深基坑边坡坍塌事故分析及处理实例

第３３卷第ｌ２期　Ｖｏ１．３３　Ｎｏ．１２　建筑施工　ＢＵＩＬＤＩＮＧ　Ｃ０ＮＳＴＲＵＣＴ１０Ｎ　深基坑边坡坍塌事故分析及处理实例　Ａｃｃｉｄｅｎｔ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　Ｃａｓｅ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｆｏｒ　Ｓｉｄｅ　Ｓｌｏｐｅ　Ｃｏｌｌａｐｓｅ　ｉｎ　Ｄｅｅｐ　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　Ｐｉｔ　口　顾辰欢　陈汊彬　（中国三局建设工程股份有限公司　广州５１００７０）　【摘要】基坑工程一直是建筑施工的重点，也是安全事故多发环节。由此，以某工程基坑事故为例进行详细分析，对其出　险后的支护加固措施进行研究，并从支护结构受力角度提出若干基坑设计施工的要点，以对基坑工程合理设计与安全施工有所　启示与帮助．．　【关键词】深基坑边坡坍塌　弧形地滑翻转地滑位移监控动态施工　【中图分类号】ＴＵ７５３．８　，文献标识码　Ｂ　【文章编号】１００４—１００１（２０１１）１２—１０７４—０３　１　工程概况　深圳某基坑工程深达１５．４　ｍ，属于深基坑范畴。表层土　高度重视（图１）。　为杂填土，平均厚度约４　ｍ，周边水电管线设备等地下设施　比较复杂。上部采用桩锚支护，主要支护措施有：微型桩、土　钉、喷混凝土护面等，但其设计坡度极陡达到８６。，基坑施　工阶段又处于多雨时期。其专业分包单位基本按照施工组织　设计的要求进行分层开挖与支护，每层开挖深度为２　ｍ，开　挖后对壁面进行修整，再进行边坡喷锚施工。　２０１０年９月２０日，东侧ＦＧ坡段下挖施工至５　ｍ便出　现严重坍塌，幸无人员伤亡。设计变更后该处采用人工挖孔　图１坍塌坡段原剖面设计　桩作为支护加固措施。由于６　ｍ以下为坚硬岩层施工困难，　经设计许可人工挖孔桩没有嵌入基坑底面。目前重新下挖至　２基坑的坍塌原因与破坏机理分析　２．１　分析该基坑坍塌的原因　由基坑坍塌原因为汇总（图２）可见，前期的概念设计是　７　ｍ处的支护效果良好，锚索设计与施工正在同步进行。基　坑后期主要抗侧力结构将由锚索代替，基坑的安全问题仍应　【作者简介】顾辰欢（１９８１一），男，本科，工程师。联系地址：广　州市越秀区先烈中路６５号东座五楼（５１００７０）。　关键，要依据地质资料、气象资料和工程实际情况选取合适　的支护方案。而水患控制则是基坑工程施工的重点，应采取　合理、有效的防水控水方案。　【收稿日期】２０１１－ｌ１—１９　高压注浆完成后对所处理４１根管桩进行全数低应变动　力检测：其中Ｉ类桩２５根占６１％，Ⅱ类桩１６根占４９％；并抽　取７根桩进行静载检测，检测结果均符合要求。　题，应根据实际情况采取不同的处理方案。对处理结果来看，　本次施工在成本最小的情况下保证了桩基质量和工程施工　进度要求。　参考文献　５　结语　（１）场地地质情况、桩基施工及基坑开挖措施是本工程　造成部分基桩偏斜的主要原因。在受桩基施工扰动的欠固结　新填土和软土层进行基坑开挖施工时，应采取必要的措施，　方能保证基坑内基桩的安全。　（２）对现场高强预制管桩出现不同程度的桩身质量问　・…１蔡玲玲．预应力高强混凝土管桩偏斜事故分析及处理Ⅱ】．福建建　筑，２００６（８）．　［２】傅建舟．软土地地基预应力管桩纠偏补强与施工质量控制［Ｄ】．浙　江：浙江大学建工学院，２００８．　【３】任晓红．预应力混凝土管桩质量事故分析及处理Ⅱ］．江苏建筑，　２００７（６）．　