深基坑支护坍塌的原因分析与处理

时 卫 平

(长治市建筑工程总公司，山西 长治 046012)

1 工程实例

1.1 工程基本概况

某小区地下车库位于该小区1号、2号住宅楼的北面，中间与3号、4号住宅楼连接成整体，建筑设计东西向最长209.54 m，南北向最宽104.90 m，建筑总面积19 372.59 m2，地下1层，层高5.1 m，天然地基，基底标高为-7.6 m，柱下钢筋混凝土条形基础加防水板，框架结构。该场地地势西高东低(介于-1.6 m～-0.62 m)，基坑的开挖平均深度为6.0 m，最深6.98 m。地下车库开工时该小区的施工环境是1号、2号住宅楼已基本完工，3号、4号住宅楼主体结构已验收，正在进行室内外抹灰。

1.2 深基坑支护方案

根据地库工程的基坑开挖深度，施工单位按照《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》(建质[2009]87号)文件要求，经安全计算后编制了相应的《深基坑工程专项施工方案》，并于2016年7月7日通过专家论证后予以实施。其中，主要考虑该基坑紧临1号、2号楼，其基础外边线距已建好的1号、2号住宅楼北外墙6.1 m，距两楼门厅部位的距离为3.6 m，则与1号、2号住宅楼相邻的基坑东西向全长确定的支护结构形式为水泥土挡墙，墙宽1 550 mm，4排水泥土桩，单根桩径500 mm，互相咬合150 mm，桩长8.6 m，离开基础边缘1 000 mm施打第一排水泥土桩，门厅部位在该排桩中加插工字型钢，其他东、西及北三面均采用放坡方式。降水方法为管井降水。

1.3 施工进展情况

施工单位于2016年7月10日～25日进行了水泥土挡墙施工，2016年8月3日开始土方开挖，2016年9月10日土方开挖至南侧中间部位的基坑底部时该部位的水泥土挡墙支护结构突然坍塌。施工单位在支护结构坍塌后及时上报了建设单位，通知了专业支护结构施工单位，并随即组织设计、监理单位复查了实体，进行了技术洽商。支护结构的设计单位提出了先对已坍塌部位回填土方至设计标高-3.5 m(两侧土方第一步开挖的底标高)，再打钢筋混凝土灌注桩的加固方案。后经各方责任主体会同商讨同意后于2017年10月15日完成灌注桩施工。其后再行开挖，于2017年11月15前完成了地下车库的基础与主体结构施工。

2 原因分析

1)违反施工规范和操作规程，没有执行专项施工方案中的技术要求。

从现场坍塌部位的周围环境及土质情况看，坡顶存在积水现象，现场排水措施不到位；边坡土层呈现湿土状态，土层的含水率较大；边坡有明显的挖掘机铲印，可以判断该土层上受到了严重的重载扰动等等，这些因素均是造成支护结构坍塌的重要原因之一。具体表现在：

a.坡顶排水措施不到位。方案论证会议纪要中，要求建设单位及承建1号、2号的施工单位要采取措施将1号、2号楼屋面及其门厅部位的排水分别向东西两向引出场外，以免落水排至基坑的坡顶造成坡顶土体渗水甚至积水而增加土体含水率，从而加重边坡背后土体荷载。然而现实情况是所有的落水都没有采取任何措施，坡顶在水泥土挡墙支护结构施工后也没有进行硬化处理。在这样糟糕的现场环境下进行深基坑土方开挖施工，后果可想而知。更何况每年的7月、8月正值当地的雨期，且2017年的降雨量甚多。这样更增加了支护结构后侧土体的自重，使其对支护结构的侧压力增大。

b.边坡土层含水率过大。从现场的实际调查情况看，主要是基坑降水措施不到位。本车库深基坑专项施工方案中要求的管井降水方法是在总结前期3号、4号楼深基坑可行性施工经验的基础上设计采用的。而在实际施工时，由于土方开挖的不连续(由于正处于雨期施工，下雨即停)，业主考虑施工成本(降水工程属业主直接发包项目)，则随基坑土方开挖时降时停，从而减少降水台班，这迫使地下水位呈动态趋势，直接增加了对土体的冲刷力，扰动了土层结构的稳定性，加大了边坡土体坍塌的可能性。

