基坑事故的預(yù)防與處理

周保國(guó),王玉格

(1.河北工程技術(shù)高等專科學(xué)校,河北 滄州 061001;2.河北金品建筑工程集團(tuán)有限責(zé)任公司,河北 滄州 061001)

由于高層建筑的大量出現(xiàn)和地下空間的開(kāi)發(fā)利用,深基坑工程在最近10多年中迅速發(fā)展起來(lái)。隨著深基坑工程的規(guī)模加大、深度加深,基坑事故時(shí)有發(fā)生。由于深基坑事故災(zāi)害涉及面廣,對(duì)社會(huì)的影響非常大,因此引起了政府和社會(huì)的高度關(guān)注。為減少基坑事故及損失,政府相繼出臺(tái)了有關(guān)基坑工程的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范。盡管這樣,一些城市也多次發(fā)生深基坑工程事故。

1 基坑事故的影響因素

1.1 基坑的開(kāi)挖深度

由于土壓力與深度的平方成正比,基坑深度越大,圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與變形都相應(yīng)急劇增大,支錨結(jié)構(gòu)的軸力也隨之增大。無(wú)論對(duì)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)本身的安全還是對(duì)環(huán)境的影響都增加了技術(shù)難度,對(duì)于深基坑應(yīng)提高設(shè)計(jì)和施工的技術(shù)要求。

1.2 土質(zhì)條件

在相同開(kāi)挖深度的條件下,土質(zhì)越差,抗剪強(qiáng)度越低,側(cè)土壓力越大,結(jié)構(gòu)內(nèi)力加大,對(duì)環(huán)境的影響程度和范圍也越大,施工控制的要求必須相應(yīng)提高。

1.3 地下水位

地下水對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全與使用具有決定性的作用,如果地下水位很深,則技術(shù)難度和工程的危險(xiǎn)性都要小得多;在地下水位高的地區(qū),降水會(huì)形成地面的沉降和不均勻沉降而損害相鄰建筑物,如果設(shè)置止水帷幕,則使圍護(hù)結(jié)構(gòu)承受很大的水壓力,同時(shí)增加了滲透變形的危險(xiǎn)性程度,因此必須提高基坑設(shè)計(jì)和施工要求。

1.4 相鄰建筑物及周邊荷載

相鄰建筑物基礎(chǔ)底面荷載,對(duì)基坑穩(wěn)定性有一定的影響,相鄰建筑物的重要性程度越高,離基坑越近,對(duì)變形控制的要求越嚴(yán)格。施工時(shí)在基坑周圍通?？赡芏逊沤ㄖ牧?、運(yùn)行施工機(jī)械和過(guò)往載重汽車,這些施工荷載對(duì)基坑的穩(wěn)定性也有較大影響。因此設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮相鄰建筑物及周邊荷載對(duì)基坑穩(wěn)定性的影響及其自身的安全。

2 預(yù)防措施

2.1 完善基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

深基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的設(shè)計(jì)階段,支護(hù)設(shè)計(jì)的工作是決定性的環(huán)節(jié)?；庸こ淌墙Y(jié)構(gòu)工程和巖土工程的結(jié)合,基坑支護(hù)設(shè)計(jì)要充分考慮基坑開(kāi)挖深度、土質(zhì)條件、地下水位、相鄰建筑物、施工荷載等多項(xiàng)因素。對(duì)深基坑工程支護(hù)設(shè)計(jì)的技術(shù)要求包括擋土功能、止水功能和作為地下結(jié)構(gòu)外墻的使用功能。不同地區(qū)、不同土質(zhì)、不同開(kāi)挖深度的基坑,根據(jù)功能要求可以選擇不同的圍護(hù)結(jié)構(gòu)型式和支錨體系的類型。深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)不僅要滿足地下室施工空間和安全的要求,更要滿足強(qiáng)度和變形兩種極限狀態(tài),基坑工程的成敗經(jīng)常取決于變形控制。根據(jù)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)編制完整的施工方案,必須經(jīng)過(guò)專家論證把好技術(shù)關(guān)。

2.2 采用先進(jìn)施工技術(shù)

逆作法施工、凍結(jié)法技術(shù)、型鋼攪拌樁墻(SMW)在深基坑工程中廣泛應(yīng)用。

1)逆作法。是地上和地下同時(shí)施工的方法,又稱為逆筑法。逆作法利用先施工的地下連續(xù)墻和中間支承柱承受荷載,從地面逐層下挖并從上到下地完成地下室的梁板、樓面工程,利用上一層的樓板結(jié)構(gòu)作為下一層開(kāi)挖時(shí)的支撐,逐層交替開(kāi)挖與澆筑樓板結(jié)構(gòu);與此同時(shí),逐層向上建造上部結(jié)構(gòu),使地面上和地下可同時(shí)進(jìn)行施工。采用逆作法施工,是利用逐層澆筑的地下室結(jié)構(gòu)作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)支撐。與臨時(shí)支撐相比,地下結(jié)構(gòu)的剛度大得多,所以,圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形小得多,相鄰建筑物的變形也小得多。同時(shí),由于中間支承柱的存在,底板增加了支點(diǎn),澆筑后的底板成為多跨的連續(xù)板結(jié)構(gòu)。底板的支點(diǎn)增多,跨度小,彎矩比較小,減少了隆起,使底板的設(shè)計(jì)可以更為合理,容易滿足抗浮要求。逆作法施工可以縮短工期,降低造價(jià),減小差異變形,增強(qiáng)基坑安全性,是一種合理的建筑方法,具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

