北京某大厦地库基坑坍塌事故原因分析与教训

何世鸣

（北京建材地质工程公司，北京100102）

0 前言

2008年6月13日（奥运前）一场大雨之后，14日上午9：05，北京某大厦地下车库工程基坑南侧发生坍塌事故，坍塌长度约25m。14日成立由市建委、安监局等单位组成的事故抢险调查组，同时成立由本人担任组长的7名专家（含院士、大师各1名）组成的专家组，负责对事故原因进行调查分析，为事故调查组提供技术支持。

专家组所做的工作：6月14日—21日，部分专家组成员数次进入现场，参加事故抢险及现场人员笔录、会议、拍照取证，收集、查阅、分析材料，研究、分析事故原因；22日，召开专家组会议，研究、分析事故原因，形成事故原因分析报告。

1 工程概况

该大厦地下车库工程位于北京市海淀区中关村某单位院内。基坑平面尺寸为45.6m×54.9m，占地面积约为2 500m2，基坑底标高为－13.4m，地面标高为－0.8m，基坑实际开挖深度为12.6m，主要采用桩锚结构进行支护，大口径管井降水。

设计方案中讲明的周边环境情况如下：（1）基坑南侧有一座6层住宅楼，距离拟建结构8.5m，基础埋深为1.5m；（2）基坑东侧有一座14层住宅楼，距离拟建结构物13.0m，基础埋深为5m；（3）基坑北侧有一座6层办公楼，距离拟建结构物10.2m，基础埋深为4m；（4）基坑西侧有一座6层办公楼，距离拟建结构物8.3m，基础埋深为1.5m。

现场周边影响基坑的管线已经改线，基坑的南侧有一道煤气管线，距离基坑2m，埋深1.0m，基坑的北侧有一条暖气管线，距离基坑1.0m，埋深1.0m，基坑西侧有一条上水管线，埋深0.8m，距离基坑1.0m左右。

基坑的北侧有一条通行道路，距离基坑上口线1.5m，基坑的其他几侧为人行道路。

依据该大厦岩土工程勘察报告，该次工程涉及的地层（南侧坍塌处）如表1所示。

表1 工程设计地层情况

本场地地下水有1层，如表2所示。

2 设计施工情况

2.1 E段支护设计（南侧及西侧）

2.1.1 桩设计

地面标高为－0.8m，基础标高为－13.4m，该部位基坑深度为12.6m，桩顶位于－1.3m处；护坡桩长16.6m，嵌固深度4.5m；桩径φ600mm；桩间距1.2m；桩身混凝土强度等级为C25。根据设计弯距计算护坡桩桩体配筋为表3。

表3 桩体配筋表

混凝土强度等级为C25。

2.1.2 连梁设计

连梁截面尺寸为：700mm×500mm；主筋：连梁两侧各3φ18，另配2φ18构造筋；箍筋：φ6.5＠200；混凝土强度等级为C25。

2.1.3 桩间土处理

桩间土锚喷设计参数：喷射混凝土厚度（50±10）mm，喷射混凝土强度：C20，挂网规格：2mm厚钢板网，间隔1.5m加1φ14横向拉筋。

2.1.4 锚杆设计

第一道预应力锚杆长18.5m，自由段8m，锚杆角度为15°，锚杆间距：两桩一锚；预应力锚杆位于－4.3m处，锚杆主筋：2根1 860钢绞线，锚杆设计拉力150kN，锁定力105kN。

第二道预应力锚杆长25m，自由段长6m，锚杆角度为15°（相邻锚杆调整上调5°），锚杆间距：一桩一锚，预应力锚杆位于－9.3m处，锚杆主筋：2根1 860钢绞线，锚杆设计拉力300kN，锁定力210kN。

2.2 F段支护设计（东侧）

2.2.1 桩设计

地面标高为－0.8m，基础标高为－13.4m，该部位基坑深度为12.6m，桩顶位于－1.3m；护坡桩长16.6m，嵌固深度4.5m，桩径φ600mm，桩间距1.2m，桩身混凝土强度等级为C25。根据设计弯距计算护坡桩桩体配筋为表4。混凝土强度等级为C25。

