成都某膨脹土深基坑支護(hù)事故分析

鄧安，彭濤

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成都某膨脹土深基坑支護(hù)事故分析

鄧安，彭濤

（中冶成都勘察研究總院有限公司，成都 610023）

分析成都藍(lán)光錦繡城基坑工程事故，基坑變形原因是多方面的；膨脹土基坑開(kāi)挖卸荷、干濕交替，土體強(qiáng)度急劇降低，基坑邊坡穩(wěn)定性急劇下降；降雨誘發(fā)下，基坑劇烈變形，支護(hù)樁剪斷，最后不得不采取樁后御荷、坡面封閉緊急措施，以保護(hù)支護(hù)樁及減小坡體變形等。針對(duì)該膨脹土基坑的破壞特點(diǎn)，提出了從認(rèn)識(shí)強(qiáng)度參數(shù)、加強(qiáng)防水措施、改進(jìn)設(shè)計(jì)和規(guī)范施工程序等方面來(lái)預(yù)防基坑事故發(fā)生，可對(duì)膨脹土基坑的設(shè)計(jì)和施工提供一定的指導(dǎo)和幫助。

膨脹土；深基坑；事故；成都

成都藍(lán)光錦繡城基坑位于成華區(qū)保和鄉(xiāng)勝利村1#地塊，緊鄰三環(huán)路和成渝高速路交匯處，地貌單元屬成都沖洪積平原岷江水系三級(jí)階地。場(chǎng)地±0.000為522.60m，基坑底標(biāo)高513.45m，坑深9.15m。基坑周長(zhǎng)約374m，平面呈不規(guī)則四邊形，東側(cè)長(zhǎng)60m，南側(cè)長(zhǎng)約134m，西側(cè)長(zhǎng)約40m，北側(cè)長(zhǎng)約140m。

基坑場(chǎng)地原為淺丘坡地、農(nóng)田、民居院落，經(jīng)機(jī)械挖鏟、回填，碾壓，場(chǎng)地總體西高東底。基坑?xùn)|、南側(cè)距市政道路約7.0m，離萬(wàn)科魅力之城約200m；基坑北待征地堆放有約7m高棄土；西側(cè)為20m空地，離已有建筑物較遠(yuǎn)（圖1），未發(fā)現(xiàn)污水管和地下管網(wǎng)。

1 工程地質(zhì)條件

場(chǎng)地地層主要由第四系人工堆積（Q4ml）填土、第四系淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土（Q4h）、第四系下更新統(tǒng)冰水堆積（Q2fgl）的粘土、含卵石粉質(zhì)粘土及白堊系上統(tǒng)灌口組（K2g）泥巖等組成（圖2），基坑坡體主要為粘土，上有1～2m厚填土，坑底距基巖約3m。場(chǎng)地水位埋深差異較大，為賦存于低洼地段及原塘池地段第四系人工填土及粘土層中的上層滯水，主要受大氣降水、農(nóng)灌和地表水滲透補(bǔ)給，無(wú)統(tǒng)一地下水位，部分鉆孔的穩(wěn)定水位（埋深1.10～6.70m）。巖土層的力學(xué)指標(biāo)如下表1。

表1 基坑土層力學(xué)指標(biāo)匯總表

2 基坑支護(hù)

2.1 基坑支護(hù)措施

2.1.1 計(jì)算分析及方案選擇

基坑深9.15m，工程安全等級(jí)一級(jí)。基坑頂部附加荷載按10.00KN/m2考慮，東、南、西側(cè)支護(hù)擬采用懸臂樁護(hù)壁支護(hù)結(jié)構(gòu)體系；北側(cè)采用懸臂樁+放階+噴錨支護(hù)。為了減小土的側(cè)壓力，將基坑北側(cè)放階（放階距離足夠），放階高度4.0m，階寬3.0m；階面以下用人工挖樁支護(hù)，階面以上用噴錨護(hù)壁。排樁支護(hù)的計(jì)算分析包括整體穩(wěn)定性、抗傾覆穩(wěn)定性、樁身內(nèi)力分析及配筋；北側(cè)基坑除排樁分析外，還將對(duì)樁頂以上的噴錨支護(hù)坡體一起作整體穩(wěn)定性分析。

