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隨著城市化進程加快，地下空間的開發(fā)亦是必然趨勢；大量深基坑工程如雨后春筍般涌現(xiàn)，給巖土工程技術人員帶來了機遇，同時，也面臨著新的挑戰(zhàn)?；庸こ桃渤尸F(xiàn)以下新特點：

基坑面積大，開挖深度深

由于地下商場、停車等地下空間需求的加大，地下空間最大限度開發(fā)，基坑開挖面積加大；在密集城市中心，由于地下空間有限，須不斷向更深方向發(fā)展方能滿足使用要求，四～五層地下室不斷涌現(xiàn)，基坑開挖深度逐步加深。

周邊環(huán)境復雜，保護要求高

新建基坑往往緊鄰已有的高層建筑、保護性建筑、地鐵、地下構(gòu)筑物等，相鄰地下室距離小于基礎埋深高差的1～2倍范圍內(nèi)，須加強對基坑變形的控制以確保周邊環(huán)境安全。同時，城市化發(fā)展帶來的立體交通設施也不斷增加，基坑開挖面臨高架、立交橋等市政工程公共交通設施的保護，如處理不當將給社會帶來嚴重的負面影響。

軟土深基坑不斷涌現(xiàn)

巖土工程在建設發(fā)展過程中不斷涌現(xiàn)出新技術、新工藝、新設備、新材料，其發(fā)展從技術上給一些軟土地區(qū)開發(fā)地下空間提供了技術保障，軟土深基坑孕育而生。

基于基坑工程新特點，加上巖土工程是一門經(jīng)驗性較強的學科，從勘察、設計、施工到監(jiān)測需要緊密結(jié)合，處理不當將會帶來嚴重后果。近年來，全國各地因深基坑開挖引起的工程事故屢見不鮮，給社會的生產(chǎn)、生活帶來了較大影響。對于巖土工程技術人員，工程經(jīng)驗是寶貴的財富，不斷總結(jié)工程經(jīng)驗預防事故發(fā)生；特別是對一些失敗工程的分析、總結(jié)顯得尤為珍貴和重要。

二、 工程概況

2.1 項目概況

新建項目位于昆明市高新區(qū)，其中東、南、北三側(cè)為市政道路，西側(cè)為密集建筑物，屬舊城改造項目。工程整體設二層地下室，場地現(xiàn)狀地面高差2.8m，呈東高西低，東南角為最高點，西南角為最低點；地面標高變化及局部主樓深度加深等形成基坑開挖深度為7.9～11.0m。

場地東側(cè)為城市交通主干道，并設有高架橋，地下室與道路基本平行?；觾?nèi)邊線距道路邊線約20.0m，距高架橋橋墩約30.0m；南側(cè)亦為城市交通主干道，道路寬約33.0m，設有高架立交橋，高架橋距基坑內(nèi)邊線42.0m；北側(cè)緊鄰市政道路，道路寬約7.4m，基坑內(nèi)邊線距道路邊線為2.0m；西側(cè)北段分布有多棟三層的框架結(jié)構(gòu)建筑物，基礎型式為振動沉管灌注樁基礎，距基坑內(nèi)邊線為4.6m；西側(cè)南段距基坑邊2m為一層的磚結(jié)構(gòu)，寬8.6m，緊接為一層輕質(zhì)鋼結(jié)構(gòu)的農(nóng)貿(mào)市場，距基坑邊20.0m分布五棟7層磚混結(jié)構(gòu)建筑物，基礎型式為振動沉管灌注樁基礎，建筑物均平行于基坑布置。

2.2 地質(zhì)概況

根據(jù)基坑設計施工圖中描述，場地地貌處于昆明滇池湖積盆地，揭露地基土主要為第四紀沖、湖積淤泥質(zhì)粘土、粘土、粉土、粉砂、礫砂層。上部20.0m范圍主要分布①～④大層軟～流塑狀粘土與淤泥質(zhì)粘土，局部夾粉土、礫砂透鏡體，土層性質(zhì)差，具體各土層物理力學指標詳見下表。

2.3 水文概況

地下水埋深約2.0m，地下水類型主要為填土中孔隙型潛水及粉土、粉砂層中的微承壓孔隙水，補給來源主要為大氣降水及生活用水，雖具微承壓性，承壓水頭高度較小，故仍作為潛水考慮。土層的平均綜合滲透系數(shù)為0.03m/d。

