工程基坑事故分析

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簡介： 基坑圍護施工在上海地區(qū)已經開展多年，出于各種各樣的因素每年都會發(fā)生一些事故，小者產生一些經濟損失，大者會產生極惡劣的社會影響甚至人身傷害事故。本工程雖然屬于小規(guī)模的基坑，但由于開挖深度深、土層地質情況復雜，而施工單位又極不重視報著一種僥幸心理，未進行認真地設計匆忙施工，最終產生事故造成重大的經濟損失。

 

關鍵字：基坑 開挖深度 鋼板樁 壓密注漿 管涌 流砂 高壓旋噴樁

一、前言

　　基坑圍護施工在上海地區(qū)已經開展多年，出于各種各樣的因素每年都會發(fā)生一些事故，小者產生一些經濟損失，大者會產生極惡劣的社會影響甚至人身傷害事故。本工程雖然屬于小規(guī)模的基坑，但由于開挖深度深、土層地質情況復雜，而施工單位又極不重視報著一種僥幸心理，未進行認真地設計匆忙施工，最終產生事故造成重大的經濟損失。

二、工程概況

　　本次基坑圍護施工的內容是工廠內一小型的機械設備基礎，基坑面積僅6.0×6.0m2，但基坑的開挖深度達到8.4m深，且整個設備基礎基坑在廠房內施工。廠房建筑為已建單層鋼筋混凝土排架結構，層高為10m，基礎為天然地基獨立基礎。基坑邊緣距離最近的兩個排架柱邊為6.m左右，排架基礎為5.2m×5.2m的矩形獨立基礎，基礎埋深為室內地坪以下1.5m,基坑邊緣距離廠房排架柱基礎邊的距離僅3m左右。因此該基坑雖小，但在開挖過程中的位移影響將涉及到整個廠房的使用和安全。

　　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。場地土層物理力學性質見下表:

土層物理力學性質表

 

土層編號

 

 

土層名稱

 

 

層厚(m)

 

 

層底深度

 

(m)

 

容重r0

 

kN/m3

 

內聚力C

 

（kPa）

 

內摩擦角

 

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

 

 

褐黃色粉質粘土

 

 

1.2

 

 

3.8

 

 

19.0

 

 

14

 

 

26

 

 

②2

 

 

灰色砂質粉土

 

 

8.7

 

 

12.5

 

 

18.6

 

 

8

 

 

33

 

 

③

 

 

淤泥質粉質粘土

 

 

2.0

 

 

14.5

 

 

17.7

 

 

11

 

 

17

 

 

④

 

 

灰色淤泥質粘土

 

 

6.5

 

 

21

 

 

17.4

 

 

10

 

 

11

 

 

　　地質報告中液化判別表明，該場地淺層②2層灰色砂質粉土嚴重液化，尤其是深度10m處液化指數IL=27.48,靜力觸探Ps值出現峰值。

 

　　由于地質報告是91年進行勘探數據，未做注水試驗，根據黃浦江沿岸的工程經驗，估計②1層褐黃色粉質粘土和③層淤泥質粉質粘土的水平滲透系數為10-5~10-6之間，而②2層灰色砂質粉土的水平滲透系數可能會達到為10-4數量級。

三、圍護方式及事故產生原因

　　由于本工程基坑面積小，業(yè)主未請專業(yè)設計單位對基坑的開挖做專項設計，施工單位也未認真地進行施工組織設計。

1．圍護形式簡介

　　基坑的開挖深度為8.4m，圍護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。

　　鑒于在廠房內施工，廠房層高僅為10m，鋼板樁的長度和機具設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，在施工過程中發(fā)現由于第②2層灰色砂質粉土砂性相當重，滲透系數大，注漿深度達到10m左右時無法控制，因此實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

　　圍護施工結束后不到一周，施工單位就開始挖土施工。由于基坑面積小，土方少，挖土施工進行得非常迅速。盡管在向下開挖的過程中早已發(fā)現從鋼板樁的縫隙內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，坑底出現大量管涌、流砂現象，墊層一經鋪設即刻被沖掉，根本無法進行墊層和底板施工。更為嚴重的是基坑邊的兩根廠房排架柱出現了嚴重的沉降，兩天不到沉降值就達到了5cm，并且有持續(xù)增加的趨勢。此時設備基礎的施工實際已無法施工，而對主體結構廠房基礎的影響日趨嚴重，為避免事故的擴大化，只得立即將整個基坑迅速回填。至此整個基坑的圍護結構最終報廢。

3．事故原因分析

（1）作為圍護結構主體的鋼板樁的插入深度僅3m，遠小于1:1的開挖深度。由于施工高度的限制，而基坑的開挖深度有8.4m之深，鋼板樁的長度不足，懸臂樁的插入深度遠遠不夠。因此利用鋼板樁擋土的選擇本身就是個失誤。本工程圍護樁沒有進行測斜監(jiān)測，由于上部兩道支撐的作用且由于基坑面積小，支撐的橫向剛度作用大，事故后又及時回填，開挖過程中基坑不至于坍塌，但坑邊土向內側位移必定是坑邊基礎沉降的影響因素之一。

（2）拉森鋼板樁圍護的止水防線有兩道，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，遠遠未達到隔斷透水層的目的，且壓密注漿在砂性很重的②2層灰色砂質粉土層中勉強進行施工，漿液早已四處流竄不知所蹤。而鋼板樁打設過程中，未實施屏風式施工，止口搭接效果難以保證。如此一來，基坑的隔水效果可想而知，引起坑邊廠房排架柱基礎嚴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、施工質量好是可以起到相當大的作用。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法進行。

4．事后處理

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

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

四、結論

　　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，對這種深小基坑純粹抱著一種僥幸心理。但事實無情，對于這樣的圍護結構未出現重大的人身傷害事故已屬僥幸。事前未對土層情況做分析，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，造成坑邊廠房基礎沉降的主要原因。該工程雖小，但圍護的處理費用達到了理想情況的兩倍以上，更為嚴重的是對已建廠房使用的影響，排架基礎對不均勻沉降的影響較為敏感，尤其是廠房內有吊車梁，吊車梁兩端的高差將影響到吊車梁的行走，因此事故對廠房結構的影響是相當大的。

　　事故的教訓告訴我們，對于上海地區(qū)的深基坑工程無論工程大小都應該從思想上重視起來，專業(yè)設計人員應該根據工程的實際情況和場地土質情況合理地確定圍護體系。施工單位應該認真地進行施工組織設計，遇到情況立即反饋，以便及時調整。