經(jīng)計(jì)算，北側(cè)整體穩(wěn)定性系數(shù)2.8，抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)為6.6；東、南、西側(cè)整體穩(wěn)定性系數(shù)3.2，抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)1.5，滿足規(guī)范要求。

2.1.2 支護(hù)措施

1）東側(cè)（樁號(hào)51#～74#）：基坑深9.15m，長(zhǎng)58m，排樁支護(hù)，樁頂與場(chǎng)坪持平。樁徑1.2m，間距2.5m，樁長(zhǎng)15.15m，樁錨固段6.0m。

2）南側(cè)（樁號(hào)1#～51#）：基坑深9.15m，長(zhǎng)125m，排樁支護(hù)，樁頂與場(chǎng)坪持平。樁徑1.2m，間距2.5m，樁長(zhǎng)15.15m，樁錨固段6.0m。

3）西側(cè)（樁號(hào)130#～145#）：基坑深9.15m，長(zhǎng)40m，排樁支護(hù)，樁頂與場(chǎng)坪持平。樁徑1.2m，間距2.5m，樁長(zhǎng)15.15m，樁錨固段6.0m。

4）北側(cè)（樁號(hào)75#～129#）：基坑深（含樁頂以上斜坡）約13m，長(zhǎng)143m，排樁＋樁頂噴錨支護(hù)。樁徑1.2m，間距2.5m，樁長(zhǎng)9m，錨固段5.0m。樁頂上部4m高坡體1:1.25放坡噴錨支護(hù)。

5）樁頂通設(shè)冠梁，寬1.2m，高0.8m。

支護(hù)平面布置及樁身、冠梁配筋圖見(jiàn)圖4～圖8。

2.2 施工概況

基坑支護(hù)于2009年12月完成施工，之后開(kāi)始基坑開(kāi)挖?；娱_(kāi)挖分兩次完成：第一次開(kāi)挖時(shí)間2009年12月至2010年3月，開(kāi)挖深度約3m，同時(shí)施工北側(cè)樁頂以上的噴錨措施（2010年3月）；第二次開(kāi)挖時(shí)間2011年3月至2011年5月，東側(cè)挖至6.15m深，南、西、北側(cè)挖至9.15m深（設(shè)計(jì)坑深）。2012年3月基礎(chǔ)竣工驗(yàn)收（圖9）。

基坑頂?shù)孛娣忾]情況：東側(cè)，甲方項(xiàng)目地，用C20砼全封閉，寬約30m，厚約15cm；南側(cè)，C20砼封閉寬度2m，厚10cm；西側(cè)，施工項(xiàng)目部，封閉寬度5m，厚10cm；北側(cè)，樁頂以上坡面噴錨封閉，上部斜坡頂外延2m寬噴射C20砼封閉，厚8cm。

圖9 基坑支護(hù)、開(kāi)挖施工示意圖

3 基坑變形

2011年3月基坑開(kāi)挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高。5月份多雨（小雨～大雨），5月16日連續(xù)約3天小雨后，基坑北側(cè)、西側(cè)、南側(cè)均出現(xiàn)不同程度的裂縫。樁頂變形監(jiān)測(cè)顯示，樁身變形不斷加大（北側(cè)）。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，基坑周邊變形情況：

1）東側(cè)：無(wú)明顯的變形裂縫。

2）南側(cè)：2011年5月16日起，地面局部出現(xiàn)微裂縫，未貫通，27#、28#兩支護(hù)樁中部出現(xiàn)塌空現(xiàn)象，樁間鋼筋網(wǎng)噴射C20砼被坍塌流塑土體臌脹脫落（圖11）。

3）西側(cè)：2011年5月14日起，出現(xiàn)微裂縫，5月15日起裂縫增多，裂縫寬度變大、變長(zhǎng)，出現(xiàn)多條平行于基坑邊的貫通縫。裂縫寬度5mm～15mm，延伸長(zhǎng)20m。5月16日，137#樁（西側(cè)中部）樁后出現(xiàn)塌空。