c.边坡土层受到重载扰动。使用机械进行土方开挖时，现行基坑开挖施工质量验收规范及技术规程规定，实际施工的边坡坡度应采用人工修整的方式进行适当的余量修坡，从而满足施工图纸要求的边坡坡度和平整度。而从本基坑支护结构坍塌部位的边坡迹象看，该部位基坑下部约3 m高的边坡上有明显的小型反铲挖掘机正面直立的铲印。可以推定该基坑的边坡修筑是采用小型反铲挖掘机置于基坑底部面对边坡直接实施的。这样看似很“整齐”的边坡铲印，却属违规操作。再加上该部位的支护结构是水泥土挡墙，其自身的抗拉、抗剪强度小，表面受到冲击性的挠动则破坏了原设计侧压力与稳定性计算荷载的要求，造成支护结构自身失稳而坍塌。

2)现场管理不到位，承建单位安全质量意识差，履职不全面等也是本次支护结构坍塌的重要人为因素。

a.勘察单位提供的地质勘察报告对场地土层分析不足，勘察数据不全面。如周边建筑物1号、2号楼的基础周围已属回填土方，其土质结构的密实度与黏聚力已发生变化，而支护结构设计人员是根据多年的区域经验进行支护结构形式设计的。方案论证时专家要求补充勘察土层的相关指标却没有实施。因此凭“经验”套用而确定的支护方案本身就存在潜在隐患，边坡土体物理参数与实际不符，不能完全满足场地土层要求。据此设计、施工的支护体系是施工过程中发生滑移，最终造成坍塌的重要原因之一。

b.建设单位没有严格遵守方案论证专家的建议。虽说在施工前期组织了岩土方面的专家对施工单位提交的《深基坑工程专项施工方案》进行了论证，但其只是形式上的，而没有真正按专家沟通的技术方案或交底去落实、去实施。且要求其委托有资质的第三方监测单位也化为乌有等等，这些不严谨的行为从源头上便埋下了安全隐患，对工程的安全生产无法实现有效控制。

c.施工单位没有严格按照规范去认真组织施工环节管理。根据深基坑工程支护结构与土方开挖控制要点要求，型钢、水泥等原材料的材质控制，水泥土墙浇筑及型钢插入的过程控制等等均是支护结构施工质量控制的关键点或关键环节，是最终工程产品质量的有力保障。而从现场实际施工记录中并不能全面反映施工各环节的控制记录，也没有定期召开的相关深基坑工程土方开挖、基坑支护等方面的会议记录。

d.监理工程师履职不到位。驻地监理工程师没有按监理细则去认真落实自己的职责，主要表现在工序旁站、跟踪交接检查、验收与签署不及时等。这样形同虚设的监理成员既然不能保障自己的监督职能，也就不能有效监督基坑支护结构处在正常的工作状态，这便为施工单位的不规范操作行为增添了法码。

3 后期处理措施

本基坑出现的因支护结构破坏而造成坍塌的安全事故，所幸的是没有造成人员伤亡。为了确保下一步的安全施工，施工单位积极响应现场《应急救援方案》及《事故报告程序》的相关规定，对现场进行保护，并及时通知有关部门。其后在建设单位的支持下，组织专业支护结构施工单位、设计单位及监理单位共同确定了具体的加固处理措施：在坑内已坍塌部位回填土方至设计标高-3.5 m(该标高为基坑纵向第一步土方开挖至标高)，再紧贴水泥土挡墙施打钢筋混凝土灌注桩。待混凝土灌注桩强度达标后再进行该部位土方开挖等工序施工。

4 汲取深基坑支护结构坍塌事故的经验教训

总结上述深基坑支护结构坍塌事故，不仅延误工期，还给建设、施工单位带来了一定的经济损失。为防止类似事故的发生，我们应汲取以下经验教训：

1)加强方案编批，从源头上对深基坑工程安全施工进行有效的控制。

在深基坑施工技术准备阶段，要及时组织岩土专家召开《深基坑工程专项施工方案》论证会议，并做到专家用心，技术整改精心，从而确保方案在理论层面的科学性、合理性和可行性。也只有在这个决策阶段，从细节上对各方面的问题进行全面考虑，从理论上将可能发生的安全隐患制定出可控的具体措施，为深基坑安全施工打下良好的基础。