１０７４・　顾辰欢、陈汉彬：深基坑边坡坍塌事故分析及处理实例　第１２期　图２基坑坍塌原因　２．２　坍塌坡段的破坏机理分析　基坑工程边坡的破坏类型需到现场根据地形、地质特征　及其破坏过程进行辨识，破坏原因包含基因与诱因。地质　（边坡的土质特点、地质构造）与地形特征、周边环境和边坡　支护结构，属于边坡破坏的内在因素｛即为边坡基因）：雨水、　地震、人工堆码与扰动等外在因素则为基坑边坡坍塌的诱　因。诱因与基因共同决定了边坡坍塌发生的时机与规模。基　坑坍塌表现为支护结构的强度、冈Ⅱ度或者稳定性不足，从而　引起支护结构的破坏，导致边坡失稳与坍塌。对此事故采取　抢险处理或临时加固的措施应迅速辨识边坡破坏类型，以防　止措施失当造成包括人员伤亡与财产损失（即二次灾害），破　坏类型同时作为设计变更的考虑依据。由于理论上具有相同　类型的边坡基因，应有相同类型的破坏方式，因此，我们可根　据不同的坍塌类型自身特殊的辨识指标进行判断。基于台湾　张石角的理论，地滑可分为平面型地滑、弧型地滑、楔型地滑　与翻转地滑等几种类型，再根据坍塌现场微型桩的倾斜方　向，我们对该基坑东侧ＦＧ段边坡的破坏方式判定为翻转地　滑，即边坡翻转破坏。　边坡翻转破坏是有前兆的，基坑施工过程多次在坡顶出　现贯通裂缝，尤其在雨后开裂极其严重。当裂缝出现时，支护　单位虽然对其进行了注浆处理，来达到防雨水渗入进一步破　坏土体的目的，但这并没有从根本上解决问题。这些裂缝为　何反复出现，以及采取什么有效的防坍塌措施，以下将通过　边坡坍塌前雨后边坡开裂状况的图片资料（图３）进行研究。　图３坍塌坡段出险前　针对坡段坍塌前多次在雨后出现裂缝且有明显的沉降　的情况，我们将出现沉降的原因分析如下：　（１）由于支护面在受到土体侧压力的作用下会产生微　量位移，从而导致了支护面与以后出现的破坏面之间的夹角　变大；　（２）由于夹在支护面与破坏面之间的土体要保持体积　恒定，这时在基坑边上、支护面附近的土体因材质不同易出　现贯通裂缝，所以在产生相对水平位移的同时，该部分土体　（下称夹土）在自重作用下将发生下沉（图４）。　　‘支护面　图４沉降缝分析模型　２．３边坡坍塌必然性分析　（１）边坡坍塌的流程为：侧压力作用下产生微量位移一　坡顶出现裂缝一雨水侵蚀边坡土体一土体原状结构受破　坏一夹土液化丧失粘结力形成薄弱面一形成上大下小的不　稳定结构一不利效应的足量积累最终导致坍塌。　（２）原复合土钉墙的受力原理为重力式挡土墙，但是在　设计坡度过陡、钢筋锚固长度较短的条件下，支护面犹如在　受拉区域无配筋的竖向悬臂梁，倾覆弯矩完全由单排　１００　ｍｍ的微型桩承担，然而由于微型桩主要用于坡底抗　剪，其抗弯能力极低。当裂缝出现时，注浆处理虽达到了防止　雨水继续渗入的目的，但并没有提供维持土体稳定的粘结拉　力，故未能有效防止边坡的坍塌（图５）。　效后的微型桩　＃　图５坍塌坡段破坏分析　３坍塌加固处理措施及分析　本事故中，设计采用人工挖孔桩的方式增强了坍塌边坡　的稳定性，从而防止了二次坍塌，前期作为悬挑构件支护的　效果较好，但因实际施工困难、孔桩长度参差不齐且未能嵌　入基坑底部，所以在基坑施工达到一定深度后，梳状桩体将　转变成钢丝网混凝土护面的竖向连梁与锚索共同工作，后期　抗侧力结构将全部由锚索代替，但对其位移应进行严格限制　（图６）。　锚索施工在满足设计承载力的前提下，还应加强对位移　的监测、控制对掌握基坑状况和及时采取有效措施。下面对　变更后支护结构的土压力进行等效，通过力的矢量三角形变　＇１０７５・　第１２期　顾辰欢、陈汉彬：深基坑边坡坍塌事故分析及处理实例　化（图７）和位移假设法进行研究说明。　图６　坍塌坡段剖面变更设计　蓄　压力ｑ　呈　篙　。　