淺議某軟土地區(qū)淺小基坑滲透破壞事故

楊文浩

（上海輸能電力工程有限公司，上海 200433）

0 引言

上海作為一個超大型城市，近年來隨著臨港新片區(qū)的規(guī)劃和發(fā)展，在沿海地區(qū)的建設(shè)項目投入密集，同時，對電力的需求也與日俱增，然而傳統(tǒng)的架空線路對城市面貌以及電網(wǎng)安全帶來一定的不利因素，因此越來越多的城市輸電項目選擇鋪設(shè)電纜的方式進行送電。

但是在電纜鋪設(shè)工程施工過程中，也存在著一定的隱患，例如，基坑工程作為一種臨時性、復(fù)雜性和隨機性的施工環(huán)節(jié)，存在多種因素的不確定性和干擾性，從事基坑工程的設(shè)計人員需要具備結(jié)構(gòu)力學(xué)、土力學(xué)、工程環(huán)境等多方面理論知識，還需掌握支護方式、降水條件、卸土方案等諸多施工環(huán)節(jié)方面的項目經(jīng)驗，加上基坑開挖施工過程中基坑坑壁及坑底產(chǎn)生的不可避免的變形，將對相鄰建筑物、地下管線等帶來一定的影響，因此對基坑工程的施工質(zhì)量要求、變形控制要求十分嚴(yán)格，而基坑工程施工、管理不夠規(guī)范，往往是導(dǎo)致基坑事故的起因，給項目建設(shè)造成巨大資源浪費及經(jīng)濟損失，且影響四鄰安全。

1 項目概況

該項目為電力排管工程，項目位于上海臨港地區(qū)，場地沿線河網(wǎng)發(fā)育，且場地靠近海邊，地下水水位較高，場地地貌類型屬于潮坪相地貌，場地內(nèi)地基土均屬第四紀(jì)沉積物，主要由黏性土、淤泥質(zhì)土和粉性土組成。根據(jù)勘察資料顯示場地內(nèi)地基土分布情況如下:①1-1層素填土、①1-2層雜填土、①1-3層吹填土、①2層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、①3層粉質(zhì)黏土夾黏質(zhì)粉土、②3-1層黏質(zhì)粉土、②3-2層砂質(zhì)粉土，各土層空間分布情況如圖1所示。

圖1 沿線地基土分布示意圖

項目施工時正值雨季，據(jù)了解，施工單位在項目采用井點降水作業(yè) 3 d 后，開始安排開挖施工。由于本項目為小規(guī)模電纜排管工程，且電纜溝及工作井一般埋藏較淺，因此基坑開挖面積較小，開挖土方量有限，因此在短時間內(nèi)就挖至設(shè)計標(biāo)高。然而在基坑向下開挖的過程中，還是有地下水通過鋼板樁搭接位置向基坑內(nèi)滲水，施工單位認為基坑規(guī)模較小，且開挖周期短，只要開挖至設(shè)計標(biāo)高，快速澆筑墊層，基坑不會發(fā)生事故，因此并未采取措施，繼續(xù)施工，直至開挖至設(shè)計標(biāo)高，伴隨著坑壁及坑底出現(xiàn)大量流砂，周邊坑壁局部掏空并使圍護結(jié)構(gòu)變形，且嘗試澆筑墊層失敗，為避免事故擴大，施工單位不得不采用塊石將基坑回填，最終該基坑坑底被流砂填埋，功虧一簣，基坑坑壁失穩(wěn)現(xiàn)場如圖2 所示。

圖2 圍護結(jié)構(gòu)失穩(wěn)后場地

2 事故原因分析

2.1 環(huán)境因素

擬建排管項目所在地河網(wǎng)發(fā)育，在項目沿線有多條現(xiàn)狀河道，有充足的水利補給，不利于基坑開挖，另外，改項目施工時間正值臺風(fēng)季節(jié)，降水豐富，對基坑開挖施工帶來了一定的難度。

2.2 地質(zhì)條件因素

基坑開挖前對地質(zhì)資料的了解至關(guān)重要，只有充分了解場地內(nèi)地基土的特性，才能更好地指導(dǎo)施工作業(yè)，根據(jù)勘察資料顯示，擬建場地沿線以粉性土為主，管道及工作井底部均處于粉性土中，對于厚層粉性土其滲透性強，在水頭差作用下，極易發(fā)生流砂、管涌等不良地質(zhì)現(xiàn)象，從而導(dǎo)致圍護結(jié)構(gòu)失穩(wěn)等事故發(fā)生。

