深基坑坍塌事故原因剖析與修復(fù)整改

張 華

（綠地地產(chǎn)集團有限公司， 上海 200023）

0 引言

城市建筑工程中通常會有施工場地受限的情況，如項目場地周邊有街道、居民樓、車道等，所以基坑工程的安全管理尤為重要[1]。城市建設(shè)中，基坑工程一般會采取支護措施，以此保證基坑開挖坑壁的穩(wěn)定以及周邊建筑的安全[2]。而支護方案是基礎(chǔ)工程中最為重要的部分，只有合理、有效的支護方案才是基坑工程安全的有力保障。深基坑工程一旦發(fā)生坍塌事故對項目本身及社會都有重大影響，如何預(yù)防深基坑坍塌事故，保障施工安全，需要不斷總結(jié)實踐經(jīng)驗。

1 工程概況

南寧某廣場D 地塊項目主要由三棟主樓和沿街商業(yè)構(gòu)成，總建筑面積約為20.5 萬m2。本項目中發(fā)生基坑坍塌事故的是三棟主樓中的一棟，主樓地上44 層，高度為189.8m，地下5 層，該處基坑深度達22m，支護施工采用樁錨體系為Φ1000 灌注樁@1600、四道錨索的形式。本次基坑支護加固有關(guān)的地層地質(zhì)巖土從上至下依次分布為素填土、圓礫、強風化泥巖、強風化泥質(zhì)粉砂巖、中風化泥巖。

2 坍塌原因與應(yīng)急處理

2.1 事故描述

事故于2019年6月8日傍晚發(fā)生，廣場D 地塊北側(cè)基坑局部支護樁發(fā)生坍塌，坍塌面長為55m，最大寬度達15m，深度約計17m，塌方總量達45000m3。本次事故直接造成的經(jīng)濟損傷達到570 萬元，對工程本身工期造成影響并占用城市主干道半幅，其中四車道共6.5 個月，另半幅占用1.5 個月，對城市整體交通環(huán)境造成了較大影響。事故發(fā)生前，項目北側(cè)基坑支護數(shù)據(jù)有異常波動，企業(yè)立即通報有關(guān)部門，臨時對項目周邊道路進行交通封閉管制并對人員、車流進行引導(dǎo)分流，現(xiàn)場施工也進行了疏散撤離，因此本次事故無人員傷亡，而從經(jīng)濟損失規(guī)模來看，定性為一般安全事故。

2.2 原因分析

經(jīng)當?shù)卣M織專家組的現(xiàn)場分析判斷：本次出現(xiàn)的基坑塌方問題根源在于相鄰基坑北側(cè)紅線外Φ500 自來水管道長時間漏水，進而使基坑壁土體被浸蝕流失、掏空并使基坑后側(cè)泥巖軟化，導(dǎo)致2019年5月24、2019年5月29日兩次水管爆裂情況發(fā)生，產(chǎn)生較大變形使錨索失效，支護內(nèi)傾倒塌，造成了本次事故。

2.3 應(yīng)急處理

事故發(fā)生后項目及時有效地采取了一系列應(yīng)急處理措施。一小時內(nèi)將事故簡要情況進行上報，主要包含事故簡要經(jīng)過、初步原因、傷亡情況、現(xiàn)場處置情況等；啟動應(yīng)急預(yù)案成立搶險小組，人力、措施、材料均進行統(tǒng)籌安排；相關(guān)總分包單位領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)人員都在現(xiàn)場生活工作；每日定時召開搶險例會，對基坑現(xiàn)狀進行分析，對當日工作進行總結(jié)，并向上級每日提交搶險日報；成立搶險專家組，委托相關(guān)專業(yè)的權(quán)威專家并簽訂任職協(xié)議，專門對項目搶險活動進行指導(dǎo)，由專家和設(shè)計人員牽頭進行本次基坑坍塌修復(fù)方案的制定并向政府進行項目搶險進展匯報。

現(xiàn)場方面進行坑外卸載，在事故穩(wěn)定后對塌陷區(qū)域進行放坡施工，土方單位調(diào)整塌陷區(qū)坡度，封閉基坑北面、東面的部分道路以減小動荷載，已經(jīng)形成滑移面的路面暫時不予通行?？觾?nèi)做回填處理，回填施工進土累計達到30420m3，坑內(nèi)倒土坑腳反壓1000m3。強化周邊裂縫處理及變形監(jiān)測，拓寬監(jiān)測范圍，增設(shè)監(jiān)測點位，增加每日監(jiān)測頻次并委托第三方監(jiān)測單位、總包單位對數(shù)據(jù)進行復(fù)測，保證數(shù)據(jù)真實性、有效性。落實專人對周邊圍護、管線、道路變形狀態(tài)進行日夜巡視，發(fā)現(xiàn)的裂縫則采用瀝青、白灰、干水泥和膨潤土及時填實處理。

