某基坑支护失稳事故分析与研究

马 龙

（甘肃省建筑设计研究院有限公司，甘肃 兰州 730030）

1 概述

我国黄土分布较为广泛，湿陷性黄土约占整个黄土分布面积的60%，尤其在我国西北陇东、陇西地区是一种普遍分布的特殊性岩土，具有分布广泛，厚度巨大的特点，其主要物理力学性质主要表现为低含水量、高孔隙度和碳酸盐含量高的粉质壤土，因之遇水有崩解湿陷的特性[1]。这一特性，决定其对工程建设存在一定的安全风险及难度。尤其在基坑开挖过程中，容易造成基坑失稳坍塌事故的发生，对社会及人身财产等安全造成一定的损失。

本研究以某一事故基坑为例，从工程地质条件、支护设计、施工等各个角度进行了详细分析，阐明坍塌事故的原因，并提出一定的建议，为当地基坑支护设计提供一定的借鉴经验。

2 工程概况

项目场地位于定西市安定区新城区内，拟建物呈矩形分布，基坑长度约为70 m，宽度约为50 m，建筑面积约为19 374.00 m2，设置一层地下车库，基坑开挖深度约为6.8～7.2 m，基坑北侧为定西路，南临惠民家园，东临中国人寿办公小区，西侧为区供电公司用地，周边环境相对较为简单。基坑周边具体环境概况如下。

（1）基坑东侧为中国人寿办公区围墙，围墙距离建筑外墙线约为4.0～5.5 m，围墙外侧4.0 m 后为一8 层和3 层办公楼，均为桩基础；

（2）基坑西侧为区供电公司用地，场地空旷；

（3）基坑南侧为2 层工地临时办公用房，距离地下外墙线距离约4.5 m，其他区域较为空旷；

（4）基坑北侧为定西路，道路边线距离地下室外墙线大于10.0 m。

3 工程地质条件

3.1 气象资料

定西市位于甘肃省中部，北与兰州、白银相连，东与平凉、天水毗邻，南与陇南接壤，西与甘南、临夏交界，面积20 330 km2。全区地处黄土高原西部边缘地带和西秦岭末端，以渭河为界，形成中北部黄土丘陵干旱区和南部高寒阴湿区2 种自然类型，海拔在1 640～3 900 m。定西气候属温带半湿润和中温带半干旱区，东南暖湿气流受阻，大陆性气候明显，年平均气温5.7～7.7 ℃，年总降水量400～600 mm 且集中在夏秋两季，干旱少雨、蒸发量远大于降水量。境内地势由南向北倾斜，地形复杂，南北气候差异大，东南暖湿气流受阻，大陆性季风气候显著，该区域生态环境脆弱，极端天气频发，区域气候对全球气候变化的响应十分敏感[2]。

3.2 场地地质条件

根据场地勘察报告揭露地层显示，拟建场地地层自上而下依次分布如下。

（1）素填土层（Q4ml）:厚度0.50～1.00 m。该层分布于整个场地。黄褐色，稍湿、稍密，以粉土为主，含少量建筑垃圾、卵石颗粒等。土质均匀性较差，为人工近期填筑而成，现场地面进行了整平，该部分已基本挖除。

（2）黄土状粉土层（Q4al+pl）：厚度15.80～21.20 m。该层分布于整个场地。

浅黄色，稍湿—湿，稍密—中密，土质较均匀，摇振反应中等，无光泽反应，干强度低，韧性低。

综上，该场地为典型的湿陷性黄土场地。

3.3 地下水分布

该区地下水为阶地型潜水，主要含水层为角砾层。勘察期间，地下水埋深17.20～22.90 m，地下水年内变化幅度为1.0～1.5 m，地下水位于基坑筏板底面以下，本次基坑支护不考虑地下水对基坑开挖影响。

4 基坑支护设计方案

4.1 计算依据

根据地勘报告提供的基坑支护设计参数见表1。

表1 基坑支护设计参数

4.2 基坑支护设计

根据对现场基坑周边环境的调查，现场实测周边道路、邻舍及建筑物分布、基础特点，支护设计考虑了施工空间、施工人员安置以及施工荷载等因素，结合勘察工程地质条件，采用“土钉墙及放坡”等方式进行支护。

典型断面如图1 所示，基坑支护设计采用理正深基坑7.0 软件进行验算，最后一工况安全稳定系数为1.337，满足规范最小安全系数要求[3]。

图1 基坑支护典型断面

5 基坑支护失稳分析

5.1 基坑支护失稳原因分析

在基坑开挖过程中，基坑支护发生局部失稳塌方事件，塌方位置位于场地东部中国人寿办公区侧，塌方长度约为20 m，塌方时基坑开挖深度约为6 m，塌方高度约为4.0 m，塌方后侧土体滑塌范围约为2.0 m，塌方前后现场如图2—3 所示。