2.4 基坑設計方案概況

基坑開挖深度7.9～11.0m，周邊環(huán)境較復雜，地質(zhì)條件較差，地下水位高，支護結(jié)構(gòu)破壞后果嚴重，屬軟土區(qū)一級深基坑工程。支護方案采用：“Ф900（1000）排樁+二～四層預應力錨索”樁錨支護體系，樁頂以上有空間時采取放坡，放坡高度不大于3.0m；局部位置采用：“雙排樁+一～二層預應力錨索”聯(lián)合支護體系。

止水帷幕采用：“支護樁間設置Ф700@500的雙管高壓旋噴樁與支護樁搭接形成單層截水帷幕”，旋噴樁的布置平行于支護樁軸線向基坑外偏移，帷幕嵌固深度大于10.0m，且帷幕進入⑤層粘土，形成封閉式帷幕。

典型剖面圖

三、 事故發(fā)生

2012年11月29日，項目西側(cè)南段臨農(nóng)貿(mào)市場位置基坑發(fā)生垮塌，垮塌段長度達100m，支護結(jié)構(gòu)、周邊建筑物、周邊土體均發(fā)生不同程度破壞，造成了嚴重的安全事故，事故現(xiàn)場情況見下圖。

近照

遠照

 基坑西側(cè)垮塌部位擬開挖深度為7.9m，支護方案采用“Ф900@1800旋挖支護樁+二層Ф300直徑擴孔預應力錨索” 。支護樁嵌固深度11.0m。第一層預應力錨索設置于冠梁下2.7m，水平間距為1.8m，錨索總長18.0m，自由段長8.0m，錨索預應力為150KN。第二排預應力錨索設置于冠梁下5.2m，水平間距1.8m，錨索總長18.0m，自由段長8.0m，錨索預應力為220KN。 

事故發(fā)生時基坑開挖工況：當完成第一層錨索張拉鎖定后，在進行第二層預應力錨索施工工況工作面土方開挖時（為分段開挖），開挖深度至6.0m，即第二排錨索標高下0.8m，支護結(jié)構(gòu)變形過大，位移不收斂導致基坑垮塌。

事故發(fā)生時現(xiàn)場情況：支護樁整體向基坑內(nèi)傾覆，經(jīng)檢查支護樁樁身未發(fā)生剪切破壞，由于錨索拉拔失效，造成基坑坍塌。緊鄰基坑邊的單層磚砌體建筑物向基坑內(nèi)位移并整體下沉，最大下沉量達2.1m。距離基坑邊約13m周邊土體發(fā)生滑動，地面開裂并下沉。支護結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境現(xiàn)場照片及基坑破壞簡圖詳見下圖。

支護結(jié)構(gòu)近照



周邊環(huán)境近照

基坑支護破壞簡圖

四、 事故分析

事故發(fā)生后，立即對基坑垮塌段進行反壓回填，其他相鄰位置回填至-3.0m，并組織專家組進行調(diào)查。建設單位另委托勘察單位對場地重新勘察，對支護樁樁長及樁身質(zhì)量進行檢測，并抽取12根預應力錨索進行抗拔承載力試驗。

根據(jù)現(xiàn)有的“基坑支護設計施工圖”、“垮塌段設計計算書”、“第三方監(jiān)測報告”、“支護樁低應變檢測中間成果”、“錨索檢測中間結(jié)果”、“基坑支護設計施工圖評審意見”及事故發(fā)生后，重新勘察提供的勘察報告，對基坑坍塌段進行反復復核驗算，并結(jié)合工程經(jīng)驗從基坑工程主要涉及的勘察、設計、施工和監(jiān)測四大部分對事故進行分析、總結(jié)。 

勘察：

      工程勘察目的為探明不良地質(zhì)及水文條件，各土層的分布情況，并結(jié)合室內(nèi)、原位試驗手段提供各土層物理力學參數(shù)；其提供的參數(shù)是基坑支護設計的主要參照依據(jù)，一定程度決定著基坑支護設計的成敗。經(jīng)對比兩版勘察報告提供的各土層物理力學指標，兩次勘察所得結(jié)果差異較大。

注：1 由于兩版勘察由不同單位完成，土層編號上有所差異，此表結(jié)合土層分布及性質(zhì)進行歸并以便對比。

    2 三軸剪切試驗第一版為不固結(jié)不排水剪，第二版為固結(jié)不排水剪指標。

    3 括號外為第一版勘察數(shù)據(jù)，括號內(nèi)為第二版勘察數(shù)據(jù)。

   兩版勘察對比分析，土層抗剪強度指標差異較大，結(jié)合工程經(jīng)驗，分析可能出現(xiàn)的工況，并采用兩版參數(shù)組合模擬計算分析。計算工況圖詳見如圖5、圖6，驗算結(jié)果對比表詳見表。

