某基坑支護(hù)失穩(wěn)事故分析與研究

馬 龍

（甘肅省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730030）

1 概述

我國黃土分布較為廣泛，濕陷性黃土約占整個(gè)黃土分布面積的60%，尤其在我國西北隴東、隴西地區(qū)是一種普遍分布的特殊性巖土，具有分布廣泛，厚度巨大的特點(diǎn)，其主要物理力學(xué)性質(zhì)主要表現(xiàn)為低含水量、高孔隙度和碳酸鹽含量高的粉質(zhì)壤土，因之遇水有崩解濕陷的特性[1]。這一特性，決定其對工程建設(shè)存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)及難度。尤其在基坑開挖過程中，容易造成基坑失穩(wěn)坍塌事故的發(fā)生，對社會及人身財(cái)產(chǎn)等安全造成一定的損失。

本研究以某一事故基坑為例，從工程地質(zhì)條件、支護(hù)設(shè)計(jì)、施工等各個(gè)角度進(jìn)行了詳細(xì)分析，闡明坍塌事故的原因，并提出一定的建議，為當(dāng)?shù)鼗又ёo(hù)設(shè)計(jì)提供一定的借鑒經(jīng)驗(yàn)。

2 工程概況

項(xiàng)目場地位于定西市安定區(qū)新城區(qū)內(nèi)，擬建物呈矩形分布，基坑長度約為70 m，寬度約為50 m，建筑面積約為19 374.00 m2，設(shè)置一層地下車庫，基坑開挖深度約為6.8～7.2 m，基坑北側(cè)為定西路，南臨惠民家園，東臨中國人壽辦公小區(qū)，西側(cè)為區(qū)供電公司用地，周邊環(huán)境相對較為簡單。基坑周邊具體環(huán)境概況如下。

（1）基坑?xùn)|側(cè)為中國人壽辦公區(qū)圍墻，圍墻距離建筑外墻線約為4.0～5.5 m，圍墻外側(cè)4.0 m 后為一8 層和3 層辦公樓，均為樁基礎(chǔ)；

（2）基坑西側(cè)為區(qū)供電公司用地，場地空曠；

（3）基坑南側(cè)為2 層工地臨時(shí)辦公用房，距離地下外墻線距離約4.5 m，其他區(qū)域較為空曠；

（4）基坑北側(cè)為定西路，道路邊線距離地下室外墻線大于10.0 m。

3 工程地質(zhì)條件

3.1 氣象資料

定西市位于甘肅省中部，北與蘭州、白銀相連，東與平?jīng)?、天水毗鄰，南與隴南接壤，西與甘南、臨夏交界，面積20 330 km2。全區(qū)地處黃土高原西部邊緣地帶和西秦嶺末端，以渭河為界，形成中北部黃土丘陵干旱區(qū)和南部高寒陰濕區(qū)2 種自然類型，海拔在1 640～3 900 m。定西氣候?qū)贉貛О霛駶櫤椭袦貛О敫珊祬^(qū)，東南暖濕氣流受阻，大陸性氣候明顯，年平均氣溫5.7～7.7 ℃，年總降水量400～600 mm 且集中在夏秋兩季，干旱少雨、蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于降水量。境內(nèi)地勢由南向北傾斜，地形復(fù)雜，南北氣候差異大，東南暖濕氣流受阻，大陸性季風(fēng)氣候顯著，該區(qū)域生態(tài)環(huán)境脆弱，極端天氣頻發(fā)，區(qū)域氣候?qū)θ驓夂蜃兓捻憫?yīng)十分敏感[2]。

3.2 場地地質(zhì)條件

根據(jù)場地勘察報(bào)告揭露地層顯示，擬建場地地層自上而下依次分布如下。

（1）素填土層（Q4ml）:厚度0.50～1.00 m。該層分布于整個(gè)場地。黃褐色，稍濕、稍密，以粉土為主，含少量建筑垃圾、卵石顆粒等。土質(zhì)均勻性較差，為人工近期填筑而成，現(xiàn)場地面進(jìn)行了整平，該部分已基本挖除。

（2）黃土狀粉土層（Q4al+pl）：厚度15.80～21.20 m。該層分布于整個(gè)場地。

淺黃色，稍濕—濕，稍密—中密，土質(zhì)較均勻，搖振反應(yīng)中等，無光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度低，韌性低。

