成都某膨胀土深基坑支护事故分析

邓安，彭涛



成都某膨胀土深基坑支护事故分析

邓安，彭涛

（中冶成都勘察研究总院有限公司，成都 610023）

分析成都蓝光锦绣城基坑工程事故，基坑变形原因是多方面的；膨胀土基坑开挖卸荷、干湿交替，土体强度急剧降低，基坑边坡稳定性急剧下降；降雨诱发下，基坑剧烈变形，支护桩剪断，最后不得不采取桩后御荷、坡面封闭紧急措施，以保护支护桩及减小坡体变形等。针对该膨胀土基坑的破坏特点，提出了从认识强度参数、加强防水措施、改进设计和规范施工程序等方面来预防基坑事故发生，可对膨胀土基坑的设计和施工提供一定的指导和帮助。

膨胀土；深基坑；事故；成都

成都蓝光锦绣城基坑位于成华区保和乡胜利村1#地块，紧邻三环路和成渝高速路交汇处，地貌单元属成都冲洪积平原岷江水系三级阶地。场地±0.000为522.60m，基坑底标高513.45m，坑深9.15m。基坑周长约374m，平面呈不规则四边形，东侧长60m，南侧长约134m，西侧长约40m，北侧长约140m。

基坑场地原为浅丘坡地、农田、民居院落，经机械挖铲、回填，碾压，场地总体西高东底。基坑东、南侧距市政道路约7.0m，离万科魅力之城约200m；基坑北待征地堆放有约7m高弃土；西侧为20m空地，离已有建筑物较远（图1），未发现污水管和地下管网。

1 工程地质条件

场地地层主要由第四系人工堆积（Q4ml）填土、第四系淤泥质粉质粘土（Q4h）、第四系下更新统冰水堆积（Q2fgl）的粘土、含卵石粉质粘土及白垩系上统灌口组（K2g）泥岩等组成（图2），基坑坡体主要为粘土，上有1～2m厚填土，坑底距基岩约3m。场地水位埋深差异较大，为赋存于低洼地段及原塘池地段第四系人工填土及粘土层中的上层滞水，主要受大气降水、农灌和地表水渗透补给，无统一地下水位，部分钻孔的稳定水位（埋深1.10～6.70m）。岩土层的力学指标如下表1。

表1 基坑土层力学指标汇总表

2 基坑支护

2.1 基坑支护措施

2.1.1 计算分析及方案选择

基坑深9.15m，工程安全等级一级。基坑顶部附加荷载按10.00KN/m2考虑，东、南、西侧支护拟采用悬臂桩护壁支护结构体系；北侧采用悬臂桩+放阶+喷锚支护。为了减小土的侧压力，将基坑北侧放阶（放阶距离足够），放阶高度4.0m，阶宽3.0m；阶面以下用人工挖桩支护，阶面以上用喷锚护壁。排桩支护的计算分析包括整体稳定性、抗倾覆稳定性、桩身内力分析及配筋；北侧基坑除排桩分析外，还将对桩顶以上的喷锚支护坡体一起作整体稳定性分析。

经计算，北侧整体稳定性系数2.8，抗倾覆稳定系数为6.6；东、南、西侧整体稳定性系数3.2，抗倾覆稳定系数1.5，满足规范要求。

2.1.2 支护措施

1）东侧（桩号51#～74#）：基坑深9.15m，长58m，排桩支护，桩顶与场坪持平。桩径1.2m，间距2.5m，桩长15.15m，桩锚固段6.0m。

2）南侧（桩号1#～51#）：基坑深9.15m，长125m，排桩支护，桩顶与场坪持平。桩径1.2m，间距2.5m，桩长15.15m，桩锚固段6.0m。

3）西侧（桩号130#～145#）：基坑深9.15m，长40m，排桩支护，桩顶与场坪持平。桩径1.2m，间距2.5m，桩长15.15m，桩锚固段6.0m。

4）北侧（桩号75#～129#）：基坑深（含桩顶以上斜坡）约13m，长143m，排桩＋桩顶喷锚支护。桩径1.2m，间距2.5m，桩长9m，锚固段5.0m。桩顶上部4m高坡体1:1.25放坡喷锚支护。

5）桩顶通设冠梁，宽1.2m，高0.8m。

支护平面布置及桩身、冠梁配筋图见图4～图8。

2.2 施工概况

基坑支护于2009年12月完成施工，之后开始基坑开挖。基坑开挖分两次完成：第一次开挖时间2009年12月至2010年3月，开挖深度约3m，同时施工北侧桩顶以上的喷锚措施（2010年3月）；第二次开挖时间2011年3月至2011年5月，东侧挖至6.15m深，南、西、北侧挖至9.15m深（设计坑深）。2012年3月基础竣工验收（图9）。