2.3 施工組織因素

基坑開挖的過程，就是一個卸載的過程，當(dāng)上部土體卸載后，平衡點被打破，從而導(dǎo)致基坑坑壁及坑底土層應(yīng)力釋放而發(fā)生變形，這種變形與卸載的規(guī)模、暴露時長以及圍護結(jié)構(gòu)形式都有密切關(guān)系。

本項目由于其規(guī)模較小，基坑開挖面積及暴露時間均有限，從該方面出發(fā)，是對開挖施工有利的條件。然而基坑開挖過程中，地下水也是不可忽視的部分，基坑卸載的過程會導(dǎo)致基坑周圍地基土的原有水、土應(yīng)力平衡點受到破壞，另外暴雨或地下雨污水管道的漏水、也會導(dǎo)致地下水位的改變，易對基坑造成失穩(wěn)等事故發(fā)生。

根據(jù)本項目圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，圍護結(jié)構(gòu)采用拉森鋼板樁，樁長 9.0 m 并配合采用輕型井點降水。

拉森鋼板樁是一種特制型鋼板樁，具有高強度、輕質(zhì)量、鎖扣緊密、水密性好、施工靈活、重復(fù)使用等特點，是淺基坑圍護結(jié)構(gòu)中常用的一種擋土結(jié)構(gòu)，但其止水效果也與鋼板樁的新舊、整體性及施工質(zhì)量有關(guān)。

通過對本項目基坑事故現(xiàn)場踏勘及查閱施工記錄，本項目施工正值雨季，項目沿線有多條河道分布，另外根據(jù)本項目地質(zhì)資料顯示，場地淺部主要以粉性土為主，透水性高，雖然設(shè)置了井點降水，但通過上述情況分析，該場地地下水補給充足，施工單位在未確認地下水水位的情況下，僅進行 3 d 的降水后就進行基坑開挖，實屬貿(mào)然。另外，在查看圍護結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量時發(fā)現(xiàn)，本項目的鋼板樁施工質(zhì)量馬虎，部分搭接位置參差不齊，個別位置存在不咬合的情況，從而導(dǎo)致失去止水的效果。

2.4 監(jiān)理監(jiān)管因素

監(jiān)理單位應(yīng)加強現(xiàn)場施工協(xié)調(diào)和管理工作，對施工質(zhì)量起到監(jiān)督作用，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量隱患應(yīng)及時向施工單位提出整改，并見證施工單位落實整改，履行監(jiān)理職責(zé)。

基坑險情的發(fā)展一般是一個循序漸進的過程，監(jiān)理單位應(yīng)當(dāng)加強現(xiàn)場巡視，在基坑發(fā)生險情的第一時間，及時組織有效的搶險，卻誤貽誤了搶險最佳時機。

3 破壞機理及處理對策

在發(fā)生工程事故后，首先要了解項目基本情況，分析事故發(fā)生的成因，才能對癥下藥，采取合理有效的處理措施。本項目的破壞形式主要是因施工質(zhì)量問題，導(dǎo)致圍護結(jié)構(gòu)因滲流而失穩(wěn)。

3.1 滲透破壞機理［1］

滲透破壞是當(dāng)?shù)鼗恋臐B透坡降大于其允許水力比降，地基土中的細顆粒在水頭差作用下隨動力水移動而流失，導(dǎo)致土體變形，直至破壞的現(xiàn)象。

從滲透破壞的機理角度，地基土發(fā)生滲透破壞的主要形式是流（砂）土、管涌，還有接觸沖刷和接觸流失等其他形式，其中以管涌和流（砂）土最為常見［2］。

1）管涌是指在動力水作用下，地基土中的細顆粒從粗顆粒的孔隙中發(fā)生移動并被帶出，逐漸形成管形水力通道，從而掏空地基或圍護結(jié)構(gòu)，使地基或圍護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形、失穩(wěn)的現(xiàn)象。

