基坑支护工程事故分析

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摘要：以徐州某基坑工程为例，叙述了在土方开挖过程中采用爆破法拆除老旧基础、基坑支护效果及采取的应急措施。从爆破振动影响、支护结构调整、降水不到位、提前开挖及地表水回流等方面对支护结构失稳的原因进行了分析，得出在可液化的粉土层场地爆破振动的影响是导致支护结构失稳的重要的因素。

关键词：基坑支护；粉土液化；爆破振动；老旧基础；位移；倾斜

1工程概况

某大厦位于徐州火车站广场西北角，该建筑物由主楼及裙楼两部分组成。主楼地面上33层，地下2层，基坑开挖深度8.2m；裙楼地面上7层，地下1层，基坑开挖深度5.5m。该工程支护结构施工于某年8月开工，次年2月竣工。土方开挖于次年3月开始至6月底结束。基坑开挖过程中遇埋深较大旧房基础。

2工程地质条件与水文地质条件

2.1工程地质条件

根据钻探及静力触探揭露，基坑开挖影响范围内的岩土层自上而下依次为：（1）杂填土，含碎砖瓦，炉灰渣，建筑垃圾，局部表层为水泥地坪、旧房基等，以粉土充填，松散—稍密，分布整个场区，厚度平均为1.87m。（2）粉士，黄色，很湿—饱和，松散，可液化层，厚度平均4.19m。（3）粉土，黄色，饱和，稍密，夹粘士，可液化层，厚度平均5.3m。（4）粉土，黄色，稍密，可液化，厚度平均2.52m。（5）粉土，黄色，饱和，中密，非液化层，层厚平均3.50m。（6）粘土，褐黄色，灰黄色，姜黄色，饱和，可塑，厚度平均1.82m。（7）粘土，姜黄色，他和，硬塑，厚度平均4.84m。

2.2水文地质条件

场地地下水由两部分组成，第四系孔隙潜水及奥陶系基岩裂隙水。地下潜水水位年变幅平均为0.34~1.5m。在钻探期间测得场地地下水(潜水)水位埋深一般为0.6~2.2m，平均1.66m，稳定水位高程为38.12~39.92m，平均38.80m，整个钻探过程中未能测得到初见水位，地下水主要来自周围环境用水，水量不大。

2.3主要工程地质问题

（1）局部旧房基础埋深较大，下部存留块石将给沉桩带来一定困难。（2）15m以浅的粉土层即层②、层③及层④为可液化土层。

3基坑设计方案

根据基坑开挖深度及周围环境的不同将基坑分为两个区：一区（主楼部位）支护结构采用排桩（钻孔灌注桩）+角撑（钢支撑）+止水帷幕（水泥土搅拌桩）；二区（裙楼部位）支护结构采用重力式水泥土搅拌桩挡土墙；一区与二区相接部位采用放坡[1]。基坑内采用管井进行降排水[2]。

4基坑开挖及支护效果

4.1基坑开挖

基坑开挖于3月12日开始，6月底结束。在此期间，4月26日前开挖了一区第一层(-4.5m以上)土体和二区大部分土体，4月26日起开挖了一区第二层（-4.5m以下)土体以及浅区残留土体。在整个开挖过程中存在下列问题：（1）开挖过程中，由于在基坑的东部遇到大面积砼基础，该基础长约42m，宽约12m，厚约1.5m。自4月25日起，土方开挖单位采用爆破法拆除，历时7d，使用2000余发雷管。在爆破的过程中发现如下异常现象：①西侧楼房内的居民反映墙体产生了裂缝、夜间听到了墙体开裂的声音、天花板上有水泥砂浆碎片掉落以及门窗变形难以开关等现象。②地下水水位升高，搅拌桩外侧放坡的坡面上有水渗出，坡脚的土体能看到如火山口似的小泉眼，水体混浊。③圈梁顶面发现有剥落的水泥土加固体碎块。（2）降水未达到设计要求就进行一区第二层土方开挖。（3）圈梁砼未达到设计强度就进行一区第二层土体开挖。（4）卸荷平台未按要求处理及地表水回灌等。

