某綜合停車場基坑塌方原因分析及治理

胡 欣

(中國水利水電第十工程局有限公司,四川 都江堰 611830)

1 概 述

塌方會使塌方區(qū)鄰近建筑物、居民點(diǎn)遭到破壞,公路和鐵路被掩埋,從而造成經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡事故。按照高等巖土力學(xué)理論:地形地貌、地質(zhì)條件、構(gòu)造條件、氣候條件、人類活動、降雨和地下水等都是引起塌方的因素。由于塌方成因的多樣性和復(fù)雜性,在工程災(zāi)害事故中塌方事故發(fā)生的頻率高、造成的損失大,因此,研究塌方事故的成因及采取的應(yīng)對措施對擬建或在建工程意義重大。本文闡述了通過應(yīng)用高等巖土力學(xué)邊坡工程知識對該綜合停車場建設(shè)項(xiàng)目邊坡塌方事件進(jìn)行的邊坡塌方原因,分析制定出相應(yīng)的塌方處置措施及應(yīng)用過程。

文中所述的綜合停車場建設(shè)項(xiàng)目地塊西鄰新華街西段,總建筑面積為3.36萬m2,其地下一層為停車場,設(shè)有558個(gè)停車位,地面為商業(yè)休閑廣場,配備商業(yè)樓、微民生樓及各類體育休閑設(shè)施?，F(xiàn)場施工平面情況見圖1。

圖1 現(xiàn)場施工平面圖

施工場區(qū)東側(cè)邊坡長約91 m(3～17軸),開挖高度約為6～7 m。由于場地限制,最窄處的東側(cè)開挖寬度約為3.5 m。該工程采用的施工方法為:

(1)支護(hù)措施。支護(hù)方式為Φ108 mm鋼花管錨筋樁,樁長平均為10 m,在鋼花管內(nèi)設(shè)置了3根、C25 mmHRB400E精軋螺紋鋼筋束。

(2)安全措施。①每日進(jìn)行路面裂縫(及時(shí)采用瀝青灌縫進(jìn)行封閉)、邊坡及周邊建筑物的監(jiān)控監(jiān)測并及時(shí)發(fā)布信息。②關(guān)注每日天氣情況,集中力量施工邊坡附近的結(jié)構(gòu)。③對邊坡附近的新華街西段的交通限行限速。④向交通部門報(bào)告,請求臨時(shí)性交通管制。

通過對該工程區(qū)的實(shí)際情況進(jìn)行分析得知:

該工程項(xiàng)目所處區(qū)域?qū)賮啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候區(qū),地勢高差懸殊,地形中等復(fù)雜,氣候四季分明,地區(qū)小氣候差異較大,表現(xiàn)為冬暖、春早、夏熱、秋陰、云多、日照少,雨量充沛。

工程項(xiàng)目所處區(qū)域?qū)偾?河網(wǎng)密度為0.33 km/km2。河流在洪水期猛漲猛降,落差大,水能蘊(yùn)藏量豐富。

據(jù)地面調(diào)查及鉆孔揭露得知:在鉆探深度范圍內(nèi)分布有Q4ml雜填土、Q4ml素填土(黏性土)、Q4el可塑粉質(zhì)黏土、J3p強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖、J3p中等風(fēng)化砂質(zhì)泥巖、J3p強(qiáng)風(fēng)化砂巖、J3p中等風(fēng)化砂巖。

該工程地處四川盆地淺丘區(qū),原始地貌整體為剝蝕殘丘,場地處于山丘,具有良好的排水條件,周邊未見明顯地表水發(fā)育,工程區(qū)距離周邊河流(南江)的最近距離約為100 m。地下水類型分為上層滯水和基巖裂隙水,勘察期間為平水期,在鉆孔中測得的場地內(nèi)地下水的穩(wěn)定水位為3～9 m,埋深為高程336.14～354.33 m。

現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查及勘探結(jié)果表明:場地內(nèi)未發(fā)現(xiàn)巖溶、滑坡、危巖及崩塌、泥石流、采空區(qū)、地面沉降、活斷裂等不良地質(zhì)作用和地質(zhì)災(zāi)害。

場地內(nèi)揭露的泥巖具有泡水軟化的特性,土層長時(shí)間泡水導(dǎo)致其強(qiáng)度有顯著的降低,對此,設(shè)計(jì)與施工時(shí)應(yīng)予以注意。