基坑顶地面封闭情况：东侧，甲方项目地，用C20砼全封闭，宽约30m，厚约15cm；南侧，C20砼封闭宽度2m，厚10cm；西侧，施工项目部，封闭宽度5m，厚10cm；北侧，桩顶以上坡面喷锚封闭，上部斜坡顶外延2m宽喷射C20砼封闭，厚8cm。

图9 基坑支护、开挖施工示意图

3 基坑变形

2011年3月基坑开挖到设计标高。5月份多雨（小雨～大雨），5月16日连续约3天小雨后，基坑北侧、西侧、南侧均出现不同程度的裂缝。桩顶变形监测显示，桩身变形不断加大（北侧）。

通过现场调查，基坑周边变形情况：

1）东侧：无明显的变形裂缝。

2）南侧：2011年5月16日起，地面局部出现微裂缝，未贯通，27#、28#两支护桩中部出现塌空现象，桩间钢筋网喷射C20砼被坍塌流塑土体臌胀脱落（图11）。

3）西侧：2011年5月14日起，出现微裂缝，5月15日起裂缝增多，裂缝宽度变大、变长，出现多条平行于基坑边的贯通缝。裂缝宽度5mm～15mm，延伸长20m。5月16日，137#桩（西侧中部）桩后出现塌空。

4）北侧：基坑顶出现裂缝，5月16日，127#及128#桩出现剪断现象。剪断位置位于桩顶以下3m。

4 基坑变形处理

4.1 处理措施

2011年5月16日，基坑出现坍塌后，通过御荷措施进行了紧急处理。西侧、南侧采用全断面桩后御土，防止膨胀土变形损坏支护桩；北侧，由于上部坡体较陡，若全部御土，开挖量较大，时间上不能保证，采用局部地段（桩变形剧烈处）御土＋截排水措施。

自2011年5月16日起，西侧、南侧、北侧（局部）开始桩后御荷，5月18日结束御荷施工。对桩后御荷形成的坡面喷射砼封闭，5月22日完成施工。

上：西侧（北侧）御土，下：南侧御土

4.2 处理效果

5月18日完成御荷后，支护桩桩身变形得到抑制，未再有桩剪断现象产生，支护结构趋于稳定，变形未继续发展。但桩后外侧坡体的变形仍在继续（图17）。

总体来说，御荷＋截排水的应急处理措施得当。在降雨后因膨胀土膨胀作用产生的基坑变形中，北侧127#、128#桩剪断后，迅速地对桩后膨胀性粘土进行御荷，减小膨胀力对支护桩的水平荷载作用，支护桩未有破坏现象出现，有效地保护了支护桩身结构。为后期支护桩的继续使用发挥了重要作用。同时，对基坑顶的地面进行封闭，防止雨水下渗，减弱膨胀土的膨胀变形，也是减基坑变形的极重要的措施。

同时也应看出，即使快速采取应急措施，保护了支护桩，但未能有效地抑制基坑坡体的变形，应急措施完成后，基坑坡体的变形仍较剧烈，特别是西侧桩后御荷形成的坡面仍变形破坏了坡面的封闭C20及坡顶的建筑物。

5 事故分析

1）地质条件是变形的内因。基坑坡体主要由膨胀性粘土组成，遇水后极易产生局部滑坡、坍塌，且膨胀后会产生胀力，降低坡体稳定性，增加支护桩的荷载，致使坡体及支护桩产生较大变形。

2）降雨是基坑坍塌变形的诱发因素，变形前较长时间降雨侵入基坑坡体，土体膨胀，诱发了基坑坍塌及支护桩的破坏。

反算分析，工点膨胀土力学指标遇水后大幅度降低。勘察提供的力学指标（综合Φ）为49.6°，遇水后，通过反分析得到的力学指标为33.7～38.7°，局部地段45°，为勘察报告提供指标的0.7～0.9倍。

1）支护设计时对膨胀力、膨胀土指标遇水骤降未重视是造成桩剪断的重要原因。对锦绣城基坑土设计时未考虑膨胀力。通过对北127#、128#桩剪断反算，除去土压力后，粘土的膨胀力为130kPa，远大于主动土压力（45kPa）。同时，支护设计时采用了勘察报告提供的力学指标，但经反算实际的膨胀土力学指标最低为设计时的0.7倍。

2）原基坑支护中对截排水措施的重视不够，也是造成基坑变形的重要原因。基坑东侧为建设单位项目部驻地，较宽，因此对基坑顶外延约30m度的地面全部采用C20砼硬化，厚15cm。这次事故中，该侧基坑坡体及支护桩未产生明显异常变形。而其它3侧基坑顶，除西侧对基坑顶外延地面5m封闭硬化外，北侧、南侧均只对外延2m的地面进行硬化，此3侧基坑均产生了严重的坍塌变形。坑顶地面封闭宽度越宽，封闭程度越好，变形迹象越弱。这与“成建安监发〔2011〕22号”文件第三条的要求（1倍深度范围内硬化）是相吻合的。产生桩后坍空现象的南侧、西侧27#、28#及137#桩，桩顶下约3m处（大气影响深度）均伴有地下水渗出，土体近饱和，宽约3m。北侧127#、128#桩剪断位置也有水渗出现象。表明，桩后土体的地下水未来得及疏导，使土体在水浸泡下产生软化、膨胀，导致变形。因此，应设置地下水的仰斜泄水孔，以疏导桩后土体的上层滞水，保证土体不致含水量高产生过大的膨胀变形，孔深应穿越大气影响深度（约3m）。