4.2基坑支护效果

由于受上述因素的影响，基坑开挖后基坑支护的效果没有满足设计要求，主要表现在下述几个方面：（1）支护桩在垂向上虽未发现较明显的倾斜，也没有发现桩被剪断，但围护结构的整体水平位移及地面沉降较大，支护桩桩顶水平位移最大达340mm，地面沉降最大达到150mm。一区第二层土开挖后，支护桩之间水土流失现象严重。（2）西侧三栋楼房受到不同程度的影响。市危房办8月4日公布的资料如下：西侧三栋楼房于6月19日趋于稳定，各栋楼房受影响的程度分别为：1#楼：屋面开裂最大为6.5cm，上下错位5cm，墙错位4cm，北墙倾斜超过标准。2#楼：向东倾斜2.1~2.4cm，室外地坪开裂。3#楼：向东倾斜2~3cm，一楼东头室内地坪开裂0.8cm。1#楼判定为危楼应拆除重建。

4.3采取的抢险措施

（1）堵漏：随着一区第二层土体开挖范围的加大，基坑开挖后暴露时间的延长以及围护结构位移的增加，一区圈梁以下桩间漏水点增多，水土流失现象逐渐加重，为此对漏点进行监控封堵。对一般性的漏点用砖砌体封堵(砂浆掺早强剂)，对水土流失严重的漏点，用预制钢板加砖砌体进行封堵。（2）斜支撑：根据现场的实际情况及有关会议纪要的精神，在一区的西侧与南侧做了12个斜支撑。增加支撑后，一区南侧的围护结构位移得到了控制，而西侧的围护结构的位移仍以5~10mm/d的速度增加。（3）砼扶壁挡墙：为了控制一区西侧支护结构的位移及水土流失，在西侧做一道钢筋混凝土扶壁式挡墙。

5事故分析

依据现场施工的实际情况，结合相关的监测数据，现从爆破振动影响，支护结构调整、降水不到位、提前开挖及地表水回流等因素方面，分析导致西侧房屋墙体开裂、整体位移及倾斜的原因。

5.1爆破对基坑支护的影响

工程勘察报告显示：基坑施工影响范围内的地基土主要为饱和，松散—稍密状态的粉土，夹粘土，局部与粘土互层，所夹的粘土为饱和、软至流塑状态。15m以浅的粉土为可液化土。在爆破振动作用下，饱和、软—流塑状态的粘土会出现蠕变现象，失水稳定时间长，而松散饱和的粉土孔隙水压力骤然上升，有效应力相应减小，抗剪强度降低[3-6]。随着爆破振动时间的延长，孔隙水压力逐渐积累，甚至抵消有效应力，土体完全丧失抗剪强度，土粒处于悬浮状态，从而呈现出近于液体的特性，导致主动土压力突然增大，被动土压力骤然减少，支护结构的位移大大增加。由于止水桩的强度相对较低，随着支护结构位移量的加大，止水桩之间的连接被削弱。爆破振动也使房屋的结构及止水桩桩体受到破坏，而被破坏的止水桩在骤然上升的孔隙水压力作用下被击穿，出现了水土流失现象。导致房屋发生不均匀沉降，并出现了倾斜、位移及墙体开裂[7]。

5.2支护结构的调整对基坑支护的影响。

原基坑支护结构设计中，一区南侧东端、西侧北端及西南角均设有角撑。角撑除了改变支护桩的内力，使悬臂结构形式成为单支点支护结构形式，同时也可限制支护结构的位移。一方面通过锚固作用，将各端点（图中的B点与G点）由自由端变成锚固端，限制各端点的位移，使支护结构的整体位移量减少，另一方面可减轻长边效应，使支护结构的最大位移量减小[8-9]。甲方及监理以影响地下室防水施工及土方开挖为由，将南侧东端及西侧北端的角撑去掉，并以三角形承台代替原角撑，并将西南角角撑由二道改为一道。同时每隔8m将所对应支护桩的桩径由800mm调为1000mm、桩长由13.30m调为18.45m。但开挖后三角承台处的位移仍高达139mm。

