深基坑坍塌事故原因剖析与修复整改

张 华

（绿地地产集团有限公司， 上海 200023）

0 引言

城市建筑工程中通常会有施工场地受限的情况，如项目场地周边有街道、居民楼、车道等，所以基坑工程的安全管理尤为重要[1]。城市建设中，基坑工程一般会采取支护措施，以此保证基坑开挖坑壁的稳定以及周边建筑的安全[2]。而支护方案是基础工程中最为重要的部分，只有合理、有效的支护方案才是基坑工程安全的有力保障。深基坑工程一旦发生坍塌事故对项目本身及社会都有重大影响，如何预防深基坑坍塌事故，保障施工安全，需要不断总结实践经验。

1 工程概况

南宁某广场D 地块项目主要由三栋主楼和沿街商业构成，总建筑面积约为20.5 万m2。本项目中发生基坑坍塌事故的是三栋主楼中的一栋，主楼地上44 层，高度为189.8m，地下5 层，该处基坑深度达22m，支护施工采用桩锚体系为Φ1000 灌注桩@1600、四道锚索的形式。本次基坑支护加固有关的地层地质岩土从上至下依次分布为素填土、圆砾、强风化泥岩、强风化泥质粉砂岩、中风化泥岩。

2 坍塌原因与应急处理

2.1 事故描述

事故于2019年6月8日傍晚发生，广场D 地块北侧基坑局部支护桩发生坍塌，坍塌面长为55m，最大宽度达15m，深度约计17m，塌方总量达45000m³。本次事故直接造成的经济损伤达到570 万元，对工程本身工期造成影响并占用城市主干道半幅，其中四车道共6.5 个月，另半幅占用1.5 个月，对城市整体交通环境造成了较大影响。事故发生前，项目北侧基坑支护数据有异常波动，企业立即通报有关部门，临时对项目周边道路进行交通封闭管制并对人员、车流进行引导分流，现场施工也进行了疏散撤离，因此本次事故无人员伤亡，而从经济损失规模来看，定性为一般安全事故。

2.2 原因分析

经当地政府组织专家组的现场分析判断：本次出现的基坑塌方问题根源在于相邻基坑北侧红线外Φ500 自来水管道长时间漏水，进而使基坑壁土体被浸蚀流失、掏空并使基坑后侧泥岩软化，导致2019年5月24、2019年5月29日两次水管爆裂情况发生，产生较大变形使锚索失效，支护内倾倒塌，造成了本次事故。

2.3 应急处理

事故发生后项目及时有效地采取了一系列应急处理措施。一小时内将事故简要情况进行上报，主要包含事故简要经过、初步原因、伤亡情况、现场处置情况等；启动应急预案成立抢险小组，人力、措施、材料均进行统筹安排；相关总分包单位领导、技术人员都在现场生活工作；每日定时召开抢险例会，对基坑现状进行分析，对当日工作进行总结，并向上级每日提交抢险日报；成立抢险专家组，委托相关专业的权威专家并签订任职协议，专门对项目抢险活动进行指导，由专家和设计人员牵头进行本次基坑坍塌修复方案的制定并向政府进行项目抢险进展汇报。

现场方面进行坑外卸载，在事故稳定后对塌陷区域进行放坡施工，土方单位调整塌陷区坡度，封闭基坑北面、东面的部分道路以减小动荷载，已经形成滑移面的路面暂时不予通行。坑内做回填处理，回填施工进土累计达到30420m³，坑内倒土坑脚反压1000m³。强化周边裂缝处理及变形监测，拓宽监测范围，增设监测点位，增加每日监测频次并委托第三方监测单位、总包单位对数据进行复测，保证数据真实性、有效性。落实专人对周边围护、管线、道路变形状态进行日夜巡视，发现的裂缝则采用沥青、白灰、干水泥和膨润土及时填实处理。

坑内排水，坡面覆盖。本次事故发生时当地恰好是雨季，为预防雨水渗入基坑，使用塑料布覆盖坡面土体并准备了足够数量的抽水设备安排专人全天候值班，负责将坑内积水及时抽出。

3 基坑修复与整改

项目基坑修复、整改施工中，最为关键的目标区域为项目北侧塌方区。事故发生后，迅速组织人员撤离并对周围交通进行协调，避免影响范围扩大，快速翻土反压回填，确保不发生二次灾情，同时进行基坑修复、整改方案的探讨。项目事故发生后迅速制定三个修复方案供讨论选择。

3.1 方案设计

方案1：大开挖，做地下通道，建筑物做永久支护结构。该方案相对施工较为明确、简单，同时能够联通工程中的C、D 地块，工期需要八个月，成本达到2400 万元。通道实现了各处的通行，不论是通道中间还是通道两端都能实现交通，但工程量较大，同时较为集中，工期相对更长，无法实现短期施工；

方案2：结合双排桩与锚索做永久支护，原建筑结构不变。该方案涉及广泛，工期较短，东葛路能够在施工四个月左右的时间内实现全线开通，能够尽快便利交通。本方案中采用的是1600 桩径的双排桩，锚索共5 道，长度为19 到26m。砼扶壁挡墙高度达到10.2m，采用的钢筋土钉及钢花管规格为长9 到12m，直径为25 或50。方案实施后期还需要进行回填施工，结构施工中要考虑到永久地下室挡墙；