4）北側(cè)：基坑頂出現(xiàn)裂縫，5月16日，127#及128#樁出現(xiàn)剪斷現(xiàn)象。剪斷位置位于樁頂以下3m。

4 基坑變形處理

4.1 處理措施

2011年5月16日，基坑出現(xiàn)坍塌后，通過(guò)御荷措施進(jìn)行了緊急處理。西側(cè)、南側(cè)采用全斷面樁后御土，防止膨脹土變形損壞支護(hù)樁；北側(cè)，由于上部坡體較陡，若全部御土，開(kāi)挖量較大，時(shí)間上不能保證，采用局部地段（樁變形劇烈處）御土＋截排水措施。

自2011年5月16日起，西側(cè)、南側(cè)、北側(cè)（局部）開(kāi)始樁后御荷，5月18日結(jié)束御荷施工。對(duì)樁后御荷形成的坡面噴射砼封閉，5月22日完成施工。

上：西側(cè)（北側(cè)）御土，下：南側(cè)御土

4.2 處理效果

5月18日完成御荷后，支護(hù)樁樁身變形得到抑制，未再有樁剪斷現(xiàn)象產(chǎn)生，支護(hù)結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，變形未繼續(xù)發(fā)展。但樁后外側(cè)坡體的變形仍在繼續(xù)（圖17）。

總體來(lái)說(shuō)，御荷＋截排水的應(yīng)急處理措施得當(dāng)。在降雨后因膨脹土膨脹作用產(chǎn)生的基坑變形中，北側(cè)127#、128#樁剪斷后，迅速地對(duì)樁后膨脹性粘土進(jìn)行御荷，減小膨脹力對(duì)支護(hù)樁的水平荷載作用，支護(hù)樁未有破壞現(xiàn)象出現(xiàn)，有效地保護(hù)了支護(hù)樁身結(jié)構(gòu)。為后期支護(hù)樁的繼續(xù)使用發(fā)揮了重要作用。同時(shí)，對(duì)基坑頂?shù)牡孛孢M(jìn)行封閉，防止雨水下滲，減弱膨脹土的膨脹變形，也是減基坑變形的極重要的措施。

同時(shí)也應(yīng)看出，即使快速采取應(yīng)急措施，保護(hù)了支護(hù)樁，但未能有效地抑制基坑坡體的變形，應(yīng)急措施完成后，基坑坡體的變形仍較劇烈，特別是西側(cè)樁后御荷形成的坡面仍變形破壞了坡面的封閉C20及坡頂?shù)慕ㄖ铩?/p>

5 事故分析

1）地質(zhì)條件是變形的內(nèi)因。基坑坡體主要由膨脹性粘土組成，遇水后極易產(chǎn)生局部滑坡、坍塌，且膨脹后會(huì)產(chǎn)生脹力，降低坡體穩(wěn)定性，增加支護(hù)樁的荷載，致使坡體及支護(hù)樁產(chǎn)生較大變形。

2）降雨是基坑坍塌變形的誘發(fā)因素，變形前較長(zhǎng)時(shí)間降雨侵入基坑坡體，土體膨脹，誘發(fā)了基坑坍塌及支護(hù)樁的破壞。

反算分析，工點(diǎn)膨脹土力學(xué)指標(biāo)遇水后大幅度降低?？辈焯峁┑牧W(xué)指標(biāo)（綜合Φ）為49.6°，遇水后，通過(guò)反分析得到的力學(xué)指標(biāo)為33.7～38.7°，局部地段45°，為勘察報(bào)告提供指標(biāo)的0.7～0.9倍。