5.3降水对基坑支护的影响

按设计要求只有当基坑内水位降至底板下1m(一区水位在-9.55m，二区水位在-6.85m)方可按进行土方开挖。可是在4月26日开始将一区土体开挖至-8.55m时，降水井内的水位约在-7.5~-8.0m。由于强行带水开挖，使被动区土体扰动，破坏了被动区土体的原状结构，降低了土体的抗剪强度及围护结构的稳定性，加大了围护结构的整体位移[10]。

5.4圈梁砼强度低时开挖对围护结构的影响

围护桩顶圈梁砼于4月21及4月22日浇筑。4月26日及28日夜间就进行土方开挖。因圈梁砼龄期短，强度较低，于4月29日晨发现西南角支撑处圈梁砼有3~5mm裂缝，其它部位有裂纹。随着基坑开挖范围加大及时间的推移，已带缝作业的圈梁终被剪断，其它部位的裂纹增多变宽，失去了圈梁将支护结构连成整体，限制并协调变形的作用。使得支护结构被分成三段，除西南角角撑外，其余两段的两端均成了自由端，从而加大支护结构的整体位移。

5.5地表水回流对基坑围护的影响

按设计要求卸荷平台在开挖后应在平台坡角处砌排水沟，坡面用砂浆抹面。实际上，3月20日开挖卸荷平台，5月10日才用砂浆抹面，7月16日才砌排水沟。雨水、无序排放的生活污水汇集在卸荷沟内并向下渗透。基坑开挖后，在基坑外侧产生裂缝，储存及抽排至沉淀池内的施工用水、雨水和生活污水沿裂隙下渗。两股下渗的水使得坑外水位迅速上升，并保持较高的水位，增大了主动区的侧压力，加大了支护结构的位移[11]。

6结论与建议

6.1结论

综上所述，导致基坑西侧房屋墙体开裂、整体位移及倾斜的因素很多，但最重要的因素是爆破振动，其次为支护结构调整、降水不到位、提前开挖及地表水回流等因素。正是在爆破振动的作用下使可液化的粉土层产生液化，导致土体的抗剪强度及围护结构的整体稳定性降低，加大了支护结构的位移，同时爆破振动损害了房屋的结构，破坏了止水桩的止水效果，导致了水土流失现象的发生，从而使房屋产生不均匀沉降。

6.2建议

（1）基坑支护结构施工前应对场地内存在体积较大的地下障碍物进行拆除，基坑开挖过程中若遇到老基础不应采用爆破的方式拆除，宜采用静力爆破或其他振动破坏作用小的方式进行。（2）基坑支护工程是个系统工程，各参建方应严格按设计及规范要求开展工作，若有调整应由具有相应资质的单位做出，不应随意调整或变更。

参考文献：

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ120-2012建筑基坑支护技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50296-2014管井技术规范[S].北京:中国计划出版社,2014.

[3]刘汉龙,周云东,高玉峰.砂土地震液化后大变形特性试验研究[J].岩土工程学报,2002(2):142-146.

[4]张建民,王刚.砂土液化后大变形的机理[J].岩土工程学报,2006(7):835-840.

[5]陈育民,刘汉龙,周云东.液化及液化后砂土的流动特性分析[J].岩土工程学报,2006(9):1139-1143.

[6]张克意,赵其华.深基坑围护结构侧面孔隙水压力研究[J].岩土工程学报,2004(1):155-157.

[7]张亚奎.深基坑开挖对近邻建筑物变形影响的研究[D].北京工业大学,2003.

[8]吕彦菲.排桩内支撑支护基坑的变形研究及优化[D].北京建筑大学,2013.

[9]王维说.深基坑排桩式支护结构选型研究[D].重庆大学,2007.

[10]范建军,杜家论,王颖轶,黄醒春.自稳式深大基坑开挖卸载扰动位移一般规律[J].应用力学学报,2016,33(6):956-962,1115.

[11]范加冬,张令刚.地下水对基坑开挖的影响以及防治措施的研究[J].岩土工程技术,2009,23(3):135-138.

作者：赵洪君 王宏沛 张强 单位：徐州基桩工程公司