某基坑支护事故分析处理及经验教训

唐大乐，谢汪洋，陈道政

（1.铜陵永昌工程咨询管理有限公司，安徽 铜陵 244000；2.合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽 合肥 230009）

0 前言

就基坑而言，其本身就有一定的施工难度，外加如今建设规模不断加大，而且对基坑支护这种临时结构缺乏重视，导致坍塌事故时有发生。

本文通过对广西一工程项目基坑支护事故进行原因分析，在解决问题的同时也为类似条件下基坑工程的设计、施工、使用方面提供经验。

1 工程概况

1.1 地理位置

“霖峰壹号”项目用地位于广西南宁市青秀区凤岭北,属于城市中央居住区。项目用地呈不规整多边形,整体狭长,中间有两条规则路穿过,将用地分割为三块,其中3#地块总建筑面积59.3万m2左右,包括4栋商业楼和9栋超高层住宅,建筑高度达144.5m～230m。基坑平均深度为15m,用以施工3层地下室，坑内结构采用支护桩预应力锚索体系,支护桩为800～1000桩径的旋挖钢筋混凝土灌注桩,锚索长度16m～25m不等。

1.2 地质条件

根据现场钻孔资料、区域地质资料及附近地质调查,场地地基土层自上而下简要叙述如下:素填土①层,棕色,稍湿,主要由粘性土、风化泥岩、粉砂岩组成,局部为建筑垃圾,结构松散,均匀性差。该层在拟建场地大部分分布,勘察揭露层厚为0.40m～32.40m;粉质黏土②层,灰色,硬塑为主,局部可塑状，稍湿，主要成分是粉质黏土,局部相变为黏土或粉土,场地内层厚为0.40m～12.80m;黏土圆砾③层:灰黄色,中密,稍湿,级配良好,颗粒成分以石英、硅质岩为主,其间为粗砂和黏性土充填。该层局部分布于拟建场地,层厚约0.40m～3.00m;泥岩、粉砂质泥岩④层:青灰色泥质结构，稍湿，局部砂泥质结构，勘察揭露场地内层厚为0.50m～11.40m。具体物理力学指标见表1.

图1 “霖峰壹号”项目3#地块规划平面图

1.3 水文条件

地勘报告显示地下水主要为上层滞水和基岩裂隙孔隙水。其中上层滞水主要赋存于素填土①层,主要来自大气降水和地表水下渗,水量小,勘探期间在部分钻孔有揭露,稳定水位埋深为1.00m～15.30m,易于疏排;基岩裂隙孔隙水主要赋存于粉砂岩、泥质粉砂岩④层,导致局部泥岩湿软。大气降水和同一含水层的侧向共同补给,水量中等,稍有承压性,总体向周边低洼地势排泄,稳定水位为2.20m～18.20m。

2 支护施工方案

2.1 施工步骤

本工程基坑支护结构施工步骤顺序为支护桩施工——冠梁浇筑——第一排锚索土方挖掘——腰梁浇筑——第一排锚索施工（含龄期满张拉）——第二排锚索土方挖掘——腰梁浇筑——第二排锚索施工。依次完成至基坑设计底标高，同时完成基坑顶部和基坑底部的排水系统以及基坑壁泄水孔布置。

土层物理力学性质指标 表1

图2 支护结构部分平面图

2.2 施工要点

2.2.1 土方开挖

在支护结构5～6.3m范围内,应分层分段开挖,且每层开挖至当排锚(索)杆高度以下0.5m停止,严禁超挖；每段开挖长度不得超过15m;开挖出喷锚作业面后,立即进行支护作业,防止坑壁暴露时间过长导致土体松动引发坍塌事故。逐层开挖过程中下层土方应待上排支护结构达到设计强度70%方可进行。最后一层锚杆施工完,土建施工单位必须立即施工地下室垫层。土方开挖应严格按照制定的详细挖土方案,间隔跳挖并严禁超挖。

2.2.2 钻孔灌注桩(长螺旋桩)及冠梁施工

①本工程围护桩采用钻孔灌注桩,直径800mm，桩间距为2m,局部根据场地实际情况可做调整,对某些地段桩施工中出现填土厚度比设计预定深度要深时,则应相应增加长度;钻孔灌注桩桩身混凝土设计C30,桩顶应嵌入冠梁中100mm；桩身钢筋笼采用焊接,主筋保护层厚度为50;桩位水平偏差不得大于50mm,垂直度偏差要求不得大于桩身长度的0.5%;

②冠梁施工时,桩顶应凿至新鲜混凝土面,钢筋按照设计要求露出一定长度，且保持光滑平直；浇注桩顶混凝土前,为保证桩与梁牢固连接，必须清理端部残渣、浮土和积水等杂质；施工应严格按有关规范和规程进行,不允许出现桩身缩颈、裂缝、断裂等现象。

