某高層建筑地下室深基坑支護(hù)坍塌事故分析

■張智勇 ■泉州市城市建設(shè)發(fā)展公司，福建 泉州 362000

1 基坑圍護(hù)方案

某高層商業(yè)中心建筑位于福建省泉州市中心鬧市區(qū)，占地面積9146 平方米，總建筑面積7.2 萬平方米。建筑物總高度為128 米，地面共27 層，其中地下室占地面積5416m2，為兩層停車場與設(shè)備用房，地下商場等。

工程樁采用大直徑?jīng)_孔灌注樁，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用沖(鉆)孔灌樁與高壓旋噴拉圈梁組合體系。即鋼筋砼沖(鉆)孔樁主要作用是阻擋土體側(cè)壓力，保證邊坡穩(wěn)定和避免土體變形，高壓旋噴樁布置在鉆孔樁之間與沖(鉆)樁聯(lián)成帷幕，起阻擋地下水涌入基坑作用，同時也承擔(dān)部分土體側(cè)壓力。在樁頂設(shè)置圈梁將樁體聯(lián)成總體，按等距離布置拉梁與沖(鉆)孔錨樁聯(lián)接，從而加大圍護(hù)樁總體的抗側(cè)向壓力強度(詳見附圖1)。

圖1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)局部圖

2 基坑坍塌事故情況

根據(jù)施工組織安排，圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工與工程樁施工同時進(jìn)行，在完成樁基工程施工后，即開始土方開挖。該基坑開挖深度分為四種:9.25米、7.85 米、6.85 米和5.45 米，開挖總壁長為281.49 米?；娱_挖采用分區(qū)分層開挖，因該建筑物地處繁華街區(qū)，為了保證周邊建筑物及街道路基安全，特請福建省建筑科學(xué)研究院進(jìn)行圍護(hù)監(jiān)測，在圍護(hù)樁中埋設(shè)測斜管，布設(shè)11 個控制點，利用測斜儀密切觀察圍護(hù)樁移位情況，同時采用經(jīng)緯儀觀測圈梁變化情況及附近幾幢建筑物沉降情況。

土方開挖7.85 米深處時，靠近地下室西側(cè)兩市區(qū)主干道交叉口相鄰一根圍護(hù)樁處發(fā)生土方坍塌，大量土方擠破旋噴樁沖入基坑，基坑后方地面出現(xiàn)8 厘米的裂縫，該處圍護(hù)樁及錨樁出現(xiàn)整體移位，樁頂最大位移達(dá)33.89 厘米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出9 厘米的限值。雖然針對監(jiān)測單位發(fā)出的警告，施工方與設(shè)計單位及時召開圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析會，并采取了堵水、卸載等措施，但由于設(shè)計單位仍認(rèn)為圍護(hù)樁設(shè)計可靠，在不受特殊外因作用不會發(fā)生倒塌，這種情況會逐步穩(wěn)定，并懷疑監(jiān)測數(shù)據(jù)偏大不準(zhǔn)確，因而未能采取有效的加固措施，土方開挖依舊進(jìn)行，然而在開挖到9.25 米深范圍處時，局部坍塌事故發(fā)生了，基坑西側(cè)17 根圍護(hù)樁、8 根錨樁連同拉梁傾覆，大量土體路基滑坡，總長度50 米。

3 事故處理措施的制定與施工

事故發(fā)生后，為了保護(hù)該段市區(qū)主干道交通安全，建設(shè)方會同施工單位進(jìn)行搶險施工。首先在坍塌最高處沿路基處施打第一排98 根護(hù)路槽鋼，保證道路路基穩(wěn)定并著手進(jìn)行加固方案的制定。

從加固基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、止水角度出發(fā)，先后考慮采用水泥攪拌樁、地下連續(xù)墻以及鋼板樁等方案。經(jīng)過論證，認(rèn)為原圍護(hù)結(jié)構(gòu)傾覆夾同大量土體路基滑坡后，邊坡已卸荷并形成基坑邊坡放坡，可選用雙排鋼板樁支護(hù)方案。采用40t 覆帶吊車加長吊臂，起吊功率為35KW，振動錘施打。這樣只需修施工平臺即可施工，使用鋼板樁長1518 米，寬0.4米，厚0.17 米。采用“大扣”法聯(lián)接(詳見附圖2)。

圖2 鋼板樁“大扣”對接法

利用吊車振動錘，沿倒塌圍護(hù)樁外圍打設(shè)第2 排98 根護(hù)坡鋼板樁。隨即開始進(jìn)行倒塌圍護(hù)樁及圈梁砍鑿、現(xiàn)場清理工作，將不穩(wěn)定陡坡削去后，砌毛石護(hù)坡。在該項工作基本完成后，再沿原圍護(hù)樁處打設(shè)第三排護(hù)壁鋼板樁120 根，打設(shè)25 根45#200 寬槽鋼為鎖口及內(nèi)支撐(詳見附圖3)。