第一版勘察參數(shù)計算成果圖　第二版勘察參數(shù)計算成果圖

計算工況圖（考慮錨索有效）

第一版勘察參數(shù)計算成果圖　第二版勘察參數(shù)計算成果圖

計算工況圖（考慮錨索失效）

注：此驗算為基坑坍塌工況，即基坑開挖至6.0m時的工況。采用兩版勘察所得參數(shù)進行驗算，并考慮錨索有效與錨索失效。

驗算結(jié)果對比表

設計：

根據(jù)收集的計算書及設計施工圖紙，結(jié)合《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB50007-2011）、《建筑基坑支護技術規(guī)程》（JGJ120-2012）、《建筑基坑工程監(jiān)測技術規(guī)范》（GB50497-2009）等相關規(guī)范及工程經(jīng)驗，分析本次事故，認為設計中存在以下原因：

周邊超載取值與實際不符

周邊環(huán)境條件是基坑設計的重要依據(jù)，特別是周邊建筑物荷載作用在支護結(jié)構(gòu)上，對設計計算結(jié)果影響較大。設計圖紙未準確反映基坑周邊環(huán)境，計算書中僅考慮一個距基坑邊7.0m，作用寬度8.0m，深度2.0m的30kpa超載。而現(xiàn)場距離基坑邊線僅2.0m存在一單層磚砌體結(jié)構(gòu)，距離基坑邊30m有一市政道路，其荷載值均未考慮，作用深度取2.0m計算偏于不安全；且基坑邊20m存在7層建筑物，在軟土基坑中未考慮其荷載的影響欠妥。

   土層參數(shù)取值不合理
 
    本項目地基土以湖積相沉積層為主，基坑上部20.0m范圍內(nèi)土層分布以欠固結(jié)、軟～流塑狀的飽和軟粘土和泥炭質(zhì)土（泥炭質(zhì)粘土）為主；按《建筑基坑支護技術規(guī)程》（JGJ120-2012）規(guī)定，飽和軟土層宜取三軸不固結(jié)不排水剪切指標進行計算。而本設計中按直剪固結(jié)快剪值的0.85倍選取，例如第④軟～流塑狀粘土三軸不固結(jié)不排水指標為Cuu=14.85kpa，φuu=2.213°，而取直剪固結(jié)快剪的0.85倍C=28.02kpa，φ=7.87°，取值較高。設計單位應結(jié)合室內(nèi)試驗、原位測試指標分析巖土工程設計參數(shù)的合理性，存在疑問時應充分與勘察單位溝通，不得盲目選取。

       錨索錨固土層不合理

    該坍塌段的設計施工圖中，采用了兩排預應力錨索，設計角度分別采用10°和15°，錨固段均為10.0m，第一層錨索錨固段土層為③軟～流塑狀淤泥質(zhì)粘土和③1層軟塑粘土，該軟土層中錨固力基本為零。規(guī)范規(guī)定錨固段不宜設置在該類土層中。

施工：

基坑施工進一步驗證勘察、設計與實際是否相符，基坑開挖復核地質(zhì)條件與勘察的吻合情況，一些參數(shù)需要試驗性施工來驗證是否符合設計要求。

       錨索基本試驗

工程錨索施工前應通過現(xiàn)場抗拔試驗確定特定地質(zhì)條件、施工工藝下錨固體與土體之間的粘結(jié)強度和變形。特別是本項目采用了機械擴孔或水泥漿旋噴壓力擴孔的特殊成孔新工藝，同時錨索錨固段設置在軟土層中，更應通過基本試驗確定施工工藝的適用性及錨索極限承載力。

      重要工序檢驗
      
       施工過程的質(zhì)量檢驗是確保工程安全的重要環(huán)節(jié)，但是在實際工程中往往沒有引起重視，尤其是在基坑工程類似的臨時性工程中，因其工程使用期較短，地下室施工完畢后便完成使命，且其竣工資料不需要在檔案館備案，從管理上留下隱患。

對于基坑工程穩(wěn)定性起決定性的支護樁樁長檢測，亦是在事故發(fā)生后檢測，根據(jù)支護樁低應變抽檢檢測結(jié)果，部分樁長未達設計要求。

規(guī)范及設計中明確要求，上一道工序未檢測合格時，不得進入下一道工序施工。由于本項目基坑坍塌發(fā)生在第二層錨索施工面開挖工況，第一層錨索未驗收，無法判斷其承載力是否滿足要求，給事故埋下伏筆，且對事故從技術角度分析和總結(jié)留下疑問。