坑內(nèi)排水，坡面覆蓋。本次事故發(fā)生時當?shù)厍『檬怯昙荆瑸轭A(yù)防雨水滲入基坑，使用塑料布覆蓋坡面土體并準備了足夠數(shù)量的抽水設(shè)備安排專人全天候值班，負責將坑內(nèi)積水及時抽出。

3 基坑修復(fù)與整改

項目基坑修復(fù)、整改施工中，最為關(guān)鍵的目標區(qū)域為項目北側(cè)塌方區(qū)。事故發(fā)生后，迅速組織人員撤離并對周圍交通進行協(xié)調(diào)，避免影響范圍擴大，快速翻土反壓回填，確保不發(fā)生二次災(zāi)情，同時進行基坑修復(fù)、整改方案的探討。項目事故發(fā)生后迅速制定三個修復(fù)方案供討論選擇。

3.1 方案設(shè)計

方案1：大開挖，做地下通道，建筑物做永久支護結(jié)構(gòu)。該方案相對施工較為明確、簡單，同時能夠聯(lián)通工程中的C、D 地塊，工期需要八個月，成本達到2400 萬元。通道實現(xiàn)了各處的通行，不論是通道中間還是通道兩端都能實現(xiàn)交通，但工程量較大，同時較為集中，工期相對更長，無法實現(xiàn)短期施工；

方案2：結(jié)合雙排樁與錨索做永久支護，原建筑結(jié)構(gòu)不變。該方案涉及廣泛，工期較短，東葛路能夠在施工四個月左右的時間內(nèi)實現(xiàn)全線開通，能夠盡快便利交通。本方案中采用的是1600 樁徑的雙排樁，錨索共5 道，長度為19 到26m。砼扶壁擋墻高度達到10.2m，采用的鋼筋土釘及鋼花管規(guī)格為長9 到12m，直徑為25 或50。方案實施后期還需要進行回填施工，結(jié)構(gòu)施工中要考慮到永久地下室擋墻；

方案3：單排樁加錨索作為臨時支護，建筑物做永久支護。該方案安全性高，較為可靠，后期地鐵施工及改造不會對東葛路造成影響，但是工期較長。該方案中采用的單排樁樁徑為2000，共三道錨索，長度為24 到26m，采用的鋼筋土釘或者鋼花管，直徑為25 或者50 ，長度為9 到12m。方案中需要做永久地下室擋墻、抗剪柱與抗拔柱。

3.2 方案對比

三個方案從對交通的影響與施工技術(shù)可靠性上對比分析：

1） 交通影響方面，方案一雖然能夠使項目中的C、D 地塊得到連通，但東葛路會全線封閉，在D 地塊支護結(jié)構(gòu)沒有完成之前難以實現(xiàn)通車，因此需要封閉8 個月左右；方案二總體工期較短，能夠盡早恢復(fù)交通，四個月時間就能恢復(fù)交通；方案三做永久支護擋墻，工期也達到八個月，安全可靠，同時能夠盡早實現(xiàn)東葛路北側(cè)4 車道通車，雖然不能完全通車，但是對交通的影響相較第一種方案更好些；

2） 施工技術(shù)方面，對比單排樁與雙排樁兩種樁施工技術(shù)。雙排支護樁由兩排平行鋼筋混凝土預(yù)制樁與樁頂帽梁連接構(gòu)成，雙排支護樁構(gòu)造如同嵌入土中的門型框架，與擋墻、重力壩、帷幕樁等擋土結(jié)構(gòu)物在受力特征上具有明顯的差異，單排樁便是擋土結(jié)構(gòu)物中的一種[3]。錨索則是在框架上固定錨桿，通過框架傳遞到巖土體，巖土體中產(chǎn)生附加應(yīng)力，對巖土體內(nèi)應(yīng)力環(huán)境進行調(diào)整，由此達成邊坡加固的效果。本項目中，雙排支護樁、錨索支護施工方案范圍超出紅線，對之后的地鐵施工會造成極大影響，而且錨索一旦發(fā)生損壞，支護結(jié)構(gòu)的支護效果也會因此失效，安全性相對較低。因此單排樁在本工程中更加適用，若是使用雙排樁，需要減小雙排樁排距，會導(dǎo)致樁體兩側(cè)土體受壓情況發(fā)生變化，影響到支護結(jié)構(gòu)的安全性。單排樁加錨索方案與地下連接通道方案從施工技術(shù)上相比，前者在造價上更低，施工范圍更小、影響更小，因此安全性上相對更高。