2)凍結(jié)法。是利用人工制冷技術(shù),使土層中的水結(jié)冰將天然土變成凍土以增加其強(qiáng)度和穩(wěn)定性,凍結(jié)加固均勻完整,形成一道凍土墻,不僅可以承受水土壓力和基坑開(kāi)挖過(guò)程中的各種施工荷載,而且可作為一道防水性很好的止水帷幕,發(fā)揮圍護(hù)結(jié)構(gòu)的作用,在凍土墻的保護(hù)下進(jìn)行地下結(jié)構(gòu)的施工。

3)型鋼攪拌樁墻。在水泥攪拌樁體內(nèi)加勁性型鋼,形成組合結(jié)構(gòu)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體,這種方法又稱為SMW工法,它組合了型鋼受力水泥土止水的各自優(yōu)點(diǎn),截面比較小,適應(yīng)性強(qiáng)。由型鋼和水泥攪拌樁組合而成的圍護(hù)結(jié)構(gòu)具有抗彎能力,又能止水,是一種有開(kāi)發(fā)前景的圍護(hù)結(jié)構(gòu)型式。在我國(guó)推廣使用的主要障礙是型鋼造價(jià)高。

2.3 建立有效監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

深基坑工程的監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)非常重要的信息反饋與控制,在深基坑開(kāi)挖施工過(guò)程中,借助儀器設(shè)備和其它一些手段對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)、基坑周圍的環(huán)境(包括土體、建筑物、構(gòu)筑物、道路、地下管線等)的應(yīng)力、位移、傾斜、沉降、開(kāi)裂及對(duì)地下水位的動(dòng)態(tài)變化、土層孔隙水壓力變化等進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)。明確每項(xiàng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的技術(shù)要求、測(cè)點(diǎn)的位置、監(jiān)測(cè)頻率與報(bào)警值,從中獲取大量的信息,判斷施工方案的合理性。通過(guò)反復(fù)分析與調(diào)整,預(yù)測(cè)下階段施工過(guò)程中可能出現(xiàn)問(wèn)題,為優(yōu)化和合理組織施工提供依據(jù),要充分估計(jì)可能存在的隱患及可能引發(fā)的事故,及時(shí)采取保護(hù)措施。

3 處理措施

由于基坑工程的復(fù)雜性,即使是一個(gè)較為完善的設(shè)計(jì),在施工過(guò)程中也可能發(fā)生意想不到的情況,設(shè)計(jì)時(shí)的主觀判斷與客觀實(shí)際之間的偏離不可避免地存在。因此,在施工過(guò)程中為可能發(fā)生的事故預(yù)先制定搶救方案,才能避免小事故,杜絕大事故,保證基坑工程的質(zhì)量和安全。

3.1 降水與回灌

降水與回灌是地下水流動(dòng)方向相反的兩種工程措施,降水是將地下水抽出使地下水位下降的措施,而回灌是將地面水灌入地下使地下水位上升或保持不降低的措施。回灌措施適合于因降水造成周圍建筑物不均勻沉降而采取的一種搶險(xiǎn)措施。

3.2 卸載與壓重

當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的位移過(guò)大時(shí),可以采用刷坡卸載的方法減少墻后的土壓力,能較快地收到減緩位移速率的效果。當(dāng)坑底發(fā)生流砂冒水,或明顯隆起時(shí),采用拋石填砂的方法壓重以平衡過(guò)大的水頭,或平衡由于開(kāi)挖過(guò)深引起的壓力差。在這種事故場(chǎng)合,拋石壓重是搶險(xiǎn)的有效措施。

3.3 補(bǔ)漏與加固

當(dāng)止水帷幕有局部缺陷而漏水時(shí),首先可采用局部補(bǔ)漏的方法,對(duì)于地下連續(xù)墻上的空洞,可用快干的、能膨脹的防滲劑補(bǔ)漏;對(duì)于水泥攪拌樁構(gòu)成的止水帷幕,只能采用在墻外注漿的方法補(bǔ)漏。當(dāng)空洞很大,水流過(guò)急時(shí),局部補(bǔ)漏可能無(wú)濟(jì)于事,此時(shí)只能采取降低坑外地下水位的方法來(lái)從源頭上解決問(wèn)題。加固是指對(duì)受力構(gòu)件的補(bǔ)強(qiáng),包括內(nèi)支撐構(gòu)件的補(bǔ)強(qiáng),節(jié)點(diǎn)的補(bǔ)強(qiáng)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)只能解決局部強(qiáng)度不夠,剛度不足或局部失穩(wěn)的問(wèn)題。對(duì)于大范圍的變形過(guò)大或出現(xiàn)失穩(wěn)預(yù)兆時(shí),局部加強(qiáng)就難以收到很好的效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

從設(shè)計(jì)、施工、技術(shù)等多方面進(jìn)行考慮,采取預(yù)防措施,施工過(guò)程中做好監(jiān)控,發(fā)生意外情況緊急救治,及時(shí)采取保護(hù)措施,確?；庸こ藤|(zhì)量。

[1]JGJ120-99,建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程 [S].

[2]GB 50497-2009,建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].

[3]高大釗.深基坑工程講座[DB/O L].(2011-03-06)[2011-03-21].http.//www.civilon.com.