1）支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)膨脹力、膨脹土指標(biāo)遇水驟降未重視是造成樁剪斷的重要原因。對(duì)錦繡城基坑土設(shè)計(jì)時(shí)未考慮膨脹力。通過(guò)對(duì)北127#、128#樁剪斷反算，除去土壓力后，粘土的膨脹力為130kPa，遠(yuǎn)大于主動(dòng)土壓力（45kPa）。同時(shí)，支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)采用了勘察報(bào)告提供的力學(xué)指標(biāo)，但經(jīng)反算實(shí)際的膨脹土力學(xué)指標(biāo)最低為設(shè)計(jì)時(shí)的0.7倍。

2）原基坑支護(hù)中對(duì)截排水措施的重視不夠，也是造成基坑變形的重要原因?；?xùn)|側(cè)為建設(shè)單位項(xiàng)目部駐地，較寬，因此對(duì)基坑頂外延約30m度的地面全部采用C20砼硬化，厚15cm。這次事故中，該側(cè)基坑坡體及支護(hù)樁未產(chǎn)生明顯異常變形。而其它3側(cè)基坑頂，除西側(cè)對(duì)基坑頂外延地面5m封閉硬化外，北側(cè)、南側(cè)均只對(duì)外延2m的地面進(jìn)行硬化，此3側(cè)基坑均產(chǎn)生了嚴(yán)重的坍塌變形。坑頂?shù)孛娣忾]寬度越寬，封閉程度越好，變形跡象越弱。這與“成建安監(jiān)發(fā)〔2011〕22號(hào)”文件第三條的要求（1倍深度范圍內(nèi)硬化）是相吻合的。產(chǎn)生樁后坍空現(xiàn)象的南側(cè)、西側(cè)27#、28#及137#樁，樁頂下約3m處（大氣影響深度）均伴有地下水滲出，土體近飽和，寬約3m。北側(cè)127#、128#樁剪斷位置也有水滲出現(xiàn)象。表明，樁后土體的地下水未來(lái)得及疏導(dǎo)，使土體在水浸泡下產(chǎn)生軟化、膨脹，導(dǎo)致變形。因此，應(yīng)設(shè)置地下水的仰斜泄水孔，以疏導(dǎo)樁后土體的上層滯水，保證土體不致含水量高產(chǎn)生過(guò)大的膨脹變形，孔深應(yīng)穿越大氣影響深度（約3m）。

1）支護(hù)樁間距過(guò)大，樁間土噴射砼鋼筋網(wǎng)強(qiáng)度薄弱是樁后土體坍空的重要因素。2009年，老規(guī)范中對(duì)樁間距未有明確規(guī)定，當(dāng)時(shí)支護(hù)設(shè)計(jì)的樁徑為1.2m，樁間距為2.5m，超過(guò)了2012年版基坑支護(hù)規(guī)范的要求（不宜超2倍樁徑，特殊情況可減?。粯堕g土防護(hù)鋼筋網(wǎng)Φ6.5@200×200，加強(qiáng)筋Φ14@1500。樁間距過(guò)大，樁間土體穩(wěn)定性相對(duì)較弱，樁間鋼筋網(wǎng)相對(duì)較弱，鋼筋網(wǎng)噴射砼不足以加固近飽和的土體。這與“成建安監(jiān)發(fā)[2012]37號(hào)”文件第二條第（三）款、第（七）款的要求是相吻合的。

2）原99版基坑支護(hù)規(guī)范中土壓力計(jì)算較小。與2012年版規(guī)范計(jì)算得的結(jié)果對(duì)比，樁身最大剪力、彎矩、嵌固段深度等方面，按原99版規(guī)范取值，均顯安全儲(chǔ)備不夠，使樁身配筋相對(duì)較薄弱（約低20%），抗剪、抗彎能力不足，這也是基坑變形、支護(hù)樁剪斷的一個(gè)技術(shù)原因。

表2 基坑支護(hù)計(jì)算新老規(guī)范對(duì)比表

3）未設(shè)置臨時(shí)泄水孔是緊急處理措施后坡體繼續(xù)變形的重要原因。緊急處理措施總體是恰當(dāng)?shù)?，有效地保護(hù)了支護(hù)樁。但樁后坡體繼續(xù)較大的變形，分析原因主要為雨水下滲，未來(lái)得及設(shè)置泄水孔對(duì)地下水進(jìn)行疏導(dǎo)有很大關(guān)系。

