基坑支護(hù)工程事故分析

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摘要：以徐州某基坑工程為例，敘述了在土方開挖過程中采用爆破法拆除老舊基礎(chǔ)、基坑支護(hù)效果及采取的應(yīng)急措施。從爆破振動(dòng)影響、支護(hù)結(jié)構(gòu)調(diào)整、降水不到位、提前開挖及地表水回流等方面對支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的原因進(jìn)行了分析，得出在可液化的粉土層場地爆破振動(dòng)的影響是導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的重要的因素。

關(guān)鍵詞：基坑支護(hù)；粉土液化；爆破振動(dòng)；老舊基礎(chǔ)；位移；傾斜

1工程概況

某大廈位于徐州火車站廣場西北角，該建筑物由主樓及裙樓兩部分組成。主樓地面上33層，地下2層，基坑開挖深度8.2m；裙樓地面上7層，地下1層，基坑開挖深度5.5m。該工程支護(hù)結(jié)構(gòu)施工于某年8月開工，次年2月竣工。土方開挖于次年3月開始至6月底結(jié)束。基坑開挖過程中遇埋深較大舊房基礎(chǔ)。

2工程地質(zhì)條件與水文地質(zhì)條件

2.1工程地質(zhì)條件

根據(jù)鉆探及靜力觸探揭露，基坑開挖影響范圍內(nèi)的巖土層自上而下依次為：（1）雜填土，含碎磚瓦，爐灰渣，建筑垃圾，局部表層為水泥地坪、舊房基等，以粉土充填，松散—稍密，分布整個(gè)場區(qū)，厚度平均為1.87m。（2）粉士，黃色，很濕—飽和，松散，可液化層，厚度平均4.19m。（3）粉土，黃色，飽和，稍密，夾粘士，可液化層，厚度平均5.3m。（4）粉土，黃色，稍密，可液化，厚度平均2.52m。（5）粉土，黃色，飽和，中密，非液化層，層厚平均3.50m。（6）粘土，褐黃色，灰黃色，姜黃色，飽和，可塑，厚度平均1.82m。（7）粘土，姜黃色，他和，硬塑，厚度平均4.84m。

2.2水文地質(zhì)條件

場地地下水由兩部分組成，第四系孔隙潛水及奧陶系基巖裂隙水。地下潛水水位年變幅平均為0.34~1.5m。在鉆探期間測得場地地下水(潛水)水位埋深一般為0.6~2.2m，平均1.66m，穩(wěn)定水位高程為38.12~39.92m，平均38.80m，整個(gè)鉆探過程中未能測得到初見水位，地下水主要來自周圍環(huán)境用水，水量不大。

2.3主要工程地質(zhì)問題

（1）局部舊房基礎(chǔ)埋深較大，下部存留塊石將給沉樁帶來一定困難。（2）15m以淺的粉土層即層②、層③及層④為可液化土層。

3基坑設(shè)計(jì)方案

根據(jù)基坑開挖深度及周圍環(huán)境的不同將基坑分為兩個(gè)區(qū)：一區(qū)（主樓部位）支護(hù)結(jié)構(gòu)采用排樁（鉆孔灌注樁）+角撐（鋼支撐）+止水帷幕（水泥土攪拌樁）；二區(qū)（裙樓部位）支護(hù)結(jié)構(gòu)采用重力式水泥土攪拌樁擋土墻；一區(qū)與二區(qū)相接部位采用放坡[1]?；觾?nèi)采用管井進(jìn)行降排水[2]。

4基坑開挖及支護(hù)效果

4.1基坑開挖

基坑開挖于3月12日開始，6月底結(jié)束。在此期間，4月26日前開挖了一區(qū)第一層(-4.5m以上)土體和二區(qū)大部分土體，4月26日起開挖了一區(qū)第二層（-4.5m以下)土體以及淺區(qū)殘留土體。在整個(gè)開挖過程中存在下列問題：（1）開挖過程中，由于在基坑的東部遇到大面積砼基礎(chǔ)，該基礎(chǔ)長約42m，寬約12m，厚約1.5m。自4月25日起，土方開挖單位采用爆破法拆除，歷時(shí)7d，使用2000余發(fā)雷管。在爆破的過程中發(fā)現(xiàn)如下異?，F(xiàn)象：①西側(cè)樓房內(nèi)的居民反映墻體產(chǎn)生了裂縫、夜間聽到了墻體開裂的聲音、天花板上有水泥砂漿碎片掉落以及門窗變形難以開關(guān)等現(xiàn)象。②地下水水位升高，攪拌樁外側(cè)放坡的坡面上有水滲出，坡腳的土體能看到如火山口似的小泉眼，水體混濁。③圈梁頂面發(fā)現(xiàn)有剝落的水泥土加固體碎塊。（2）降水未達(dá)到設(shè)計(jì)要求就進(jìn)行一區(qū)第二層土方開挖。（3）圈梁砼未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度就進(jìn)行一區(qū)第二層土體開挖。（4）卸荷平臺未按要求處理及地表水回灌等。