2.2.2 连梁设计

连梁截面尺寸为：700mm×500mm；主筋：连梁两侧各3φ18，另配2φ18构造筋；箍筋：φ6.5＠200；混凝土强度等级为C25。

表4 桩体配筋表

2.2.3 桩间土处理

桩间土锚喷设计参数：喷射混凝土厚度（50±10）mm，喷射混凝土强度：C20，挂网规格：2mm厚钢板网，间隔1.5m加1φ14横向拉筋。

2.2.4 锚杆设计

第一道预应力锚杆长17.0m，自由段7m，锚杆角度为15°，锚杆间距：两桩一锚，预应力锚杆位于－4.3m处，锚杆主筋：2根1 860钢绞线，锚杆设计拉力150kN，锁定力105kN。

预应力锚杆长24m，自由段6m，锚杆角度为15°（相邻锚杆调整上调5°），锚杆间距：一桩一锚，预应力锚杆位于－9.3m处，锚杆主筋：2根1 860钢绞线，锚杆设计拉力250kN，锁定力175kN。

2.3 G段支护设计（北侧）

该部位采用土钉墙结合护坡桩进行设计

2.3.1 桩设计

地面标高为－0.8m，基础标高为－13.4m，该部位基坑深度为12.6m，桩顶位于－3.0m，护坡桩长13.9m，嵌固深度3.5m，桩径φ600mm，桩间距1.2m，桩身混凝土强度等级为C25。根据设计弯距计算护坡桩桩体配筋为表5。

表5 桩体配筋表

混凝土强度等级为C25。

2.3.2 连梁设计

连梁截面尺寸为：700mm×500mm，主筋：连梁两侧各3φ20，另配2φ16构造筋，箍筋：φ6.5＠200，混凝土强度等级为C25。

2.3.3 桩间土处理

桩间土锚喷设计参数：喷射混凝土厚度（50±10）mm，喷射混凝土强度：C20，挂网规格：2mm厚钢板网，间隔1.5m加1φ14横向拉筋。

2.3.4 锚杆设计

第一道预应力锚杆长20m，自由段7m，锚杆角度为15°，锚杆间距：两桩一锚，预应力锚杆位于－3.2m处，锚杆主筋：2根1 860钢绞线，锚杆设计拉力200kN，锁定力140kN。

第二道预应力锚杆长22m，自由段5m，锚杆角度为15°（相邻锚杆调整上调5°），锚杆间距：一桩一锚；预应力锚杆位于－9.5m处，锚杆主筋：2根1 860钢绞线，锚杆设计拉力300kN，锁定力210kN。

2.3.5 土钉墙设计

土钉墙支护，基坑放坡为1∶0.25，深度为2.2m，考虑基坑顶部人的行走、行车等诸多因素，设计考虑到该情况，在基坑周围考虑了20kPa的均布荷载。土钉墙面层为喷射80mm厚的细石混凝土，混凝土强度等级为C20，配合比为1∶2∶2（水泥∶砂子∶碎石），内配钢筋网φ6.5＠250，坡肩将面层钢筋翻上，做1.0m宽散水，土钉墙深入到连梁内20cm。按下表数据打入土钉并编制网片，土钉呈梅花型布置，土钉钢筋施工时，压筋与土钉钢筋交叉焊牢，保证土钉面层形成一个整体，采用横向压筋，压筋直径φ16。

表6 土钉支护设计数据

2.4 现场施工情况

南侧锚杆均为2根φ15.24mm 1 860级钢绞线，第一道锚杆两桩一锚，锁定力105kN（设计拉力150kN）；桩间土渗水，桩间土支护脱落严重，形成空洞；部分降水井管井未按设计“井中心距基坑上口距离约1.5m”布置，而是布在两桩之间，桩间土脱落后明显外露。如图1～3。