2 塌方原因分析

2.1 塌方事件的發(fā)生

2022年9月20日早上6∶00,項(xiàng)目部管理人員在進(jìn)行現(xiàn)場雨季施工監(jiān)測時(shí)發(fā)現(xiàn)新華街西段邊坡有失穩(wěn)傾向,監(jiān)測人員立即向項(xiàng)目主要領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào),隨即啟動應(yīng)急預(yù)案,對道路進(jìn)行臨時(shí)交通管制。該邊坡于6∶27垮塌,塌方段的邊坡長度約為15 m,寬度約為5 m,高度約為4.5 m,垮塌面積約為69 m2,失穩(wěn)段邊坡長度約為65 m,寬度約為5 m,塌渣主要為路基回填的素填土。基坑邊坡垮塌情況見圖2。

圖2 基坑邊坡垮塌照片

2.2 原因分析

地勘報(bào)告及現(xiàn)場實(shí)際情況揭露:道路邊坡0～3.5 m范圍的巖體為素填土,3.5～4.1 m為粉質(zhì)黏土,4.1～5 m為強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖,5～9 m為中等風(fēng)化的砂質(zhì)泥巖,9 m以下為中等風(fēng)化的砂巖,垮塌層主要為素填土區(qū)域。結(jié)合近日該地區(qū)連續(xù)降雨及塌方事件現(xiàn)場勘查情況,經(jīng)分析認(rèn)為本次垮塌產(chǎn)生的主要原因?yàn)?邊坡坡度較陡,邊坡裂隙面、軟弱夾層抗剪性能較低,這些軟弱面傾向臨空且傾角較陡,當(dāng)斜坡受力情況突然發(fā)生變化時(shí)易發(fā)生塌方;加之近日工程項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)連續(xù)降雨且19日晚通宵暴雨,且因項(xiàng)目位于老城區(qū),其場地周邊雨污水管網(wǎng)老舊、破損、堵塞嚴(yán)重、排水不暢,致使管網(wǎng)雨水滲漏、地下水位上升,土體呈飽水狀態(tài),進(jìn)而增大了巖土體的含水量和重度,降低了巖土體的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)面的黏結(jié)力[1],導(dǎo)致土體內(nèi)部的力學(xué)性能改變(充滿裂隙中的水及其流動對潛在的塌落體產(chǎn)生靜水壓力和動水壓力,裂隙充填物抗剪強(qiáng)度進(jìn)一步降低,充滿裂隙的水對潛在的塌落體產(chǎn)生向上的浮托力,不穩(wěn)定巖體兩側(cè)裂隙中的水降低了其巖體之間的摩擦力),遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)工況,加之道路車輛動荷載對邊坡的影響,最終形成垮塌。

3 塌方處置措施

3.1 應(yīng)急處理措施

發(fā)現(xiàn)邊坡失穩(wěn)后,項(xiàng)目部立即采取了以下應(yīng)急處理措施[2]:

(1)施工人員立即對交通進(jìn)行臨時(shí)指揮并聯(lián)系相關(guān)單位對新華街西段進(jìn)行斷道,斷道后將防撞水馬及圍擋外移至路緣石。

(2)在垮塌段周圍路面設(shè)置擋水坎并用彩條篷布遮蓋垮塌面,防止雨水流入塌坑。

(3)對周邊路面的裂縫進(jìn)行瀝青灌縫封閉,以防止雨水下滲。

(4)加大了對高壓線塔、國防光纜、路面、邊坡及周邊建筑物的監(jiān)控與監(jiān)測頻率。

3.2 塌方處理方案

鑒于塌方區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜,采用單一的處理方法很難達(dá)到處理效果[3]。項(xiàng)目部針對該工程最終采用的應(yīng)急處理措施主要從兩方面考慮:(1)設(shè)法降低邊坡土體的剪應(yīng)力;(2)提高土體或邊坡的抗剪強(qiáng)度[4]。根據(jù)邊坡塌方與實(shí)際工程地質(zhì)情況、塌方后已經(jīng)實(shí)施的應(yīng)急處理措施及現(xiàn)有道路、邊坡穩(wěn)定情況,按照巖土力學(xué)理論對于塌方在確保安全的前提下制定了以下處理方案:

(1)3～4軸、7～9軸邊坡穩(wěn)定區(qū)域。將型鋼與鋼管樁焊接并在距離最外側(cè)鋼管樁6 m外設(shè)置地錨,最后采用鋼絲繩、手拉葫蘆及花籃螺栓拉緊。對于地梁處的渣土采用人工裝袋護(hù)腳。

(2)4～7軸邊坡垮塌區(qū)域。對于垮塌段路面的混凝土塊,其大塊由人工破除解小后同小塊一并采用吊車調(diào)出,對坡底填土實(shí)施反壓以控制邊坡進(jìn)一步變形[5]。對于地梁處的渣土由人工裝袋護(hù)腳反壓,割除侵占結(jié)構(gòu)施工區(qū)域的鋼管錨筋樁。

(3)9～17軸未施工區(qū)域。按照1∶1.5的坡比對其上部3.5 m厚的素填土范圍進(jìn)行放坡卸載。

(4)墻背、路基的回填。待邊坡段車庫主體結(jié)構(gòu)施工完成后7 d,按照設(shè)計(jì)要求采用8%的水泥砂卵石對墻背、路基進(jìn)行分層分段填筑(分層填筑的高度為30 cm)并夯實(shí)。

3.3 塌方處理措施實(shí)施取得的成效

(1)塌方段(40 m)處理后取得的成效。塌方段邊坡處理及剩余主體結(jié)構(gòu)施工的周期為31 d,其中邊坡處理的工期為8 d。經(jīng)過垮塌區(qū)的清理和裝渣反壓確保了邊坡自穩(wěn)并限制了坡底位移,有效防止了塌方范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大。清理了垮塌物并割除了侵占結(jié)構(gòu)施工區(qū)域的鋼管樁,在保障安全的前提下,減小了邊坡塌方處理對主體結(jié)構(gòu)施工的影響,處理效果良好。邊坡段主體結(jié)構(gòu)施工完成后,及時(shí)跟進(jìn)墻背回填和路基、路面的施工,快速恢復(fù)了交通,將塌方造成的影響降至最低。

(2)邊坡失穩(wěn)段(51 m)處理后取得的成效。邊坡失穩(wěn)段處理及剩余主體結(jié)構(gòu)施工的周期為42 d,其中邊坡處理的工期為9 d。采用放坡卸載、增設(shè)地錨加固和裝渣反壓的處理方案,有效遏制了邊坡繼續(xù)形變,加固了支護(hù)結(jié)構(gòu),提高了邊坡自穩(wěn)能力,處理效果較理想。對于該區(qū)域主體結(jié)構(gòu)可跟進(jìn)開展施工,待結(jié)構(gòu)完成后即可進(jìn)行墻背回填和路基、路面施工。該邊坡失穩(wěn)處理方法簡單,分區(qū)、分段、有針對性地組織施工,對原定施工進(jìn)度計(jì)劃影響較小。

3.4 安全注意事項(xiàng)

(1)在邊坡?lián)岆U(xiǎn)處置施工期間,項(xiàng)目部加大了對高壓線塔、國防光纜、路面、邊坡及周邊建筑物的監(jiān)測頻率,將監(jiān)測數(shù)據(jù)與預(yù)警值(監(jiān)測點(diǎn)的水平、豎向位移:當(dāng)日變形速率為1 mm/d,累計(jì)變量為10 mm)對比,發(fā)生異常情況時(shí)及時(shí)反饋并暫停施工。

(2)開挖過程中做好臨時(shí)排水措施及雨季施工措施。

(3)施工期間,積極與氣象部門對接,及時(shí)掌握每日天氣情況并據(jù)此合理進(jìn)行施工安排。嚴(yán)禁雨天進(jìn)行邊坡開挖并提前在降雨來臨前對坡面進(jìn)行覆蓋。

(4)建立24 h值班巡查制度,主要管理人員任值班領(lǐng)導(dǎo),各部門人員任值班員。

4 結(jié) 語

通過高等巖土力學(xué)理論在綜合停車場建設(shè)項(xiàng)目邊坡塌方事件中的應(yīng)用,準(zhǔn)確分析出邊坡塌方產(chǎn)生的原因,制定出正確的處置措施,快速解決了邊坡塌方給工程帶來的不利影響,取得了良好的效果。所取得的經(jīng)驗(yàn)可為類似工程實(shí)施和后續(xù)深入研究提供一定程度的參考。