4.2基坑支護(hù)效果

由于受上述因素的影響，基坑開挖后基坑支護(hù)的效果沒有滿足設(shè)計(jì)要求，主要表現(xiàn)在下述幾個(gè)方面：（1）支護(hù)樁在垂向上雖未發(fā)現(xiàn)較明顯的傾斜，也沒有發(fā)現(xiàn)樁被剪斷，但圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體水平位移及地面沉降較大，支護(hù)樁樁頂水平位移最大達(dá)340mm，地面沉降最大達(dá)到150mm。一區(qū)第二層土開挖后，支護(hù)樁之間水土流失現(xiàn)象嚴(yán)重。（2）西側(cè)三棟樓房受到不同程度的影響。市危房辦8月4日公布的資料如下：西側(cè)三棟樓房于6月19日趨于穩(wěn)定，各棟樓房受影響的程度分別為：1#樓：屋面開裂最大為6.5cm，上下錯(cuò)位5cm，墻錯(cuò)位4cm，北墻傾斜超過標(biāo)準(zhǔn)。2#樓：向東傾斜2.1~2.4cm，室外地坪開裂。3#樓：向東傾斜2~3cm，一樓東頭室內(nèi)地坪開裂0.8cm。1#樓判定為危樓應(yīng)拆除重建。

4.3采取的搶險(xiǎn)措施

（1）堵漏：隨著一區(qū)第二層土體開挖范圍的加大，基坑開挖后暴露時(shí)間的延長以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移的增加，一區(qū)圈梁以下樁間漏水點(diǎn)增多，水土流失現(xiàn)象逐漸加重，為此對漏點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控封堵。對一般性的漏點(diǎn)用磚砌體封堵(砂漿摻早強(qiáng)劑)，對水土流失嚴(yán)重的漏點(diǎn)，用預(yù)制鋼板加磚砌體進(jìn)行封堵。（2）斜支撐：根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況及有關(guān)會(huì)議紀(jì)要的精神，在一區(qū)的西側(cè)與南側(cè)做了12個(gè)斜支撐。增加支撐后，一區(qū)南側(cè)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移得到了控制，而西側(cè)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的位移仍以5~10mm/d的速度增加。（3）砼扶壁擋墻：為了控制一區(qū)西側(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移及水土流失，在西側(cè)做一道鋼筋混凝土扶壁式擋墻。

5事故分析

依據(jù)現(xiàn)場施工的實(shí)際情況，結(jié)合相關(guān)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，現(xiàn)從爆破振動(dòng)影響，支護(hù)結(jié)構(gòu)調(diào)整、降水不到位、提前開挖及地表水回流等因素方面，分析導(dǎo)致西側(cè)房屋墻體開裂、整體位移及傾斜的原因。

5.1爆破對基坑支護(hù)的影響

工程勘察報(bào)告顯示：基坑施工影響范圍內(nèi)的地基土主要為飽和，松散—稍密狀態(tài)的粉土，夾粘土，局部與粘土互層，所夾的粘土為飽和、軟至流塑狀態(tài)。15m以淺的粉土為可液化土。在爆破振動(dòng)作用下，飽和、軟—流塑狀態(tài)的粘土?xí)霈F(xiàn)蠕變現(xiàn)象，失水穩(wěn)定時(shí)間長，而松散飽和的粉土孔隙水壓力驟然上升，有效應(yīng)力相應(yīng)減小，抗剪強(qiáng)度降低[3-6]。隨著爆破振動(dòng)時(shí)間的延長，孔隙水壓力逐漸積累，甚至抵消有效應(yīng)力，土體完全喪失抗剪強(qiáng)度，土粒處于懸浮狀態(tài)，從而呈現(xiàn)出近于液體的特性，導(dǎo)致主動(dòng)土壓力突然增大，被動(dòng)土壓力驟然減少，支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移大大增加。由于止水樁的強(qiáng)度相對較低，隨著支護(hù)結(jié)構(gòu)位移量的加大，止水樁之間的連接被削弱。爆破振動(dòng)也使房屋的結(jié)構(gòu)及止水樁樁體受到破壞，而被破壞的止水樁在驟然上升的孔隙水壓力作用下被擊穿，出現(xiàn)了水土流失現(xiàn)象。導(dǎo)致房屋發(fā)生不均勻沉降，并出現(xiàn)了傾斜、位移及墻體開裂[7]。