桩　墨　一一　灭置＝用坦ｌ　端　支　匹，一，　量量　　・等效土压力　持　’　●・　ｌ　力　富宣　，ａｒｍ　眭端支持力　图７　支护结构受力矢量三角形　（１）当上部位移过大时，由支护体系受力矢量三角形的　变化图得知，锚索所受拉力将迅速增大，故在土体提供足够　锚固力及钢索与混凝土良好粘结的前提下，应保证锚索具有　足够的锚固长度和抗拉承载力（即钢绞线截面），以确保锚固　体的注浆质量及连梁处节点防冲切的构造措施，尤其是第ｌ　道锚索的设计位置、承载力和密度要特别得到重视。　（２）当下部位移过大时，孔桩端部的支撑岩面受力面积　减小而压强增大，致使桩端岩石破坏围护结构脱落失效。故　除了确保桩端岩石自身的稳定外还应限制坡底位移，即：实　行信息化施工，尤其对支护结构的位移进行监控，做到及时　反馈和处理。　（３）关于支护面位移对土压力的影响，我们可将开挖面　以上其外侧土体视作土弹簧（图８）。在初始状态，支护面位　移为零，土压力Ｐ按静止土压力Ｐｎ考虑。在挡土结构发生变　形后，作用在墙上的土压力将随之变化，但其最小值为主动　土压力Ｐａ。　即Ｐ＝Ｐｏ一　ｄ　（１）　式中：Ｋ　一土弹簧刚度系数；　ｄ一墙体某点的水平位移，向坑内位移时取正值。　位移的发生过程是土压力的释放和重新分布的过程。当　发生位移时，土体对支护体系的总侧压力虽然变小，但会产　生使基坑安全状态进入恶心循环的不利效应而最终导致护　坡的坍塌。因此，在监测到边坡变形超过安全限值时，应迅速　对变形严重的位置进行撑锚或其它有效地支撑加固，以防止　位移进一步发展。基坑的变形虽释放了土压力，但其破坏了　原设计的安全受力状态（让局部支撑构件超过极限承载力），　・ｌｏ７６・　●　ｌ－　ｔ　——，、ｒ－一　’　—　一　—　一　｜．’　—　—，－一　—’，Ｖ、，一　—’＾　图８　竖向弹性地基梁法计算示意　支护体系因受力不均匀而被各个击破最终失效。　鉴于基坑的变形会严重影响基坑的使用，故在前期设计　时就应保证好支护体系的稳定、强度和刚度，即支护结构的　抗倾覆验算、抗滑动验算、危险截面应力验算和位移验算。　东侧坍塌坡段设计变更添加的人工挖孔桩前期由于具　有足够的嵌固深度，支护效果比较理想。目前已重新下挖至　７　ｍ，我们通过观测，该段坡顶暂无新裂缝产生，位移也在安　全限度内。随着基坑进～步下挖，能否满足ｌ５　ｍ深基坑的支　护要求，则需继续进行监控。　４结语　（１）深基坑施工占用资金多、工期长、难度大，基坑支　护方案的选择应综合考虑造价、工期、安全及对周围环境的　影响，尤其当基坑周围有建筑物、道路和管线时，边坡的变形　应严格控制。　（２）支护结构要依据土体的实际状况进行设计，在少　扰动原状土前提下，既要有良好的整体性、足够的锚固及可　靠的节点构造，又要限制过大位移带来的不利影响。　（３）对于坍塌后的基坑进行施工时，需特别注意坑壁　地基土质的稳定性分析和观测，以免重蹈覆辙，从而对工程　施工造成不必要的损失。　（４）采用人工挖孔桩加固措施的优点在于：前期可以　利用桩自身的抗弯承载力和嵌固深度，作为上部不稳定土体　的支撑体系，而后期可作为喷混凝土护面竖向连梁对土体进　行防护，其设计调整的空间大。这里要注意的是，在基坑逐步　下挖施工过程中必须加强位移的监测、分析与控制。　参考文献　【１】张旷成，杨斌，李荣强，等．深圳地区建筑深基坑支护技术规范Ｕ】．　深圳特区科技，１９９５（５）．　【２】杨丽君，周卫东．深基坑工程中常见问题和处理对策Ｕ１．西部探矿　工程，２００３，１５（８）．　【３】臧荣建．逆作法施工技术在基坑坍塌边坡加固中的应用Ｕ１．建筑安　全，２００６，２１（６）．　【４】杨子胜，梁仁旺，白晓红．深基坑工程事故分析及防范措施口１．山西　建筑。２０１０（５）．