綜上，該場地為典型的濕陷性黃土場地。

3.3 地下水分布

該區(qū)地下水為階地型潛水，主要含水層為角礫層。勘察期間，地下水埋深17.20～22.90 m，地下水年內(nèi)變化幅度為1.0～1.5 m，地下水位于基坑筏板底面以下，本次基坑支護(hù)不考慮地下水對基坑開挖影響。

4 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案

4.1 計(jì)算依據(jù)

根據(jù)地勘報(bào)告提供的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)

4.2 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

根據(jù)對現(xiàn)場基坑周邊環(huán)境的調(diào)查，現(xiàn)場實(shí)測周邊道路、鄰舍及建筑物分布、基礎(chǔ)特點(diǎn)，支護(hù)設(shè)計(jì)考慮了施工空間、施工人員安置以及施工荷載等因素，結(jié)合勘察工程地質(zhì)條件，采用“土釘墻及放坡”等方式進(jìn)行支護(hù)。

典型斷面如圖1 所示，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)采用理正深基坑7.0 軟件進(jìn)行驗(yàn)算，最后一工況安全穩(wěn)定系數(shù)為1.337，滿足規(guī)范最小安全系數(shù)要求[3]。

圖1 基坑支護(hù)典型斷面

5 基坑支護(hù)失穩(wěn)分析

5.1 基坑支護(hù)失穩(wěn)原因分析

在基坑開挖過程中，基坑支護(hù)發(fā)生局部失穩(wěn)塌方事件，塌方位置位于場地東部中國人壽辦公區(qū)側(cè)，塌方長度約為20 m，塌方時(shí)基坑開挖深度約為6 m，塌方高度約為4.0 m，塌方后側(cè)土體滑塌范圍約為2.0 m，塌方前后現(xiàn)場如圖2—3 所示。

圖2 失穩(wěn)前現(xiàn)場照片

圖3 失穩(wěn)后現(xiàn)場照片

根據(jù)塌方后現(xiàn)場情況進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，分析主要原因有以下幾個(gè)方面：

（1）根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料顯示，基坑開挖過程定西市正值雨季（2015 年7 月），基坑開挖前，場地內(nèi)經(jīng)過多日降雨影響，大量雨水自基坑頂部滲入坡體后側(cè)，坡后土體含水率增加，造成坡后土體孔隙水壓力增加，直接導(dǎo)致基坑坍塌事故發(fā)生。

定西城區(qū)年降雨量分配極不均勻，各季相差懸殊，其中汛期（7—9 月）降雨量占全年降雨量的70%，其他月份占全年降雨量的30%，當(dāng)年11 月至次年3月份，基本無降雨[4]。

根據(jù)氣象資料統(tǒng)計(jì)，2015 年定西市6—7 月份（施工期）降雨天數(shù)多達(dá)20 d，并多次出現(xiàn)雷雨及中雨天氣。

施工期正值雨季，增加了基坑塌方風(fēng)險(xiǎn)因素，也是導(dǎo)致本次基坑事故的誘導(dǎo)原因。

（2）根據(jù)基坑?xùn)|側(cè)中國人壽辦公區(qū)園區(qū)調(diào)查結(jié)果，辦公區(qū)內(nèi)含多個(gè)排水管溝，排水管溝自場地周邊引至塌方區(qū)頂部后再引出至周邊道路，事發(fā)前，雨水匯集至基坑頂部后，雨水管無法及時(shí)排出，造成漫灌，雨水自基坑頂部裂隙滲入基坑側(cè)壁，直接導(dǎo)致基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)無法承擔(dān)墻后土壓力，導(dǎo)致基坑墻體破裂坍塌。通過對中國人壽園區(qū)場地進(jìn)一步調(diào)查，園區(qū)場地標(biāo)高最低點(diǎn)位于基坑坍塌位置正中處，基坑支護(hù)前未調(diào)查清楚此種情況也是導(dǎo)致此次事故發(fā)生的原因。

（3）坍塌后側(cè)壁土釘孔壁揭露情況顯示，土釘成孔孔壁基本完好，土釘鋼筋及注漿體被拔出，鋼筋裸露于坡面，土釘注漿飽滿度嚴(yán)重不足，強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，土釘無對中支架，土釘偏離注漿體，土釘側(cè)阻力無法發(fā)揮其有效作用力，如圖4—5 所示。

