广东省某内支撑基坑工程事故案例分析

朱玉清

深圳市工勘岩土集团有限公司 广东 深圳 518000

1 工程概况

广东省某内支撑基坑周长约800m，面积约4万m2，拟开挖3层地下室，支护深度13.3m，基坑支档结构为排桩加两道内支撑的形式，该基坑于2019年4月1日发生了基坑坍塌事故。基坑平面布置如图1所示。

图1 内支撑平面布置图

2 事故过程描述

2.1 基坑坍塌事故过程描述

事故发生时，二区的土方已开挖至设计坑底标高；一区的基坑已施工完成第二道支撑，土方标高还处于第二道支撑底部的位置。现将该事故从发现险情，到基坑坍塌发生各阶段情形，按时间节点描述如下：

现场发现险情: 2019年3月31日上午7:20, 现场安全人员在基坑安全巡查时发现南侧基坑外18m处临时道路出现长约21m、宽约2mm的微小裂缝。2019年3月31日中午12:00, 监测发现裂缝宽度已达到8mm。

险情继续发展: 2019年3月31日下午2:20, 基坑东侧第二道内撑梁（A梁）与斜八字撑交接部位出现突发压碎现象。2019年3月31日晚上7:00, 监测数据显示坑顶临时道路裂缝已经达到1.5公分。2019年4月01日早上0:10, 监测数据显示坑顶临时道路裂缝已经达到3.0公分，且变形速率加快。

险情进一步发展: 2019年4月01日早上2:40, 基坑第二道支撑B支撑突发开裂。

基坑坍塌: 2019年4月01日早上3:30, 在工地南侧大门一段基坑发生坍塌，无人员伤亡。

2.2 基坑坍塌范围及坍塌后的状态描述

基坑坍塌面积总共约为4895.09m2。其中基坑外部坍塌面积约2558.71m2，坑外地面最深下沉高度为5.48m；支护桩偏移总数为60根，桩偏位距离为4.7m~11.56m。

3 理论分析

现对于基坑支护设计方案进行计算复核研究。地层情况如下:

1.1，填土层,厚度0.7m~9.4m，松散，γ=18.0-19.0(KN/m3)；1.2，填砂层，厚度7.5m~9.4m，松散，γ=18.0-18.5(KN/m3)；2，淤泥层，厚度15.5m~40.5m，饱和、流塑，γ=16.6(KN/m3)，C=10.8(kPa), Φ=2.8(度)；3.1，中、细砂层，厚度1.7m~16.8m，γ=18.0-18.5(KN/m3)，C=3-4(kPa),Φ=30-32(度)；3.2，灰色粉质粘土层，厚度2.0m~11.0m，软塑，γ=18.3KN/m3)，C=23.1(kPa), Φ=5.4(度)；3.3，粉质粘土层，厚度0.5m~5.3m，硬塑，γ=18.8KN/m3)，C=22.7(kPa),Φ=8.4(度)；4，粗砂层，厚度1.7m~10.6m，饱和、密实，γ=19.5-20.0KN/m3)， Φ=36-38度)。

支撑梁混凝土强度等级为C35，单跨长度11m~13.5m，梁截面尺寸均为1.0x1.0m，且配筋率仅满足构造，箍筋符合规范要求，按照《砼规》6.2.15条，进行轴向受压构件承载力复核[1]。

基于plaxis 3d软件对基坑各工况进行数值分析。

第一步，二区土方开挖至基坑底部，一区土方开挖至第二道支撑底，计算结果如下：

图2 第二道支撑梁轴力计算结果

计算显示第二道内支撑A梁支撑轴力为25070KN，B梁支撑轴力为13000KN,承载内力分析如下：第二道支撑A梁，承载力设计值为14128.20~14579.10 KN，极限承载力为19796.12~20428.20 KN，设计安全系数为0.564~0.581，极限安全系数为0.790~0.815；第二道支撑B梁，设计安全系数为1.087~1.121，极限安全系数为1.523~1.571。

由此可见，第二道支撑A梁承载力已不满足设计要求，发生破坏的概率极高，B梁尚具有一些安全储备。实际上支撑梁为偏心受压构件，附加弯矩集中在各节点，则其破坏形式主要为压弯脆性破坏，既支撑梁端发生混凝土压碎，与现场实际情况吻合[2]。

第二步，当第二道支撑A梁失效，计算结果如下：

图3 第二道支撑的A梁失效后，第二道支撑梁轴力计算结果

支撑体系内力重分配，B梁支撑轴力增加为25130KN,承载内力分析如下：

第二道支撑B梁，设计安全系数为0.563~0.580，极限安全系数为0.788~0.813。

由分析可得，第二层的 B梁将分担更多的压力，导致其承载能力不足，发生压弯破坏[3]。

第三步，第二道支撑的A梁和B梁都失效，计算结果如下：

第二道支撑的A、B梁失效以后，内力再重新分配，第一道道内支撑A梁轴力为25540KN，B梁轴力为11060KN,承载内力进行分析如下：

第一道支撑A梁，设计安全系数为0.554~0.570，极限安全系数为0.775~0.800；第一道支撑B梁，设计安全系数为1.278~1.328，极限安全系数为1.790~1.847。

由分析可得，此时第一道支撑的A梁受力超标从而破坏。根据第二道支撑体系内力重分布的特征，可以判定，在第一道支撑的A梁失效后，同一层的B梁也会内力增大至发生破坏[4]。

4 结束语

根据计算分析，发现原基坑支护设计方案中，内支撑平面体系布置不合理，局部支撑构件受力过于集中，导致内支撑中的薄弱节点处先发生压弯破坏，再引起临近支撑构件发生“各个击破”的连锁破坏反应，最终导致相应区段基坑发生垮塌。

基坑内支撑平面布置的合理性是基坑支护设计的一项重要指标，在现实工作中，有少数岩土工程师结构力学概念不清晰，且计算分析往往仅建立在剖面计算的基础上，其支撑间距及刚度等参数的取值也未必合理，同时又忽略了对内支撑平面体系的受力分析，导致支撑体系受力不合理，使局部支撑构件受力过于集中，从而发生了基坑结构性破坏。