2.2.3 预应力锚索施工

①预应力锚索钻孔孔径130mm，自由端及预留1.5m张拉部分采用20波纹管封闭。在无房屋或房屋基础处可以采用湿法成孔工艺，其余采用干法；②锚索材料选用两根1860级(1×7)S15.24钢绞线,不允许出现搭接,沿锚杆轴线方向每隔1.5～2.0m设置一个定位支架。锚具为两孔锁口；③锚索张拉必须在锚固段强度大于10MPa后方可进行，下一层土方必须在锚索进行张拉锚固后才能开挖。

图3 基坑桩、锚杆剖面图

3 事故经过

本工程基坑支护施工自2014年5月开工至2015年8月完工历时超过一年，经历了14年的雨季和冬季，另外地块西高东低，高差近12m，跨年施工加之施工单位按总包计划分段施工，很大程度影响桩锚结构体系的完整性。从第1次到第11次基坑位移监测报告上数据分析来看，位移和速率基本上在设计要求范围之内。但从第33次基坑位移监测报告上可以看出，位移开始增加，从36次到第43次基坑位移监测报告开始位移和下滑速率同时都在增加，过程中监测位移严重超限，导致8月30日中午12点部分基坑支护失稳垮塌，共12根支护桩在距基坑底部3m处断裂，垮塌面积达到120m2，所幸没有造成人员伤亡。部分事故现场图如下。

4 事故处理

4.1 原因分析

图4 局部柱间混凝土脱落、土坍塌

从2014年5月开始基坑支护施工到基坑垮塌历时一年3个月，施工周期较长，环境因素影响很大。综合归纳有以下几点原因。

①设计原因：由于基坑支护工程本身就是临时设施，待建筑主体工程完工后就失效报废，建设方也不愿意投入更多资金，设计方考虑设计参数未必严格按照规范强条设计取值，安全系数大打折扣，结构安全性得不到正常保障。加之该地块东西高差12m，支护桩、冠梁和锚索体系无法按照正常工况协同一致承受外力。

②工期影响：该工程地下室面积较大，工期较长，总包单位和基坑支护单位必须按照建设方要求完成作业，导致施工工序衔接矛盾，存在重复施工和返工的现象。另外基坑由于长时间暴露对土体本身的稳定也有很大的影响。

③地质原因：该地块地质情况比较复杂，地层内不同类型土质相互渗透，构造复杂，有砂层和煤层分布增加了设计参数取值的难度和施工的难度。

④气候的影响：南宁市地处北回归线南侧，属于典型的亚热带季风气候。气候温和，全年平均气温在21.6℃左右，冬季较短，最冷的1月平均12.8℃，夏季较长，最热的7、8月平均28.2℃。炎热潮湿是湿润的亚热带气候特征，年均降雨量达1304.2mm，平均相对湿度为79%，雨量充沛。相对而言，一般是夏季潮湿，而冬季稍显干燥，春秋两季气候温和，干湿季节分明，集中的雨季是在夏天。而基坑施工桩锚体系受力最大的时间正是大量降雨的7、8月份，又恰恰2015年正是北部湾台风最多的一年，雨水远远超过往年，所以天气对基坑失稳垮塌起了叠加的效应。

⑤施工工艺影响：施工单位在施工锚索钻孔的过程中为方便施工采用水钻施工工艺，结果导致土层内沙土流失严重，直接降低了预应力锚索和土壤之间的握裹力，从而影响了锚索的受力性能。

⑥周边环境影响：基坑垮塌部位靠近荣和大地住宅图，小区内道路紧贴基坑，车辆震动荷载也是影响基坑稳定的因素之一，住宅区地下室对锚索施工也造成了较大的影响。

4.2 解决措施

加固措施完成后，按照《建筑基坑支护技术规程》，统计基坑结构部分参数进行稳定性验算，根据计算书荷载，抗拔，抗隆起验算合格，措施有效。

5 经验教训

①基坑支护工程虽然是临时建筑工程，但是一旦发生事故，会给当事人造成相当大的生命财产损失，同时也无法保证主体工程的顺利进行，造成工期延误。建设单位必须应高度重视，给予适当的经济投入；设计单位要综合考虑场地位置气候、环境等可变因素以及主体工程工期的合理性来确定基坑支护的使用年限。

②施工单位在施工工艺的选择上要深刻研究项目工程地质资料，对于沙土含量较高的土质应避免采用水钻工艺，防止水土流失。

6 结语

基坑工程由于其自身复杂性和关键性的特征，存在着一定的施工风险，一旦出现事故将造成不可挽回的灾难和损失。在解决“霖峰壹号”工程项目基坑支护局部坍塌事故时通过分析基坑施工中可能出现的问题，综合考虑了内外在因素，提出合理的施工方案和意外处理应对措施，来以此引起各责任方广泛重视并为防范其他类似事故发生提供参考。