5.2支護(hù)結(jié)構(gòu)的調(diào)整對基坑支護(hù)的影響。

原基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一區(qū)南側(cè)東端、西側(cè)北端及西南角均設(shè)有角撐。角撐除了改變支護(hù)樁的內(nèi)力，使懸臂結(jié)構(gòu)形式成為單支點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，同時(shí)也可限制支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移。一方面通過錨固作用，將各端點(diǎn)（圖中的B點(diǎn)與G點(diǎn)）由自由端變成錨固端，限制各端點(diǎn)的位移，使支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體位移量減少，另一方面可減輕長邊效應(yīng)，使支護(hù)結(jié)構(gòu)的最大位移量減小[8-9]。甲方及監(jiān)理以影響地下室防水施工及土方開挖為由，將南側(cè)東端及西側(cè)北端的角撐去掉，并以三角形承臺代替原角撐，并將西南角角撐由二道改為一道。同時(shí)每隔8m將所對應(yīng)支護(hù)樁的樁徑由800mm調(diào)為1000mm、樁長由13.30m調(diào)為18.45m。但開挖后三角承臺處的位移仍高達(dá)139mm。

5.3降水對基坑支護(hù)的影響

按設(shè)計(jì)要求只有當(dāng)基坑內(nèi)水位降至底板下1m(一區(qū)水位在-9.55m，二區(qū)水位在-6.85m)方可按進(jìn)行土方開挖?？墒窃?月26日開始將一區(qū)土體開挖至-8.55m時(shí)，降水井內(nèi)的水位約在-7.5~-8.0m。由于強(qiáng)行帶水開挖，使被動(dòng)區(qū)土體擾動(dòng)，破壞了被動(dòng)區(qū)土體的原狀結(jié)構(gòu)，降低了土體的抗剪強(qiáng)度及圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，加大了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體位移[10]。

5.4圈梁砼強(qiáng)度低時(shí)開挖對圍護(hù)結(jié)構(gòu)的影響

圍護(hù)樁頂圈梁砼于4月21及4月22日澆筑。4月26日及28日夜間就進(jìn)行土方開挖。因圈梁砼齡期短，強(qiáng)度較低，于4月29日晨發(fā)現(xiàn)西南角支撐處圈梁砼有3~5mm裂縫，其它部位有裂紋。隨著基坑開挖范圍加大及時(shí)間的推移，已帶縫作業(yè)的圈梁終被剪斷，其它部位的裂紋增多變寬，失去了圈梁將支護(hù)結(jié)構(gòu)連成整體，限制并協(xié)調(diào)變形的作用。使得支護(hù)結(jié)構(gòu)被分成三段，除西南角角撐外，其余兩段的兩端均成了自由端，從而加大支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體位移。

5.5地表水回流對基坑圍護(hù)的影響

按設(shè)計(jì)要求卸荷平臺在開挖后應(yīng)在平臺坡角處砌排水溝，坡面用砂漿抹面。實(shí)際上，3月20日開挖卸荷平臺，5月10日才用砂漿抹面，7月16日才砌排水溝。雨水、無序排放的生活污水匯集在卸荷溝內(nèi)并向下滲透。基坑開挖后，在基坑外側(cè)產(chǎn)生裂縫，儲存及抽排至沉淀池內(nèi)的施工用水、雨水和生活污水沿裂隙下滲。兩股下滲的水使得坑外水位迅速上升，并保持較高的水位，增大了主動(dòng)區(qū)的側(cè)壓力，加大了支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移[11]。

6結(jié)論與建議

6.1結(jié)論

綜上所述，導(dǎo)致基坑西側(cè)房屋墻體開裂、整體位移及傾斜的因素很多，但最重要的因素是爆破振動(dòng)，其次為支護(hù)結(jié)構(gòu)調(diào)整、降水不到位、提前開挖及地表水回流等因素。正是在爆破振動(dòng)的作用下使可液化的粉土層產(chǎn)生液化，導(dǎo)致土體的抗剪強(qiáng)度及圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性降低，加大了支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移，同時(shí)爆破振動(dòng)損害了房屋的結(jié)構(gòu)，破壞了止水樁的止水效果，導(dǎo)致了水土流失現(xiàn)象的發(fā)生，從而使房屋產(chǎn)生不均勻沉降。

6.2建議

（1）基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工前應(yīng)對場地內(nèi)存在體積較大的地下障礙物進(jìn)行拆除，基坑開挖過程中若遇到老基礎(chǔ)不應(yīng)采用爆破的方式拆除，宜采用靜力爆破或其他振動(dòng)破壞作用小的方式進(jìn)行。（2）基坑支護(hù)工程是個(gè)系統(tǒng)工程，各參建方應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)及規(guī)范要求開展工作，若有調(diào)整應(yīng)由具有相應(yīng)資質(zhì)的單位做出，不應(yīng)隨意調(diào)整或變更。

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作者：趙洪君 王宏沛 張強(qiáng) 單位：徐州基樁工程公司