深基坑支护工程事故原因分析与处理加固实例.kdh
随着城市建设中高层建筑逐渐增多及城市用地越来越紧张，为充分利用地下空间，近几年来，基坑工程向更大、更深的趋势发展越来越明显。基坑支护的成败不仅仅涉及到基坑本身的安全和基坑中新建建筑物基础的施工，而且还会对周边建筑物和市政设施造成影响。近年来基坑工程事故时有发生，
基坑支护工程已经成为目前岩土工程中的一个热点问题。
基坑支护工程涉及的方面较多。基坑设计既涉及到土力学中典型的强度、稳定与变形（与时间有关的）问题，又涉及到土与支护结构的共同作用问题；而基坑施工又多在建筑密度大、场地狭小的条件下进行，使得施工难度大、质量不容易保证。现场条件复杂多变，要求基坑支护的整个施工过程是一个动态设计、动态监测、动态施工的过程，即设计人员根据现场实际变化情况及监测结果及时修改设计；施工过程中随
深基坑支护工程事故
原因分析与处理加固实例
祁亮山1葛自力1张继文2马希飞2赵海生2
（1.郑州煤炭工业（集团）有限责任公司，河南郑州450005；2.河南省建筑科学研究院，河南郑州450053）
【摘要】由于对基坑支护工程动态变化的认识不足，
且对基坑变形的监测工作重视不够，从而造成了某基坑工程事故。基坑工程施工中要注意其动态变化特性，并重视基坑变形的监测工作，以便将问题处理在发生事故之前。在事故处理时必须分析清楚事故原因，并采取相应的处理措施。
【关键词】深基坑；
事故；分析；处理【中图分类号】TU712+.4；TU473.2
【文献标识码】B
【文章编号】1671－3702
（2009）10－0026－05作者简介：祁亮山，男，高级工程师，郑州煤炭工业（集团）有限责任公司郑州煤电长城房地产开发投资有限公司副总经理，主要从事房地产开发工作。
第27卷2009年第10期
C
案例分析ase Analysis
Analysis and Treatment of a Deep Foundation Pit Accidents
QI Liang-shan
GE Zi-li
ZHANG Ji-wen
MA Xi-fei
ZHAO Hai-sheng
(1.Zhengzhou Coal Industrial (Group)Co.,Ltd.,Zhengzhou,Henan,450005,China;2.Henan provincial Academy of Building Research,Zhengzhou,Henan,450053,China)
Abstract:Insufficient understanding for the vary factors related foundation pit safety,and paying no attention to the monitoring of pit deformation,resulted in an accident of a foundation pit.To avoid the occurrence of accidents,the dynamic changes in the pit should be taken notice of,and the monitoring of pit deformation should be attached great importance to.Before treatment of a pit accident,analysis on the causes of accident must be made t clearly.
Keywords:deep foundation pit;accident;analysis;treatment
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时进行监测并将结果及时反馈给设计人员修改设计；施工人员根据设计变更及监测结果及时采取适当的措施。其中任何一个环节的脱节都可能造成基坑支护工程的失败，从而造成重大的基坑工程事故。
笔者结合某基坑工程事故实例，通过事故原因分析，来说明基坑工程的动态设计、动态监测和动态施工的重要性。
1基坑工程概况
1.1概述
该基坑工程位于郑州市城市黄金地段，基坑平面形状为L形，东西方向长267m、宽58m，南北方向长278m、宽85m，深度大部分区域为10.2m，个别区域为11m，其平面位置如图1所示。
1.2工程水文地质条件