1）支护桩间距过大，桩间土喷射砼钢筋网强度薄弱是桩后土体坍空的重要因素。2009年，老规范中对桩间距未有明确规定，当时支护设计的桩径为1.2m，桩间距为2.5m，超过了2012年版基坑支护规范的要求（不宜超2倍桩径，特殊情况可减小）；桩间土防护钢筋网Φ6.5@200×200，加强筋Φ14@1500。桩间距过大，桩间土体稳定性相对较弱，桩间钢筋网相对较弱，钢筋网喷射砼不足以加固近饱和的土体。这与“成建安监发[2012]37号”文件第二条第（三）款、第（七）款的要求是相吻合的。

2）原99版基坑支护规范中土压力计算较小。与2012年版规范计算得的结果对比，桩身最大剪力、弯矩、嵌固段深度等方面，按原99版规范取值，均显安全储备不够，使桩身配筋相对较薄弱（约低20%），抗剪、抗弯能力不足，这也是基坑变形、支护桩剪断的一个技术原因。

表2 基坑支护计算新老规范对比表

3）未设置临时泄水孔是紧急处理措施后坡体继续变形的重要原因。紧急处理措施总体是恰当的，有效地保护了支护桩。但桩后坡体继续较大的变形，分析原因主要为雨水下渗，未来得及设置泄水孔对地下水进行疏导有很大关系。

6 总结及建议

通过基坑事故的处理，得出以下结论：

1）支护措施需要考虑土体膨胀力。建议采用原位测试，条件受限时可做室内膨胀试验，根据试验结果确定膨胀力取值的范围。根据工程经验，本工程区域范围内的土体膨胀力为100～150kPa。

2）防水，固化基坑周边1倍～1.2倍地面，封闭开挖后的作业面，坑外设排水沟，坑内设集水井。在施工工艺上尽量选用干法施工，减少施工用水与土体的接触。另外，基坑侧坡面应设置仰斜泄水孔，疏导桩后土体的上层滞水，保证土体不致含水量过大膨胀变形，孔深应穿越大气影响深度（约3m）。

3）膨胀土在天然状态下具有很高的强度和很低的压缩性，但在开挖卸荷、浸泡、干裂等外界因素的干扰后，其强度急剧降低。设计计算时，应对膨胀土力学指标进行折减，建议以综合内摩擦角按勘察提供的力学指标0.7倍进行折减。

4）加强桩间土的支护。桩间膨胀土稳定与普通土拱效应有区别（本工点桩间距为1.0m时仍产生膨胀溜坍变形），桩间距不宜过大（<1m），箍筋间距不宜过大（Φ8@200），加强筋间距不宜大于1m。桩间土的泄水孔深度宜大于大气影响深度（约3m）。

5）加强监测，规范施工。膨胀土边坡的破坏，一般是因水诱发，从表层浅部的土块沿裂隙面的滑移破坏开始的。一定要做好暴露边坡的保护，在基坑开挖后及时浇注保护面层并时刻注意防水。加强对施工现场的管理，严格按照设计施工，及时封闭开挖的坡面（含临时遮盖措施），严格控制坑顶周边荷载。实施信息化施工方式，现场监测数据应及时报送监管各方，发现险情立即处理。

6）加强应急方案的编制。由于膨胀土基坑变形复杂，支护困难。设计施工中难以做到面面俱到。应针对基坑支护出现的基坑变形编制有针对性的应急处理方案。应针对基坑坍塌、结构变形、结构受损、周边建筑变形等编制在不同工程条件下适宜快速施工抢险的工程措施，以防止或减少工程损失。

Analysis of an Expansive Soil Foundation Pit Accident in Chengdu

DENG An PENG Tao

(Chengdu Surveying Geotechnical Research Institute Co. Ltd of MCC, Chengdu 610023)

An expansive soil foundation pit accident in Languangjinxiucheng, Chengdu resulted from many factors such as side slope stability decrease due to excavating and rainfall and so on. This paper makes an approach to the above-mentioned causes of the accident and takes some preventive measures for such accident such as calculating strength parameter; strengthen waterproof measures, improving design procedure and so on.

expansive soil; deep foundation pit; accident; Chengdu

P642.2

A

1006-0995（2015）01-0126-06

10.3969/j.issn.1006-0995.2015.01.029

2014-04-14

邓安（1981-），男，广西玉林人，工程师，主要从事岩土工程勘察设计研究工作