圖3 倒塌加固支護(hù)方案剖面

對其它未開挖未破壞圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用挖坑卸載，沿原圍護(hù)結(jié)構(gòu)打設(shè)鋼板樁和拉錨支撐，兩根“對扣”。呈三角形打設(shè)，在地下室轉(zhuǎn)角處加設(shè)一鋼桁架支撐，防止坍塌再次發(fā)生，對地下室土方開挖采用先機械開挖后人工開挖相結(jié)合分法開挖方案。

經(jīng)過40 天的緊張施工，順利完成坍塌部位的加固施工，并繼續(xù)進(jìn)行土方開挖，實踐證明該方案投入實施，工程施工工期短、費用節(jié)省、安全可靠。

4 主體結(jié)構(gòu)工程樁補樁施工

基坑清理完成后對工程樁進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)受土體滑坡影響，有個別工程樁受到不同程度推移，樁身經(jīng)低應(yīng)變檢測完好無損，由于推移的程度不大，且均為四層裙樓小直徑基礎(chǔ)樁，故在2 米厚底板加設(shè)基礎(chǔ)暗梁與未破壞樁聯(lián)接，在以后主體結(jié)構(gòu)施工中未出現(xiàn)任何由樁基因素而影響的施工質(zhì)量問題。

5 基坑局部坍塌原因與分析

造成此次圍護(hù)結(jié)構(gòu)坍塌因素等多方面的歸納有以下因素。

勘探、設(shè)計因素:勘探提供部份數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，直接影響到結(jié)構(gòu)設(shè)計精度，如:(1)勘察單位提供的淤泥在土工試驗匯總表中其固結(jié)抗剪的最大內(nèi)摩擦角達(dá)到18°14'，直接抗剪內(nèi)摩擦角達(dá)12°6'，但大量試驗表明，濱海地區(qū)軟粘土內(nèi)摩擦角為0 值，直接抗剪為1°～3°，固接抗剪為6°-10°，而設(shè)計單位發(fā)現(xiàn)該問題后未能及時要求補充可靠資料，并沒有進(jìn)行任何的修正和說明就盲目引用設(shè)計，使安全度產(chǎn)生誤差。(2)設(shè)計拉錨樁布置在破裂角不穩(wěn)定范圍內(nèi)，當(dāng)土體滑動時帶動錨樁一起滑動，錨樁起不到拉錨作用，從而導(dǎo)致圍護(hù)樁整體失穩(wěn)破壞。同時設(shè)計驗算失誤，使灌注樁抗彎不足，產(chǎn)生的卸荷導(dǎo)致旋噴樁首先破壞，在灌注樁之間采用旋噴樁的止水帷幕，由于灌注樁間距較大，施工地段地下水位較高，開挖深度大，旋噴樁抗彎、抗剪能力弱未能起止水作用，且與灌注樁聯(lián)接不緊密，在超荷狀況下首先破壞;加劇圍護(hù)樁的失穩(wěn)破壞。

施工因素:由于在雨季趕工施工，管理不嚴(yán)，部份旋噴樁以及圈梁、拉梁施工質(zhì)量不能滿足要求。土方開挖未能全部按分層順序施工，靠樁腳位局部小范圍的集中開挖，卸荷較快，于是造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)倒塌的因素之一。

其它方面因素:工程施工地段地處交通要道，車輛繁多，地下管網(wǎng)密集，且市政部門正在進(jìn)行市區(qū)排水管網(wǎng)改造，大量地表水流入表土層，土工指標(biāo)變化加劇錨樁位移，改變灌注樁受力性質(zhì)，導(dǎo)致圍護(hù)過早破壞。圍護(hù)樁設(shè)計與施工單位過于自信，發(fā)現(xiàn)險情未能采取切實有效措施防止倒塌事故發(fā)生，這也是造成大面積坍塌的人為因素。

6 經(jīng)驗與教訓(xùn)

該商業(yè)中心建筑地下室圍護(hù)坍塌事故采用鋼板樁加固處理，經(jīng)過當(dāng)年雨季臺風(fēng)暴雨沖擊，無發(fā)生任何問題，顯示整體穩(wěn)定、安全可靠，說明這樣加固設(shè)計方案是成功的。雖然采用鋼板樁一次性投資大，但可回收重復(fù)利用，加上使用機械施工速度快、工期短、機動靈活、安全可靠的優(yōu)點，因此利用鋼板樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)是一種處理坍塌事故快速、安全的方法。

雖然施工單位順利地處理了圍護(hù)結(jié)構(gòu)坍塌事故，但由于事故的發(fā)生使該工程主體結(jié)構(gòu)施工工期受到影響，給開發(fā)商和施工單位造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，所帶來的教訓(xùn)是深刻的。如果在施工組織設(shè)計過程中充分考慮實際地質(zhì)情況，認(rèn)真細(xì)致進(jìn)行勘查，避免盲目進(jìn)行理論設(shè)計，充分考慮到采用的方案是否符合現(xiàn)場地質(zhì)條件、周邊道路交通情況、地表及地下水流量和雨季施工等不穩(wěn)定的環(huán)境因素，施工中嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，對于發(fā)現(xiàn)問題能及時、有效處理解決，或許能夠避免此次事故的發(fā)生。