綜合對比來看，單排樁加錨索方案相對更為優(yōu)秀，更符合項目的實際狀況，對項目周圍地下環(huán)境影響較小，安全可靠。同時對交通影響小，能夠盡早實現(xiàn)部分道路通車且經(jīng)濟成本不高。從交通、施工技術(shù)兩個方面綜合考慮，選用該方案有著明顯的社會效益與經(jīng)濟效益，因此一致建議選用方案三。

3.3 施工整改

本項目北側(cè)塌方區(qū)選擇臨時支護方案，為了有效應(yīng)對修復(fù)過程中可能存在的施工問題，展開了補充性的勘探，對巖土參數(shù)進行重新勘測。項目基坑支護中，風險相對較高，主要集中在人工填土厚度不均、房屋密集、道路密集、地下水豐富的問題上；同時支護工程范圍較大，為了保證施工安全性，在施工中實施信息化管理，保證施工中存在的問題可以及時反饋，進而快速處理。錨索施工應(yīng)干鉆或者跟管鉆進，保證孔壁粘結(jié)性能，不對邊坡巖體造成擾動影響。

4 經(jīng)驗教訓(xùn)

通過此次坍塌事故得出了不少經(jīng)驗，與重大安全問題相關(guān)的基坑方案設(shè)計需要充分考慮安全性，對基坑設(shè)計中現(xiàn)場各種不利因素需要充分評估，經(jīng)濟指標應(yīng)在安全性之后考慮。方案設(shè)計中要有一定的安全富余度，報規(guī)方案、專家評審方案、實施必須統(tǒng)一，降本優(yōu)化方案必須在報規(guī)及專家評審之前?；又苓呉A(yù)先保護，如果在基坑范圍中存在軍纜、燃氣管、水管等管線，不能因考慮費用、手續(xù)復(fù)雜等原因而放棄采取有效的保護措施，必須采取可靠有效的措施予以保護。

施工質(zhì)量管控，要重視支護樁間泄水口觀察，一旦阻塞導(dǎo)致土體中水沒有及時排出，會使土體塑化，主動土區(qū)壓力提升。預(yù)應(yīng)力錨索鎖具長度應(yīng)該根據(jù)設(shè)計圖紙要求，一旦出現(xiàn)了變形要補充預(yù)應(yīng)力，錨索和鎖具要做好防護處理，預(yù)防滑移、脫落。

地勘作業(yè)要保證全面，作為設(shè)計的根據(jù)，勘探單位要對紅線之內(nèi)土質(zhì)進行勘探，同時基坑外錨固端也要做土質(zhì)勘探，要充分考慮泥巖在遇水飽和軟化下的情況下，指標會迅速降低的可能，因此勘探提供的對應(yīng)關(guān)鍵參數(shù)應(yīng)考慮一定系數(shù)的折減，這對錨桿的設(shè)計至關(guān)重要。錨固端到錨索自由端要分配合理，錨索上下間距合理，錨索或錨桿不能超過紅線，更不能在超紅線的前提下做永久支護。

根據(jù)規(guī)范及設(shè)計要求進行布點檢測。監(jiān)測單位必須根據(jù)規(guī)范要求、設(shè)計圖紙對各級基坑范圍展開環(huán)境檢測，數(shù)據(jù)要保存完好，尤其是難度大、造價高的測量分項比如錨桿應(yīng)力、深層土水平位移、周邊管線變形等。

關(guān)注與水有關(guān)的變化狀況，基坑坍塌、圍護結(jié)構(gòu)變形有許多原因都是與水有密切關(guān)系，一般發(fā)生管道滲水或者爆裂、坑外水位下降、坑內(nèi)滲水等要引起高度關(guān)注，當即采取有效措施預(yù)防事故擴大。

5 結(jié)束語

通過上述修復(fù)整改措施，項目的基坑得到有效修復(fù)，達到了周邊交通要求以及安全要求，同時項目后續(xù)工作順利展開。本次工程修復(fù)整改中，設(shè)計方案更加重視支護方案的安全性與可靠性，盡量避免施工過程中的安全問題發(fā)生，保障了有關(guān)預(yù)防措施，也為集團后續(xù)類似基礎(chǔ)設(shè)計與施工及應(yīng)急響應(yīng)提供了寶貴經(jīng)驗。