根据工程地质勘察报告，该场地地貌单元属第四系冲积平原，基坑工程影响范围内的地层构成主要以第四系全新统的杂填土、粉土和粉质粘土、细砂等组成，自上而下土层名称及厚度分别为：①杂填土，1.9m；②粉土，1.3m；③粉土，1.5m；④粉土，1.8m；⑤粉土，2.1m；⑥粉质粘土，4.1m；⑦粉土，1.8m；⑧弱泥炭质粉质粘土，6.7m；⑨细砂，10.0m。根据土的物理力学指标，该场地上部地质条件较差，地层结构较松软，粉质粘土层呈软塑，局部为流塑。
本场地地下水分潜水和承压水两种，其中潜水埋藏在15m以上的粉土及粉质粘土层中，勘察期间水位2.4～3.0m；承压水主要埋藏在20～30m的第9层细砂层中，稳定水位8.5m。
1.3支护设计
由于本工程周边有建筑物及道路管线，且上部土层的土质较差，特别是位于基坑底部的第6层土为软塑土，造成基坑安全及工程造价的矛盾。经过方案综合比较，根据该工程的特点，基坑支护采用上部放坡加土钉墙支护、下部桩锚支护的方式（见图2）。
1）土钉墙
放坡高度5.5m，坡度1∶0.3，自上而下共设4排土钉，土钉直径130mm，水平间距1.5m，上下间距1.3m，长度分别为7、7、7、4.5m。
2）桩锚
排桩采用直径800mm、桩长15.6m（穿透第8层的弱泥炭质粉质粘土而进入细砂层中）的钻孔灌注桩，桩间距2m；锚杆采用24.5m长（锚固长度18.5m）、直径260mm的锚索，布置间距同排桩间距。
3）止水帷幕
由于上层潜水较浅，为了防止降水对周边建筑物
图2
基坑支护剖面图
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及道路管线等造成影响，在排桩外侧设置了两排桩长为11.5m （桩端进入相对不透水层第⑧层弱泥炭质粉质粘土层中）、桩径500mm 的深层搅拌桩互相咬合形成的止水帷幕。1.4基坑施工
本基坑工程于2006年7月与新建工程的桩基同时开始施工，于2006年12月除转角处外开挖支护完毕。由于转角处的上部建筑功能改变，该处的基础因等待设计修改一直未进行施工，直至2008年8月设计变更完成并进行补桩后，于2008年10月开始开挖该段。该工程的基坑事故就发生在这个部位。2事故描述
上部土钉墙部分于2006年12月已经施工完毕，－5.5m 以下的基坑开挖工作从2008年10月5日开始，由冠梁顶部开挖，一次开挖深度控制在1.5～2.0m 。当开挖至－10.5m 时，基坑中点的最大水平变形为19mm 左右。2008年10月19日，当转角处的西半部（见图3中的破坏加固段对应的基坑部分）基坑开挖至－13m 时，
离基坑边约11m 处的地面发生明显裂缝，裂缝位置如图3所示，裂缝与基坑之间土体已明显下沉约100mm ，该段中部的冠梁和桩身距桩顶下约10.5m 均发生开裂。
开挖时进行了冠梁水平变形观测，其冠梁中点水平变形随时间及开挖深度变化曲线分别如图4、图5所示，变形是从－5.5m 开挖开始累积。从该段基坑发生明显的水平变形，最大变形达93.2mm 的情况来看，该段基坑边坡已发生破坏。为了防止发生彻底坍塌，立即进行了回填。从图4、图5可以看出，回填后变形速率迅速减少。
3事故原因分析3.1技术原因分析
原设计基坑深度10.2m ，而由于上部建筑功能的变化，基坑深度变为13.9m ，基坑深度增加了3.7m 。
基坑深度的改变必然造成原设计深度下基坑支护措施安全系数的降低。
1）桩身受力
原设计深度下及实际开挖深度下桩身内力计算
图4
冠梁中点变形随时间变化图
图5冠梁中点变形随开挖深度变化图
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案例分析ase Analysis
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结果如图6所示，计算方法为弹性法。从图6可以看出，在原设计深度下支护桩基坑内侧最大弯矩为835kN ·m ，基坑外侧弯矩为604kN ·m ；而在建筑物使用功能变更后，基坑深度增加造成的基坑弯矩为：基坑内侧2705kN ·m ，基坑外侧1156kN ·m ，分别为原设计深度的3.2倍和1.9倍。弯矩的急剧增大必然造成桩身断裂。
桩的开裂位于桩顶下5.8m 处，而计算的最大弯矩发生在桩顶下5.5m 处，实际表现与计算结果相吻合。
2）抗倾覆能力
基坑支护的抗倾覆能力可用抗倾覆安全系数来表示，而抗倾覆安全系数可由下式计算：
K S =M p
a
式中M p ———被动土压力及锚杆力对桩底的弯矩；
M a ——
—主动土压力对桩底的弯矩。由此计算的原设计深度下的抗倾覆安全系数为1.32，而开挖至－13m 时的抗倾覆安全系数为0.62，