2)按照现行施工质量、安全与技术规范规程要求，落实论证专家提出的控制要点。

深基坑施工过程中，施工单位要认真贯彻落实《深基坑工程专项施工方案》，特别是专家提出的质量安全控制要点，严把质量关，包括各分项工程的人、机、料、法、环、测等控制因素；监理单位要加强巡视，定期召开各种管理会议，解决施工中遇到的技术、质量与安全等问题，从而确保深基坑施工的质量与安全。

3)采取相应的排水与隔水措施，消除地下水对深基坑的影响。

工程实践证明，在深基坑施工过程造成危害的诸多因素中，影响最大、最持久的应该是地下水。因为水与土体的作用，可以使土体的强度和稳定性降低，导致深基坑周围土体软化，并可能产生滑坡、沉陷等危害。因此，在深基坑施工前，必须考虑周围地下水的类型、埋藏条件及活动规律，以便采取措施保证工程安全。同时应对深基坑周边的管网进行调查摸底，并做好周边地面截水排水措施。一般在基坑顶部四周要用素混凝土封闭，从而减少地表水对坑壁土体的破坏。

4)严格按设计要求开挖和支护，控制好边坡。

深基坑土方开挖必须分层均衡进行。边坡支护要与挖土密切配合，严禁超挖。基坑开挖过程中，必须采取措施防止碰撞支撑、围护桩或挠动基底原状土。针对无支撑放坡的深基坑土方开挖要控制好边坡坡度，且不得挖反坡，同时做到随挖随修整边坡；针对有支撑的深基坑土方开挖要控制好纵向放坡坡度，且应高度重视临时放坡。

5)尽量减少基坑坡顶荷载，统筹安排基坑开挖范围。

深基坑施工过程中，如果在坑顶边缘堆置土方、建筑材料或沿基坑边缘移动工具或施工机械时，放坡开挖则会增加滑动力矩，支护开挖则会增加作用于支护结构上的荷载。因此，坑顶堆载或施工机械移动要距离基坑边缘一个安全距离，且堆载的级别要控制在规范允许范围。同时，软土地基深基坑土方开挖还要受到时间效应和空间效应的作用，因此，深基坑施工时要尽量缩短基坑开挖卸荷的尺寸及无支护暴露时间，减少开挖过程中的土体挠动，如尽可能采用分层分块的开挖方式，并使开挖空间尺寸和开挖支护时限最大限度地限制围护结构的变形和坑周土体的位移与沉降。

6)及时分析监测数据，做到信息化施工。

深基坑失稳破坏一般都会有前兆，具体表现在监测数据的急剧变化或突然发展。因此，在深基坑施工过程中应对降水水位和边坡位移等进行系统监测，并对监测的数据进行及时分析，发现隐患要及时修改施工方案，调整施工参数或施工顺序，如超出警戒值，应采取适当措施处理，从而做到信息化施工，保证深基坑安全。

7)完善应急预案，有效处理突发事件。

深基坑施工前，现场制定具有可操作性的基坑坍塌、淹埋等突发事故的应急预案可以防患于未然，可以最大限度地减小事故发生的概率，可以防止事态的恶化，减轻事故的后果。因此，现场要建立科学的应急组织体系，配备足够的临时支护、堵漏、抽水等应急物资与设备，并准备一支有丰富经验的应急抢险队伍，保证在紧急状态时可以快速调动，抢险救援人员充分，职责明确，并根据现场实际情况进行应急演练。同时，结合信息化施工，及时发现坍塌、淹埋等破坏事故的征兆，做到以人为本，合理应急处理。

5 结语

深基坑工程是建筑施工的重点，特别是支护结构的施工可能造成多发安全事故。因此，在实际施工过程中，施工人员一定要全面了解深基坑支护结构施工的特点以及导致深基坑支护结构坍塌的事故原因，采取针对性的措施，强化监管，进而从建设、监理、勘察、设计、施工等各个参建单位的各个环节进行控制，加强过程检测、监测，及时消除安全隐患，确保深基坑支护结构施工的安全，促进工程的顺利施工和完工。