方案3：单排桩加锚索作为临时支护，建筑物做永久支护。该方案安全性高，较为可靠，后期地铁施工及改造不会对东葛路造成影响，但是工期较长。该方案中采用的单排桩桩径为2000，共三道锚索，长度为24 到26m，采用的钢筋土钉或者钢花管，直径为25 或者50 ，长度为9 到12m。方案中需要做永久地下室挡墙、抗剪柱与抗拔柱。

3.2 方案对比

三个方案从对交通的影响与施工技术可靠性上对比分析：

1） 交通影响方面，方案一虽然能够使项目中的C、D 地块得到连通，但东葛路会全线封闭，在D 地块支护结构没有完成之前难以实现通车，因此需要封闭8 个月左右；方案二总体工期较短，能够尽早恢复交通，四个月时间就能恢复交通；方案三做永久支护挡墙，工期也达到八个月，安全可靠，同时能够尽早实现东葛路北侧4 车道通车，虽然不能完全通车，但是对交通的影响相较第一种方案更好些；

2） 施工技术方面，对比单排桩与双排桩两种桩施工技术。双排支护桩由两排平行钢筋混凝土预制桩与桩顶帽梁连接构成，双排支护桩构造如同嵌入土中的门型框架，与挡墙、重力坝、帷幕桩等挡土结构物在受力特征上具有明显的差异，单排桩便是挡土结构物中的一种[3]。锚索则是在框架上固定锚杆，通过框架传递到岩土体，岩土体中产生附加应力，对岩土体内应力环境进行调整，由此达成边坡加固的效果。本项目中，双排支护桩、锚索支护施工方案范围超出红线，对之后的地铁施工会造成极大影响，而且锚索一旦发生损坏，支护结构的支护效果也会因此失效，安全性相对较低。因此单排桩在本工程中更加适用，若是使用双排桩，需要减小双排桩排距，会导致桩体两侧土体受压情况发生变化，影响到支护结构的安全性。单排桩加锚索方案与地下连接通道方案从施工技术上相比，前者在造价上更低，施工范围更小、影响更小，因此安全性上相对更高。

综合对比来看，单排桩加锚索方案相对更为优秀，更符合项目的实际状况，对项目周围地下环境影响较小，安全可靠。同时对交通影响小，能够尽早实现部分道路通车且经济成本不高。从交通、施工技术两个方面综合考虑，选用该方案有着明显的社会效益与经济效益，因此一致建议选用方案三。

3.3 施工整改

本项目北侧塌方区选择临时支护方案，为了有效应对修复过程中可能存在的施工问题，展开了补充性的勘探，对岩土参数进行重新勘测。项目基坑支护中，风险相对较高，主要集中在人工填土厚度不均、房屋密集、道路密集、地下水丰富的问题上；同时支护工程范围较大，为了保证施工安全性，在施工中实施信息化管理，保证施工中存在的问题可以及时反馈，进而快速处理。锚索施工应干钻或者跟管钻进，保证孔壁粘结性能，不对边坡岩体造成扰动影响。

4 经验教训

通过此次坍塌事故得出了不少经验，与重大安全问题相关的基坑方案设计需要充分考虑安全性，对基坑设计中现场各种不利因素需要充分评估，经济指标应在安全性之后考虑。方案设计中要有一定的安全富余度，报规方案、专家评审方案、实施必须统一，降本优化方案必须在报规及专家评审之前。基坑周边要预先保护，如果在基坑范围中存在军缆、燃气管、水管等管线，不能因考虑费用、手续复杂等原因而放弃采取有效的保护措施，必须采取可靠有效的措施予以保护。

施工质量管控，要重视支护桩间泄水口观察，一旦阻塞导致土体中水没有及时排出，会使土体塑化，主动土区压力提升。预应力锚索锁具长度应该根据设计图纸要求，一旦出现了变形要补充预应力，锚索和锁具要做好防护处理，预防滑移、脱落。

地勘作业要保证全面，作为设计的根据，勘探单位要对红线之内土质进行勘探，同时基坑外锚固端也要做土质勘探，要充分考虑泥岩在遇水饱和软化下的情况下，指标会迅速降低的可能，因此勘探提供的对应关键参数应考虑一定系数的折减，这对锚杆的设计至关重要。锚固端到锚索自由端要分配合理，锚索上下间距合理，锚索或锚杆不能超过红线，更不能在超红线的前提下做永久支护。

根据规范及设计要求进行布点检测。监测单位必须根据规范要求、设计图纸对各级基坑范围展开环境检测，数据要保存完好，尤其是难度大、造价高的测量分项比如锚杆应力、深层土水平位移、周边管线变形等。

关注与水有关的变化状况，基坑坍塌、围护结构变形有许多原因都是与水有密切关系，一般发生管道渗水或者爆裂、坑外水位下降、坑内渗水等要引起高度关注，当即采取有效措施预防事故扩大。

5 结束语

通过上述修复整改措施，项目的基坑得到有效修复，达到了周边交通要求以及安全要求，同时项目后续工作顺利展开。本次工程修复整改中，设计方案更加重视支护方案的安全性与可靠性，尽量避免施工过程中的安全问题发生，保障了有关预防措施，也为集团后续类似基础设计与施工及应急响应提供了宝贵经验。