6 總結(jié)及建議

通過(guò)基坑事故的處理，得出以下結(jié)論：

1）支護(hù)措施需要考慮土體膨脹力。建議采用原位測(cè)試，條件受限時(shí)可做室內(nèi)膨脹試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定膨脹力取值的范圍。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，本工程區(qū)域范圍內(nèi)的土體膨脹力為100～150kPa。

2）防水，固化基坑周邊1倍～1.2倍地面，封閉開(kāi)挖后的作業(yè)面，坑外設(shè)排水溝，坑內(nèi)設(shè)集水井。在施工工藝上盡量選用干法施工，減少施工用水與土體的接觸。另外，基坑側(cè)坡面應(yīng)設(shè)置仰斜泄水孔，疏導(dǎo)樁后土體的上層滯水，保證土體不致含水量過(guò)大膨脹變形，孔深應(yīng)穿越大氣影響深度（約3m）。

3）膨脹土在天然狀態(tài)下具有很高的強(qiáng)度和很低的壓縮性，但在開(kāi)挖卸荷、浸泡、干裂等外界因素的干擾后，其強(qiáng)度急劇降低。設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，應(yīng)對(duì)膨脹土力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行折減，建議以綜合內(nèi)摩擦角按勘察提供的力學(xué)指標(biāo)0.7倍進(jìn)行折減。

4）加強(qiáng)樁間土的支護(hù)。樁間膨脹土穩(wěn)定與普通土拱效應(yīng)有區(qū)別（本工點(diǎn)樁間距為1.0m時(shí)仍產(chǎn)生膨脹溜坍變形），樁間距不宜過(guò)大（<1m），箍筋間距不宜過(guò)大（Φ8@200），加強(qiáng)筋間距不宜大于1m。樁間土的泄水孔深度宜大于大氣影響深度（約3m）。

5）加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，規(guī)范施工。膨脹土邊坡的破壞，一般是因水誘發(fā)，從表層淺部的土塊沿裂隙面的滑移破壞開(kāi)始的。一定要做好暴露邊坡的保護(hù)，在基坑開(kāi)挖后及時(shí)澆注保護(hù)面層并時(shí)刻注意防水。加強(qiáng)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的管理，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)施工，及時(shí)封閉開(kāi)挖的坡面（含臨時(shí)遮蓋措施），嚴(yán)格控制坑頂周邊荷載。實(shí)施信息化施工方式，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)報(bào)送監(jiān)管各方，發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情立即處理。

6）加強(qiáng)應(yīng)急方案的編制。由于膨脹土基坑變形復(fù)雜，支護(hù)困難。設(shè)計(jì)施工中難以做到面面俱到。應(yīng)針對(duì)基坑支護(hù)出現(xiàn)的基坑變形編制有針對(duì)性的應(yīng)急處理方案。應(yīng)針對(duì)基坑坍塌、結(jié)構(gòu)變形、結(jié)構(gòu)受損、周邊建筑變形等編制在不同工程條件下適宜快速施工搶險(xiǎn)的工程措施，以防止或減少工程損失。

Analysis of an Expansive Soil Foundation Pit Accident in Chengdu

DENG An PENG Tao

(Chengdu Surveying Geotechnical Research Institute Co. Ltd of MCC, Chengdu 610023)

An expansive soil foundation pit accident in Languangjinxiucheng, Chengdu resulted from many factors such as side slope stability decrease due to excavating and rainfall and so on. This paper makes an approach to the above-mentioned causes of the accident and takes some preventive measures for such accident such as calculating strength parameter; strengthen waterproof measures, improving design procedure and so on.

expansive soil; deep foundation pit; accident; Chengdu

P642.2

A

1006-0995（2015）01-0126-06

10.3969/j.issn.1006-0995.2015.01.029

2014-04-14

鄧安（1981-），男，廣西玉林人，工程師，主要從事巖土工程勘察設(shè)計(jì)研究工作