。

邊坡的整體穩(wěn)定安全系數(shù)K=1.18，已經(jīng)低于規(guī)范要求，在遇到連續(xù)強(qiáng)降雨時(shí)，土的強(qiáng)度還會(huì)進(jìn)一步降低，最終導(dǎo)致基坑邊坡發(fā)生破壞［2］，雜填土因力學(xué)參數(shù)較低，其厚度變化對(duì)基坑的安全影響很大，設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮地層的變化。

4.2.3 施工方面

事故發(fā)生后，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)坍塌后的廢墟及未坍塌的土釘墻進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)基坑支護(hù)施工并未嚴(yán)格按照施工方案及設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工。

基坑支護(hù)方案中5-5剖面應(yīng)分五層進(jìn)行開挖，每挖一層支護(hù)一層，實(shí)際上施工單位僅兩次就開挖到底部，然后再進(jìn)行土釘?shù)氖┕?，邊坡的坡度也未達(dá)到設(shè)計(jì)要求的1∶0.35。在基坑頂部未設(shè)置截排水溝，靠近邊坡坡頂?shù)牡孛嫖磭?yán)格按設(shè)計(jì)要求噴射混凝土護(hù)面，因而在下雨時(shí)，部分雨水滲入邊坡土體。邊坡底部也未設(shè)置排水溝，下雨時(shí)雨水堆積，坡腳土體軟化，進(jìn)而導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞。

通過對(duì)土釘?shù)臋z查，發(fā)現(xiàn)土釘灌漿并不密實(shí)，部分區(qū)段未灌注水泥漿，灌漿質(zhì)量不穩(wěn)定，有些區(qū)域嵌入泥土。此外，坡面噴射混凝土厚度不足，設(shè)計(jì)中噴射混凝土厚度為100 mm，測(cè)量發(fā)現(xiàn)實(shí)際厚度多處不足80 mm。

在調(diào)查過程中，發(fā)現(xiàn)基坑支護(hù)構(gòu)件有被機(jī)械碰撞、損壞的地方，在施工的時(shí)候應(yīng)避免機(jī)械對(duì)基坑構(gòu)件的破壞?；禹敳康牧芽p未及時(shí)處理，下雨雨水順裂縫進(jìn)入土體。此外，在施工中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)［4］，發(fā)現(xiàn)變形值過大，應(yīng)及時(shí)預(yù)警并分析原因。

5 結(jié)論

隨著建筑規(guī)模地不斷擴(kuò)大，基坑工程的事故也越來越多，通過對(duì)本工程案例進(jìn)行分析，可以得到幾點(diǎn)結(jié)論和啟示：

（1）連續(xù)強(qiáng)降雨會(huì)導(dǎo)致土層粘聚力和內(nèi)摩擦角的數(shù)值降低，排水不暢會(huì)增加支護(hù)結(jié)構(gòu)的水土壓力，影響支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性，因而在設(shè)計(jì)及施工中應(yīng)注意防排水工作。

（2）由于地層的特殊性及復(fù)雜性，設(shè)計(jì)單位在選用設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)應(yīng)結(jié)合地質(zhì)勘查報(bào)告，在充分了解地層的分布及變化情況后分區(qū)段按最不利原則進(jìn)行設(shè)計(jì)［5］。在本次事故中，設(shè)計(jì)單位簡(jiǎn)單地按照其他區(qū)域勘察報(bào)告中提供的土層厚度進(jìn)行全部區(qū)段的計(jì)算，未能考慮到局部區(qū)域地層厚度變化較大的情況，這樣提供的設(shè)計(jì)方案是不安全的，也為后來的事故埋下了隱患。

（3）基坑工程是危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程，施工單位在施工時(shí)應(yīng)編制專項(xiàng)施工方案，經(jīng)論證后需嚴(yán)格執(zhí)行。施工過程中，相關(guān)單位應(yīng)及時(shí)溝通，按照?qǐng)D紙進(jìn)行施工，不能因?yàn)橼s進(jìn)度而冒險(xiǎn)。此外，施工企業(yè)還應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理，提高施工質(zhì)量。

（4）基坑工程雖然是臨時(shí)工程，但其引起的危害和后果不容小覷［6］，園的風(fēng)險(xiǎn)很高，一旦出現(xiàn)事故，經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響都是巨大的。

（5）基坑監(jiān)測(cè)是保證基坑安全的重要措施，按規(guī)定做好監(jiān)測(cè)工作能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，避免事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

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