2）流（砂）土是指地下水在向上滲流作用，下局部土體表面的隆起、頂穿或粗顆粒群同時浮動而流失的現(xiàn)象［3］。流土一般多發(fā)生于淺部低強度軟黏性土層中或較均勻的粉細砂層中；流砂則多發(fā)生在不均勻的砂土層中。流（砂）土發(fā)展結(jié)果是使基礎(chǔ)或圍護結(jié)構(gòu)發(fā)生滑移或不均勻沉降、失穩(wěn)等。流（砂）土破壞一般是突然發(fā)生的，對巖土工程危害很大。

3.2 事故處理對策［4］

滲透破壞是一個發(fā)展的過程，通過眾多的工程事故總結(jié)發(fā)現(xiàn)，滲透破壞在破壞初期，一般從圍護結(jié)構(gòu)搭接不良、止水不良的缺陷處滲水，從而形成水力通道，此時，其滲出的水為清水，隨著時間的推移，滲流路徑不斷擴大，且流速也隨之增大，此時，地下水一般會攜帶一些細顆粒土從滲流路徑中流出，從表觀表現(xiàn)為清水轉(zhuǎn)換成渾水，第三階段則是水土一起從滲流通道中溢出，使墻后土體掏空，導(dǎo)致地面沉陷，圍護結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，因此，在滲透破壞發(fā)展的各個階段，可通過有針對性的方法去排除險情。

3.2.1 鋼板樁圍護結(jié)構(gòu)漏水階段的處置措施

1）當(dāng)圍護結(jié)構(gòu)出水量輕微的時候，在該階段一般不會影響施工安全及周邊建（構(gòu)）筑物的安全，此時，采取處置措施的思路主要是確保地基土避免被地下水浸泡而失去承載力，因此，可在坑底四周設(shè)置明構(gòu)+集水井的方式進行排水。

2）當(dāng)鋼板樁鎖扣處滲水量變大，但沒有攜帶泥砂滲出時，此時水力通道規(guī)模較小，且周邊環(huán)境簡單，對周邊建（構(gòu)）筑物無較大影響時，可用富纖維棉絮對漏縫處進行填塞［5］。

3）當(dāng)滲水量逐漸變大并且攜帶泥砂，出現(xiàn)輕微的流砂、流土的現(xiàn)象時，若基坑已開挖至設(shè)計標(biāo)高的情況下，可考慮迅速澆筑墊層，使其與坑外水土壓力平衡；若基坑還未開挖至設(shè)計標(biāo)高的情況下，且有較為嚴(yán)重的流砂、流土出現(xiàn)時，應(yīng)增設(shè)降水設(shè)備，加強降排水能力，降低坑外水土壓力，確保基坑穩(wěn)定。

3.2.2 鋼板樁圍護結(jié)構(gòu)發(fā)生位移階段的處置措施

當(dāng)鋼板樁圍護結(jié)構(gòu)發(fā)生位移時候，應(yīng)立即采以下處理措施。

1）立即停止挖土作業(yè)，進行坑邊卸載，若基坑變形仍然加劇，應(yīng)立即對基坑進行回填處理。

2）對坑底土層采取注漿等加固的措施，提高坑底被動區(qū)抗力。

3）必要時，可考慮加厚墊層或設(shè)置坑底支撐。

4 結(jié)語

在軟土地區(qū)，基坑事故的引發(fā)往往是由于地下水引起的，本工程亦是如此。通過本工程的事故可以發(fā)現(xiàn)，主要還是由于施工單位對項目周邊環(huán)境、地質(zhì)條件、地下水等方面關(guān)注度不夠，加之對施工質(zhì)量又不夠重視，認為這種淺、小基坑開挖工作施工工期短，不會存在風(fēng)險，加之監(jiān)理單位的監(jiān)護力度不夠，最終釀成工程事故。

通過本次事故的教訓(xùn)告訴我們，在工程建設(shè)中，需要充分重視地質(zhì)資料。在工程中防治流砂的原則:治砂先治水，因此，當(dāng)在粉性土發(fā)育的地區(qū)進行建設(shè)時，應(yīng)當(dāng)高度重視地下水水頭高度，水力補給等條件，認真研究地質(zhì)資料及設(shè)計方案，科學(xué)合理安排施工組織，重視施工質(zhì)量，杜絕野蠻施工行為，當(dāng)發(fā)現(xiàn)隱患時及時進行反饋，以便及時進行方案調(diào)整。