图1 基坑南侧坍塌后情景

图2 降水井管外露

图3 桩间土坍塌后出现空洞

3 坍塌前及坍塌后情况

该基坑南侧护坡桩于2月21日开始施工，于4月10日支护体系全部完成，开挖至槽底，至坍塌前使用时间2个月。南侧支护体系自桩顶连梁施工完毕后对坡顶位移进行观测，整个南侧桩顶最大位移为9mm（南侧5号点），北侧最大点位移为19mm（11号点）。6月13日16：40左右开始突降大雨，院内排水系统不通畅，基坑周边建筑楼顶雨水通过四周的下排管流向基坑或渗入地下。基坑南部310＃楼前污水管线、管道井内充满了水，在雨停后5h，这些污水井、管道内仍充满了水。建设方于14日1：00安排了人员对管道井、污水井内的雨水实施抽排，直至早6：00。13日夜建设方及总包方共同邀请了两位专家，于13日21：00到现场检查基坑支护情况。检查结果是：310＃楼前的方砖路面（基坑南侧围墙外）有几道2～3mm的裂缝；基坑北部实验楼墙根下有2个雨水冲刷出的下漏洞口，洞口直径约10cm。22：30巡视检查后，建设方、总包方及专家开会商讨，结论是：现阶段基坑支护工程不会有问题，但近期雨水较多，且院内对外排水不畅，可能会有大量雨水渗入土体，对基坑不利。提议：在雨停后，于14日早将围墙外路面上的水泥方砖勾缝堵漏。自13日晚24：00至14日早7：00，基坑安全，只有南部桩间土部分脱落，14日早，巡视发现310＃楼前裂缝扩大至5mm左右，8：30裂缝扩大至10mm，8：35巡视时听到南部边坡锚索砰砰的响声，同时基坑西南部第二道锚杆处出现了涌水，310＃楼前裂缝变为5cm宽，随即通知居民赶快撤离。并调用大量工人挖掘楼前地面，发现管道井内有水，同时在310＃楼4门附近地面出现了凹陷，围墙也出现了垂直凹陷。立即通知抢险工人和居民全部撤离。随后基坑西南部约25m长护坡桩在第二道锚杆处向基坑内倒塌，南部围墙及310＃楼前的道路也向基坑内坍塌。

随后北京市建委和海淀区有关部门领导及时赶到现场处理险情。抽调了市抢险大队及大量抢险设备车辆进场，对基坑进行回填。南侧和东侧两栋楼居民全部安置在宾馆居住。抢险过程中现场如图4～5。

图4 抢险开始回填

图5 抢险连夜回填

4 事故原因分析

4.1 通过调查获取的主要事实依据

（1）截至6月4日，基坑支护水平位移观测记录13个点最大值累计19mm（北侧11号点），南侧3个点最大值累计9mm（南侧5号点），均未超过预警值。

（2）事故发生前基坑处于正常状态，无坍塌征兆。行人还在围墙外面行走。13日晚专家判断也是如此。基坑挖到底已有两个月，底板已全部打完。

（3）在13日下午下大雨时院内对外排水不畅。坑内一片汪洋。14日上午9：40左右坍塌突然发生，伴随着很大的响声，大量雨水污水和泥土涌入基坑。坍塌后多条不明雨污水管线及上水管线断裂，向坑内倾流。煤气管线断裂。

（4）南侧基坑外存在有多条不明（或废弃的）雨污水管线，均未查明。坍塌后南侧露出2根仍在喷水的自来水管、2根污水管、2根煤气管道、1根动力电缆。

（5）第一道锚杆为两桩一锚，设计值为150kN，锁定力105kN；桩间土支护脱落严重，有渗水，形成空洞。个别降水井管井未按设计“井中心距基坑上口距离约1.5m”布置，而是布在两桩之间，桩间土脱落后明显外露。

4.2 事故原因

专家组基于上述事实，得出此次事故原因：南侧基坑外存在有多条不明（或废弃的）雨污水管线未查明，导致设计时未充分考虑这些管线对基坑安全的影响。而在遇到大雨乃至暴雨时，由于院内地面排水不畅，大量水通过检查井及地表裂缝渗入土体内，土体强度降低、土压力增大，造成支护体系位移及沉降变大，自来水管线断裂，造成支护体系变形急剧增大，导致坍塌。

桩间土支护脱落严重，有渗水，形成空洞，存在安全隐患。个别降水井未按设计布设，并有破损，未达到降水效果，是造成此次事故的次要原因。

5 应吸取的教训及建议

（1）地下工程设计施工前，应查明施工影响范围内的建（构）筑物、管线等；

（2）雨季施工要做好地面硬化及疏排水工作；

（3）该类似基坑如有条件应做帷幕进行止水并对桩间土进行必要的保护。

6 结语

笔者在后期进行了事件进展跟踪，得知2009年建设方将施工总承包方及基坑施工专业分包方向法院起诉，要求赔偿包括居民安置补偿费、监测鉴定费、抢险支出费、基础设施恢复费、基坑建设费合计12 521 525.99元。该诉讼于2011年2月14日由北京市海淀区人民法院判决：建设单位承担15%，施工总承包单位承担25%，基坑施工专业分包单位承担60%。