图2 失稳前现场照片

图3 失稳后现场照片

根据塌方后现场情况进行详细调查，分析主要原因有以下几个方面：

（1）根据当地气象资料显示，基坑开挖过程定西市正值雨季（2015 年7 月），基坑开挖前，场地内经过多日降雨影响，大量雨水自基坑顶部渗入坡体后侧，坡后土体含水率增加，造成坡后土体孔隙水压力增加，直接导致基坑坍塌事故发生。

定西城区年降雨量分配极不均匀，各季相差悬殊，其中汛期（7—9 月）降雨量占全年降雨量的70%，其他月份占全年降雨量的30%，当年11 月至次年3月份，基本无降雨[4]。

根据气象资料统计，2015 年定西市6—7 月份（施工期）降雨天数多达20 d，并多次出现雷雨及中雨天气。

施工期正值雨季，增加了基坑塌方风险因素，也是导致本次基坑事故的诱导原因。

（2）根据基坑东侧中国人寿办公区园区调查结果，办公区内含多个排水管沟，排水管沟自场地周边引至塌方区顶部后再引出至周边道路，事发前，雨水汇集至基坑顶部后，雨水管无法及时排出，造成漫灌，雨水自基坑顶部裂隙渗入基坑侧壁，直接导致基坑支护结构无法承担墙后土压力，导致基坑墙体破裂坍塌。通过对中国人寿园区场地进一步调查，园区场地标高最低点位于基坑坍塌位置正中处，基坑支护前未调查清楚此种情况也是导致此次事故发生的原因。

（3）坍塌后侧壁土钉孔壁揭露情况显示，土钉成孔孔壁基本完好，土钉钢筋及注浆体被拔出，钢筋裸露于坡面，土钉注浆饱满度严重不足，强度达不到设计要求，土钉无对中支架，土钉偏离注浆体，土钉侧阻力无法发挥其有效作用力，如图4—5 所示。

图4 基坑坍塌细部图

图5 注浆体细部图

根据现场调查反馈，成孔后土体侧壁含水率较高，成孔后局部缩孔严重，地层条件变化时，未引起重视，未采取有效处理措施，加之注浆质量严重不足，最终导致基坑失稳坍塌，土钉墙未发挥其支护作用。

（4）基坑顶部侧壁揭露土层显示（如图6 所示），基坑顶部坍塌主要以竖向垂直裂缝为主，坍塌范围以外土体未发生明显水平位移。调查显示，基坑侧壁发生失稳位置位于上部建筑物基础灰土换填与原土交接位置，勘察范围位于拟建建筑物主体范围以内，勘察阶段未探明基坑开挖范围外侧土体的变化，为本次基坑支护失稳埋下安全隐患。雨水自灰土与黄土状粉土间隙渗入土体深部，上部以竖向切割为主，形成垂直裂缝，下部土体含水率明显增多，土体饱和，强度降低，发生失稳。

图6 基坑顶垂直裂缝

（5）基坑支护施工过程直至基坑失稳前，现场未委托第三方单位对基坑进行变形监测，无法对该基坑变形进行预测，最终导致该基坑失稳。

5.2 对基坑支护设计及施工的建议

（1）湿陷性黄土地区基坑支护设计，应注意对周边环境调查，摸清周边场地排水方向，严禁坑顶地表水汇集于坡顶。

（2）勘察应严格按照现有规范要求，对基坑外1～2 倍范围内进行勘察取样，详细探明周边地质情况，如有异常应及时反馈。

（3）施工过程应严格把控施工质量，加强监管，严禁偷工减料。

（4）施工过程，如遇地质条件发生改变，应引起足够重视，动态信息化管理，及时调整支护设计。

（5）严格按照GB 50497—2019 标准[5]要求，对基坑进行变形监测，实时预测基坑变形发展趋势，减小基坑失稳概率。

（6）湿陷性黄土地区基坑支护设计，尤其是主城区基坑支护设计，应适当增加安全储备，减少周边环境变化或其他不良因素对基坑安全性的影响。

6 结语

湿陷性黄土在我国西北陇东、陇西地区是一种普遍分布的特殊性岩土，其遇水有崩解湿陷的特性，尤其在基坑开挖过程中，易造成基坑失稳坍塌事故的发生，对社会及人身财产等安全造成一定的损失，基坑支护设计及施工应相结合，不断完善其理论及实践的研究。

（1）水的因素是导致湿陷性黄土地区基坑失稳的主要外界因素，施工过程应加强基坑防排水设计，尤其应注意基坑外围地表水排向。

（2）基坑支护施工，应严格按照设计要求，保证土钉、锚杆等锚固体成孔直径、注浆饱满度。

（3）勘察过程应严格按照相关规范要求，对基坑周边地质情况进行详细调查及勘测，探明周边地质情况。

（4）基坑支护施工过程中，地层条件变化时，应引起足够重视，并采取有效处理措施。

（5）施工过程应对基坑周边环境进行变形监测，实时预测基坑变形发展趋势，减小基坑失稳概率。