圖4 基坑坍塌細(xì)部圖

圖5 注漿體細(xì)部圖

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查反饋，成孔后土體側(cè)壁含水率較高，成孔后局部縮孔嚴(yán)重，地層條件變化時(shí)，未引起重視，未采取有效處理措施，加之注漿質(zhì)量嚴(yán)重不足，最終導(dǎo)致基坑失穩(wěn)坍塌，土釘墻未發(fā)揮其支護(hù)作用。

（4）基坑頂部側(cè)壁揭露土層顯示（如圖6 所示），基坑頂部坍塌主要以豎向垂直裂縫為主，坍塌范圍以外土體未發(fā)生明顯水平位移。調(diào)查顯示，基坑側(cè)壁發(fā)生失穩(wěn)位置位于上部建筑物基礎(chǔ)灰土換填與原土交接位置，勘察范圍位于擬建建筑物主體范圍以內(nèi)，勘察階段未探明基坑開挖范圍外側(cè)土體的變化，為本次基坑支護(hù)失穩(wěn)埋下安全隱患。雨水自灰土與黃土狀粉土間隙滲入土體深部，上部以豎向切割為主，形成垂直裂縫，下部土體含水率明顯增多，土體飽和，強(qiáng)度降低，發(fā)生失穩(wěn)。

圖6 基坑頂垂直裂縫

（5）基坑支護(hù)施工過程直至基坑失穩(wěn)前，現(xiàn)場未委托第三方單位對基坑進(jìn)行變形監(jiān)測，無法對該基坑變形進(jìn)行預(yù)測，最終導(dǎo)致該基坑失穩(wěn)。

5.2 對基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及施工的建議

（1）濕陷性黃土地區(qū)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)，應(yīng)注意對周邊環(huán)境調(diào)查，摸清周邊場地排水方向，嚴(yán)禁坑頂?shù)乇硭畢R集于坡頂。

（2）勘察應(yīng)嚴(yán)格按照現(xiàn)有規(guī)范要求，對基坑外1～2 倍范圍內(nèi)進(jìn)行勘察取樣，詳細(xì)探明周邊地質(zhì)情況，如有異常應(yīng)及時(shí)反饋。

（3）施工過程應(yīng)嚴(yán)格把控施工質(zhì)量，加強(qiáng)監(jiān)管，嚴(yán)禁偷工減料。

（4）施工過程，如遇地質(zhì)條件發(fā)生改變，應(yīng)引起足夠重視，動態(tài)信息化管理，及時(shí)調(diào)整支護(hù)設(shè)計(jì)。

（5）嚴(yán)格按照GB 50497—2019 標(biāo)準(zhǔn)[5]要求，對基坑進(jìn)行變形監(jiān)測，實(shí)時(shí)預(yù)測基坑變形發(fā)展趨勢，減小基坑失穩(wěn)概率。

（6）濕陷性黃土地區(qū)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)，尤其是主城區(qū)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)，應(yīng)適當(dāng)增加安全儲備，減少周邊環(huán)境變化或其他不良因素對基坑安全性的影響。

6 結(jié)語

濕陷性黃土在我國西北隴東、隴西地區(qū)是一種普遍分布的特殊性巖土，其遇水有崩解濕陷的特性，尤其在基坑開挖過程中，易造成基坑失穩(wěn)坍塌事故的發(fā)生，對社會及人身財(cái)產(chǎn)等安全造成一定的損失，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及施工應(yīng)相結(jié)合，不斷完善其理論及實(shí)踐的研究。

（1）水的因素是導(dǎo)致濕陷性黃土地區(qū)基坑失穩(wěn)的主要外界因素，施工過程應(yīng)加強(qiáng)基坑防排水設(shè)計(jì)，尤其應(yīng)注意基坑外圍地表水排向。

（2）基坑支護(hù)施工，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求，保證土釘、錨桿等錨固體成孔直徑、注漿飽滿度。

（3）勘察過程應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范要求，對基坑周邊地質(zhì)情況進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查及勘測，探明周邊地質(zhì)情況。

（4）基坑支護(hù)施工過程中，地層條件變化時(shí)，應(yīng)引起足夠重視，并采取有效處理措施。

（5）施工過程應(yīng)對基坑周邊環(huán)境進(jìn)行變形監(jiān)測，實(shí)時(shí)預(yù)測基坑變形發(fā)展趨勢，減小基坑失穩(wěn)概率。