廣東省某內(nèi)支撐基坑工程事故案例分析

朱玉清

深圳市工勘巖土集團有限公司 廣東 深圳 518000

1 工程概況

廣東省某內(nèi)支撐基坑周長約800m，面積約4萬m2，擬開挖3層地下室，支護深度13.3m，基坑支檔結構為排樁加兩道內(nèi)支撐的形式，該基坑于2019年4月1日發(fā)生了基坑坍塌事故?；悠矫娌贾萌鐖D1所示。

圖1 內(nèi)支撐平面布置圖

2 事故過程描述

2.1 基坑坍塌事故過程描述

事故發(fā)生時，二區(qū)的土方已開挖至設計坑底標高；一區(qū)的基坑已施工完成第二道支撐，土方標高還處于第二道支撐底部的位置?，F(xiàn)將該事故從發(fā)現(xiàn)險情，到基坑坍塌發(fā)生各階段情形，按時間節(jié)點描述如下：

現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)險情: 2019年3月31日上午7:20, 現(xiàn)場安全人員在基坑安全巡查時發(fā)現(xiàn)南側(cè)基坑外18m處臨時道路出現(xiàn)長約21m、寬約2mm的微小裂縫。2019年3月31日中午12:00, 監(jiān)測發(fā)現(xiàn)裂縫寬度已達到8mm。

險情繼續(xù)發(fā)展: 2019年3月31日下午2:20, 基坑東側(cè)第二道內(nèi)撐梁（A梁）與斜八字撐交接部位出現(xiàn)突發(fā)壓碎現(xiàn)象。2019年3月31日晚上7:00, 監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示坑頂臨時道路裂縫已經(jīng)達到1.5公分。2019年4月01日早上0:10, 監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示坑頂臨時道路裂縫已經(jīng)達到3.0公分，且變形速率加快。

險情進一步發(fā)展: 2019年4月01日早上2:40, 基坑第二道支撐B支撐突發(fā)開裂。

基坑坍塌: 2019年4月01日早上3:30, 在工地南側(cè)大門一段基坑發(fā)生坍塌，無人員傷亡。

2.2 基坑坍塌范圍及坍塌后的狀態(tài)描述

基坑坍塌面積總共約為4895.09m2。其中基坑外部坍塌面積約2558.71m2，坑外地面最深下沉高度為5.48m；支護樁偏移總數(shù)為60根，樁偏位距離為4.7m~11.56m。

3 理論分析

現(xiàn)對于基坑支護設計方案進行計算復核研究。地層情況如下:

1.1，填土層,厚度0.7m~9.4m，松散，γ=18.0-19.0(KN/m3)；1.2，填砂層，厚度7.5m~9.4m，松散，γ=18.0-18.5(KN/m3)；2，淤泥層，厚度15.5m~40.5m，飽和、流塑，γ=16.6(KN/m3)，C=10.8(kPa), Φ=2.8(度)；3.1，中、細砂層，厚度1.7m~16.8m，γ=18.0-18.5(KN/m3)，C=3-4(kPa),Φ=30-32(度)；3.2，灰色粉質(zhì)粘土層，厚度2.0m~11.0m，軟塑，γ=18.3KN/m3)，C=23.1(kPa), Φ=5.4(度)；3.3，粉質(zhì)粘土層，厚度0.5m~5.3m，硬塑，γ=18.8KN/m3)，C=22.7(kPa),Φ=8.4(度)；4，粗砂層，厚度1.7m~10.6m，飽和、密實，γ=19.5-20.0KN/m3)， Φ=36-38度)。

支撐梁混凝土強度等級為C35，單跨長度11m~13.5m，梁截面尺寸均為1.0x1.0m，且配筋率僅滿足構造，箍筋符合規(guī)范要求，按照《砼規(guī)》6.2.15條，進行軸向受壓構件承載力復核[1]。

基于plaxis 3d軟件對基坑各工況進行數(shù)值分析。

第一步，二區(qū)土方開挖至基坑底部，一區(qū)土方開挖至第二道支撐底，計算結果如下：

圖2 第二道支撐梁軸力計算結果

計算顯示第二道內(nèi)支撐A梁支撐軸力為25070KN，B梁支撐軸力為13000KN,承載內(nèi)力分析如下：第二道支撐A梁，承載力設計值為14128.20~14579.10 KN，極限承載力為19796.12~20428.20 KN，設計安全系數(shù)為0.564~0.581，極限安全系數(shù)為0.790~0.815；第二道支撐B梁，設計安全系數(shù)為1.087~1.121，極限安全系數(shù)為1.523~1.571。

由此可見，第二道支撐A梁承載力已不滿足設計要求，發(fā)生破壞的概率極高，B梁尚具有一些安全儲備。實際上支撐梁為偏心受壓構件，附加彎矩集中在各節(jié)點，則其破壞形式主要為壓彎脆性破壞，既支撐梁端發(fā)生混凝土壓碎，與現(xiàn)場實際情況吻合[2]。

第二步，當?shù)诙乐蜛梁失效，計算結果如下：

圖3 第二道支撐的A梁失效后，第二道支撐梁軸力計算結果

支撐體系內(nèi)力重分配，B梁支撐軸力增加為25130KN,承載內(nèi)力分析如下：

第二道支撐B梁，設計安全系數(shù)為0.563~0.580，極限安全系數(shù)為0.788~0.813。

由分析可得，第二層的 B梁將分擔更多的壓力，導致其承載能力不足，發(fā)生壓彎破壞[3]。

第三步，第二道支撐的A梁和B梁都失效，計算結果如下：

第二道支撐的A、B梁失效以后，內(nèi)力再重新分配，第一道道內(nèi)支撐A梁軸力為25540KN，B梁軸力為11060KN,承載內(nèi)力進行分析如下：

第一道支撐A梁，設計安全系數(shù)為0.554~0.570，極限安全系數(shù)為0.775~0.800；第一道支撐B梁，設計安全系數(shù)為1.278~1.328，極限安全系數(shù)為1.790~1.847。

由分析可得，此時第一道支撐的A梁受力超標從而破壞。根據(jù)第二道支撐體系內(nèi)力重分布的特征，可以判定，在第一道支撐的A梁失效后，同一層的B梁也會內(nèi)力增大至發(fā)生破壞[4]。

4 結束語

根據(jù)計算分析，發(fā)現(xiàn)原基坑支護設計方案中，內(nèi)支撐平面體系布置不合理，局部支撐構件受力過于集中，導致內(nèi)支撐中的薄弱節(jié)點處先發(fā)生壓彎破壞，再引起臨近支撐構件發(fā)生“各個擊破”的連鎖破壞反應，最終導致相應區(qū)段基坑發(fā)生垮塌。

基坑內(nèi)支撐平面布置的合理性是基坑支護設計的一項重要指標，在現(xiàn)實工作中，有少數(shù)巖土工程師結構力學概念不清晰，且計算分析往往僅建立在剖面計算的基礎上，其支撐間距及剛度等參數(shù)的取值也未必合理，同時又忽略了對內(nèi)支撐平面體系的受力分析，導致支撐體系受力不合理，使局部支撐構件受力過于集中，從而發(fā)生了基坑結構性破壞。