工程基坑事故分析

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簡(jiǎn)介： 基坑圍護(hù)施工在上海地區(qū)已經(jīng)開(kāi)展多年，出于各種各樣的因素每年都會(huì)發(fā)生一些事故，小者產(chǎn)生一些經(jīng)濟(jì)損失，大者會(huì)產(chǎn)生極惡劣的社會(huì)影響甚至人身傷害事故。本工程雖然屬于小規(guī)模的基坑，但由于開(kāi)挖深度深、土層地質(zhì)情況復(fù)雜，而施工單位又極不重視報(bào)著一種僥幸心理，未進(jìn)行認(rèn)真地設(shè)計(jì)匆忙施工，最終產(chǎn)生事故造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。

 

關(guān)鍵字：基坑 開(kāi)挖深度 鋼板樁 壓密注漿 管涌 流砂 高壓旋噴樁

一、前言

　　基坑圍護(hù)施工在上海地區(qū)已經(jīng)開(kāi)展多年，出于各種各樣的因素每年都會(huì)發(fā)生一些事故，小者產(chǎn)生一些經(jīng)濟(jì)損失，大者會(huì)產(chǎn)生極惡劣的社會(huì)影響甚至人身傷害事故。本工程雖然屬于小規(guī)模的基坑，但由于開(kāi)挖深度深、土層地質(zhì)情況復(fù)雜，而施工單位又極不重視報(bào)著一種僥幸心理，未進(jìn)行認(rèn)真地設(shè)計(jì)匆忙施工，最終產(chǎn)生事故造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。

二、工程概況

　　本次基坑圍護(hù)施工的內(nèi)容是工廠內(nèi)一小型的機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)，基坑面積僅6.0×6.0m2，但基坑的開(kāi)挖深度達(dá)到8.4m深，且整個(gè)設(shè)備基礎(chǔ)基坑在廠房?jī)?nèi)施工。廠房建筑為已建單層鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)，層高為10m，基礎(chǔ)為天然地基獨(dú)立基礎(chǔ)?；舆吘壘嚯x最近的兩個(gè)排架柱邊為6.m左右，排架基礎(chǔ)為5.2m×5.2m的矩形獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深為室內(nèi)地坪以下1.5m,基坑邊緣距離廠房排架柱基礎(chǔ)邊的距離僅3m左右。因此該基坑雖小，但在開(kāi)挖過(guò)程中的位移影響將涉及到整個(gè)廠房的使用和安全。

　　該工程地處上海東北區(qū)域黃浦江沿岸，距離江邊100米以內(nèi)。場(chǎng)地土層物理力學(xué)性質(zhì)見(jiàn)下表:

土層物理力學(xué)性質(zhì)表

 

土層編號(hào)

 

 

土層名稱

 

 

層厚(m)

 

 

層底深度

 

(m)

 

容重r0

 

kN/m3

 

內(nèi)聚力C

 

（kPa）

 

內(nèi)摩擦角

 

φ

 

①1

 

 

填土

 

 

1.0

 

 

1.0

 

 

18

 

 

 

 

 

 

①2

 

 

灰色沖填土

 

 

1.6

 

 

2.6

 

 

16.2

 

 

10

 

 

10.3

 

 

②1

 

 

褐黃色粉質(zhì)粘土

 

 

1.2

 

 

3.8

 

 

19.0

 

 

14

 

 

26

 

 

②2

 

 

灰色砂質(zhì)粉土

 

 

8.7

 

 

12.5

 

 

18.6

 

 

8

 

 

33

 

 

③

 

 

淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土

 

 

2.0

 

 

14.5

 

 

17.7

 

 

11

 

 

17

 

 

④

 

 

灰色淤泥質(zhì)粘土

 

 

6.5

 

 

21

 

 

17.4

 

 

10

 

 

11

 

 

　　地質(zhì)報(bào)告中液化判別表明，該場(chǎng)地淺層②2層灰色砂質(zhì)粉土嚴(yán)重液化，尤其是深度10m處液化指數(shù)IL=27.48,靜力觸探Ps值出現(xiàn)峰值。

 

　　由于地質(zhì)報(bào)告是91年進(jìn)行勘探數(shù)據(jù)，未做注水試驗(yàn)，根據(jù)黃浦江沿岸的工程經(jīng)驗(yàn)，估計(jì)②1層褐黃色粉質(zhì)粘土和③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土的水平滲透系數(shù)為10-5~10-6之間，而②2層灰色砂質(zhì)粉土的水平滲透系數(shù)可能會(huì)達(dá)到為10-4數(shù)量級(jí)。

三、圍護(hù)方式及事故產(chǎn)生原因

　　由于本工程基坑面積小，業(yè)主未請(qǐng)專業(yè)設(shè)計(jì)單位對(duì)基坑的開(kāi)挖做專項(xiàng)設(shè)計(jì)，施工單位也未認(rèn)真地進(jìn)行施工組織設(shè)計(jì)。

1．圍護(hù)形式簡(jiǎn)介

　　基坑的開(kāi)挖深度為8.4m，圍護(hù)施工的基本形式為鋼板樁擋土、壓密注漿隔水，支撐采用兩道鋼圍檁+十字型鋼支撐。

　　鑒于在廠房?jī)?nèi)施工，廠房層高僅為10m，鋼板樁的長(zhǎng)度和機(jī)具設(shè)備均受到層高的限制。因此施工中先放坡挖土2.5m后落坑打鋼板樁，鋼板樁為拉森Ⅳ,長(zhǎng)度為9m。插入深度為坑底以下僅3.1m。