仅为原设计深度下基坑抗倾覆安全系数的1/2，严重不符合规范要求的安全系数1.2。
3）整体稳定性
整体稳定性验算采用瑞典条分法。根据计算结果，开挖至－13m 时基坑的整体稳定性安全系数为1.01，而原设计深度下的安全系数为1.43。3.2人为因素分析
正如上所述，由于建筑使用功能的改变，基坑的深度发生了变化，而在开挖时各方虽然也注意到基坑比原设计加深了，但具体加深深度并无人具体落实（事故发生后的情况介绍会上认为加深2.1m ，通过检查图纸才发现比原设计加深了3.7m ），且认为基坑支护是临时工程，加深区域并不大，想通过快速开挖、快速基础施工的办法“抢出来”，心存侥幸心理。这种极不科学的态度，是造成本次事故的重要人为因素。
另外，基坑工程中影响因素众多，其动态变化性极大，需要对基坑本身及其周围环境随时进行变形监测，通过监测结果发现异常后及时采取措施进行处
理。本基坑的变形监测并未委托有资质的专业单位进行，而是由施工单位进行监测的。由于施工单位监测项目偏少（仅仅监测了冠梁的水平变形），且在发现异常后（开挖至－12m 时变形已超过规范规定的30mm ）又未及时通知有关技术人员进行研究和采取应急措施，直至开挖至－13m 引起上部明显裂缝后才引起重视。
4事故的处理与加固4.1处理原则
对于基坑工程的事故处理，笔者认为处理时必须遵循以下几个原则：
1）“快”：各方应快速反应、足够重视；
2）“稳”：立即采取回填、卸荷、堆载反压、顶撑等措施，降低基坑的变形速度，使其达到暂时稳定状态；
3）“静”：在未查明原因及无合适的处理方案以前，必须尽量维持采取应急措施后的暂时稳定状态，避免进一步扰动产生；
4）“本”：处理方案制定前必须分析清楚产生事故的技术原因，针对产生事故原因的根本进行处理和加固。
图6
桩身弯矩分布图
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4.2事故的处理
1）回填反压
基坑在开挖至原设计标高附近时并未出现异常，这和其他大面积的已经施工结束后的基坑段情况相同，但在开挖至设计标高以下时由于超挖且土质较差，变形立即增大，因此回填反压应该是比较有效且快的方法。
由于原场地土质较差，回填用外拉中砂回填，考虑到回填的密实度和原土的差异，回填至原设计标高以上1.2m处。
2）卸荷
将基坑顶部裂缝区域的施工机械、材料等立即移开，减少基坑边载。
在进行上述工作的同时，加强基坑变形的观测，直至达到相对稳定或变化明显放缓为止，继而委托原设计单位进行原因分析，并据此提出加固方案。
4.3支护的加固
1）破坏模式的分析
根据下式计算的潜在破裂面如图7中的细虚线所示。
L=H tan（45－φ/2）
式中H——
—基坑深度至基坑底面以下基坑外侧荷载标准值与基坑内侧抗力标准值相等处的
距离；
φ——
—土体各土层厚度加权的内摩擦角标准值。
由于基坑内侧为桩基，且根据现场表现，基坑并未发生隆起，因此基坑的破坏模式为沿潜在破裂面的破坏。
2）加固方案
最先有人提出采用注浆的方案进行加固，试图通过改善破坏土体来增加基坑的稳定性，但由于破裂面已经形成，注浆会造成已破坏土体沿破裂面进一步向基坑内滑移的可能。
较好的办法是通过穿透破坏土体的锚杆提供锚拉力，通过在冠梁上施加一大斜度锚杆，一方面用来弥补原锚杆由于土体破坏而丧失的承载力，另一方面将锚固段放入下部未破坏的土体中，从而达到控制变形的目的。对于尚未开挖到目前设计标高的区段，大斜度锚杆按1m间距50°、30°交叉设置。
由于排桩早已打设，桩身钢筋已经无法调整，在加固计算所增加的锚杆时，必须调整锚杆的道数和竖向位置，使得计算出的桩身受力和原配筋相对应。最终的加固方案如图7所示。
5结语
1）由于影响基坑支护工程安全的因素众多，基坑支护工程是一个动态过程，发现实际情况与设计不符时应及时通知设计单位调整设计。
2）在基坑工程中要重视基坑及其周围环境的变形监测工作，并根据监测结果发现异常及时采取应急措施处理。
3）发生基坑事故后应本着“快”、“稳”、“静”、“本”的原则进行处理，如未分析清楚产生事故的原因就盲目处理，极有可能造成更大的事故。
参考文献
[1]JGJ120－99，建筑基坑支护技术规程[S].北京：中国建筑工业出
版社，2000.
[2]杨光华.深基坑支护结构的实用计算方法及其应用[M].北京：地
震出版社，2004.
图7基坑加固剖面图
C案例分析
ase Analysis
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