　　隔水壓密注漿僅一道，在施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)由于第②2層灰色砂質(zhì)粉土砂性相當(dāng)重，滲透系數(shù)大，注漿深度達(dá)到10m左右時(shí)無(wú)法控制，因此實(shí)際注漿深度僅為坑底以下2.0m。此外由于基坑面積較小，坑底進(jìn)行了壓密注漿滿堂加固，但是同樣由于土層的原因，加固深度也僅為坑底以下2m。

2．基坑事故情況

　　圍護(hù)施工結(jié)束后不到一周，施工單位就開(kāi)始挖土施工。由于基坑面積小，土方少，挖土施工進(jìn)行得非常迅速。盡管在向下開(kāi)挖的過(guò)程中早已發(fā)現(xiàn)從鋼板樁的縫隙內(nèi)不斷地有地下水滲出，但施工單位仍然抱著僥幸心理直挖到底；在基坑挖至基本到底后，坑底出現(xiàn)大量管涌、流砂現(xiàn)象，墊層一經(jīng)鋪設(shè)即刻被沖掉，根本無(wú)法進(jìn)行墊層和底板施工。更為嚴(yán)重的是基坑邊的兩根廠房排架柱出現(xiàn)了嚴(yán)重的沉降，兩天不到沉降值就達(dá)到了5cm，并且有持續(xù)增加的趨勢(shì)。此時(shí)設(shè)備基礎(chǔ)的施工實(shí)際已無(wú)法施工，而對(duì)主體結(jié)構(gòu)廠房基礎(chǔ)的影響日趨嚴(yán)重，為避免事故的擴(kuò)大化，只得立即將整個(gè)基坑迅速回填。至此整個(gè)基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)最終報(bào)廢。

3．事故原因分析

（1）作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)主體的鋼板樁的插入深度僅3m，遠(yuǎn)小于1:1的開(kāi)挖深度。由于施工高度的限制，而基坑的開(kāi)挖深度有8.4m之深，鋼板樁的長(zhǎng)度不足，懸臂樁的插入深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。因此利用鋼板樁擋土的選擇本身就是個(gè)失誤。本工程圍護(hù)樁沒(méi)有進(jìn)行測(cè)斜監(jiān)測(cè)，由于上部?jī)傻乐蔚淖饔们矣捎诨用娣e小，支撐的橫向剛度作用大，事故后又及時(shí)回填，開(kāi)挖過(guò)程中基坑不至于坍塌，但坑邊土向內(nèi)側(cè)位移必定是坑邊基礎(chǔ)沉降的影響因素之一。

（2）拉森鋼板樁圍護(hù)的止水防線有兩道，一道是鋼板樁搭接止口，另一道為樁后的壓密注漿，土性較差的地區(qū)采取兩道注漿。在本工程中壓密注漿和止水鋼板樁的深度均只有10m左右的深度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到隔斷透水層的目的，且壓密注漿在砂性很重的②2層灰色砂質(zhì)粉土層中勉強(qiáng)進(jìn)行施工，漿液早已四處流竄不知所蹤。而鋼板樁打設(shè)過(guò)程中，未實(shí)施屏風(fēng)式施工，止口搭接效果難以保證。如此一來(lái)，基坑的隔水效果可想而知，引起坑邊廠房排架柱基礎(chǔ)嚴(yán)重沉降最主要的原因就是基坑涌水。

（3）封底壓密注漿如果深度足夠、施工質(zhì)量好是可以起到相當(dāng)大的作用。但在本工程中封底壓密注漿厚度僅2m，不足以抵抗坑底上涌水的壓力，造成水壓力穿透坑底使墊層和底板施工無(wú)法進(jìn)行。

4．事后處理

　　基坑回填后，業(yè)主請(qǐng)了專業(yè)人員進(jìn)行了咨詢，分析了事故原因，協(xié)助施工單位重新制定了新的圍護(hù)施工方案。

　　在原有鋼板樁外圍重新施工Φ600@750鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)為16m。止水采用高壓旋噴樁，深度為14m。鋼支撐和圍檁重新設(shè)置兩道。施工開(kāi)挖后效果較好，坑邊廠房基坑沉降未再有大的發(fā)展。

四、結(jié)論

　　本次基坑事故的發(fā)生主要是由于業(yè)主和施工單位未引起足夠的重視，對(duì)這種深小基坑純粹抱著一種僥幸心理。但事實(shí)無(wú)情，對(duì)于這樣的圍護(hù)結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)重大的人身傷害事故已屬僥幸。事前未對(duì)土層情況做分析，壓密注漿止水本身就不適用于砂性土中施工，因此止水帷幕未起作用是基坑管涌、流砂，造成坑邊廠房基礎(chǔ)沉降的主要原因。該工程雖小，但圍護(hù)的處理費(fèi)用達(dá)到了理想情況的兩倍以上，更為嚴(yán)重的是對(duì)已建廠房使用的影響，排架基礎(chǔ)對(duì)不均勻沉降的影響較為敏感，尤其是廠房?jī)?nèi)有吊車梁，吊車梁兩端的高差將影響到吊車梁的行走，因此事故對(duì)廠房結(jié)構(gòu)的影響是相當(dāng)大的。

　　事故的教訓(xùn)告訴我們，對(duì)于上海地區(qū)的深基坑工程無(wú)論工程大小都應(yīng)該從思想上重視起來(lái)，專業(yè)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該根據(jù)工程的實(shí)際情況和場(chǎng)地土質(zhì)情況合理地確定圍護(hù)體系。施工單位應(yīng)該認(rèn)真地進(jìn)行施工組織設(shè)計(jì)，遇到情況立即反饋，以便及時(shí)調(diào)整。