監(jiān)測：

鑒于基坑工程不確定因素多，在工程使用過程中與設計工況存在一定差異，信息化施工是確?；蛹爸苓叚h(huán)境安全的主要內(nèi)容，而監(jiān)測是信息化施工的重要手段。多數(shù)基坑發(fā)生事故前是有預兆的，通過嚴密的監(jiān)測，變形超標即應報警，及時調(diào)整方案以預防事故發(fā)生。

監(jiān)測報警不及時

根據(jù)第三方監(jiān)測報告顯示，事故發(fā)生前2天垮塌部位多個樁頂監(jiān)測點水平及豎向位移值突然增大，當期樁頂水平位移量最大11.9mm，累計位移量最大達16.5mm，最大變化速率為2mm/d，達到規(guī)范及設計監(jiān)測報警值。雖累計位移值未達報警值，但變化速率已達報警值，監(jiān)測報告未反映及分析各點位變化速率，兩大報警系統(tǒng)僅分析累計值不全面，同時，未及時提出危險報警。事故前的監(jiān)測曲線如下圖：

基坑位移曲線圖 

基坑位移變化速率曲線圖 

上述曲線4-7#監(jiān)測點位于基坑垮塌區(qū)域，1-3#和8-11#為兩側(cè)監(jiān)測點。從位移量及速率曲線表明，在基坑事故發(fā)生前位移量及速率曲線均出現(xiàn)陡變。

監(jiān)測頻率與施工工況結(jié)合不緊密

監(jiān)測頻率應根據(jù)施工工況的變化確定，應能反映基坑的重要變化過程。特別是土方開挖工況前后必須進行監(jiān)測，而本項目按一周監(jiān)測1～2次顯然不能及時反映基坑工況變化的過程，針對性不強。規(guī)范中明確當發(fā)生位移量突然增大時，應對重點部位進行連續(xù)加密監(jiān)測，直至連續(xù)三天的監(jiān)測數(shù)值穩(wěn)定，如位移不收斂則及時報警并采取措施。本項目事故發(fā)生前出現(xiàn)異常，但未跟蹤監(jiān)測。

監(jiān)測范圍及監(jiān)測方法

基坑西側(cè)單層磚砌體建筑物距基坑邊僅2.0m，屬基坑開挖影響范圍內(nèi)建筑物，按規(guī)范要求須進行監(jiān)測，而監(jiān)測中未含此內(nèi)容。監(jiān)測方案關于支護結(jié)構(gòu)深層水平位移監(jiān)測項目中，支護樁設計樁長為18.83m，而測斜管埋設深度僅為9.5m，規(guī)范要求測斜管深度不應小于支護樁的深度，導致支護結(jié)構(gòu)深層水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)存在缺陷，無法為事故分析提供全面參考數(shù)據(jù)。

五、 綜述

通過對本項目事故分析，基坑工程中勘察、設計、施工、監(jiān)測是緊密結(jié)合的，在建設工程中應嚴格把控各階段成果，并通過信息化監(jiān)測手段預防事故發(fā)生。

土層物理力學指標是基坑設計的重要依據(jù)，在進行工程勘察時要細致，加強原狀土樣保護，確保提供參數(shù)的可靠性；設計過程中使用時須綜合室內(nèi)、原位試驗等多項成果數(shù)據(jù)判斷取值合理性，切勿盲目采用。

錨索做為支護結(jié)構(gòu)中抵抗土壓力的重要構(gòu)件，其參數(shù)能否達到設計要求，對基坑施工的成敗起著關鍵作用。當錨索設置在復雜地質(zhì)條件中或采用特殊施工工藝，應通過現(xiàn)場試驗確定其適用性，同時，施工前進行基本試驗驗證其設計承載力。施工過程中按要求組織驗收試驗。

信息化監(jiān)測可及時反映深基坑工作變形數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析，查找變形原因，起到預報、預防基坑失事的作用。，監(jiān)測方案應充分結(jié)合支護方案及周邊環(huán)境，監(jiān)測項目和監(jiān)測點布置有針對性，監(jiān)測頻率要結(jié)合施工工況且能反映監(jiān)測對象的重要變化。

經(jīng)兩版勘察參數(shù)對比驗算，計算變形量遠小于實際監(jiān)測。在深厚軟土層中被動區(qū)抗力較小，且需要較大的被動變形才能有效發(fā)揮，建議對軟土層中被動區(qū)抗力進行折減。

      （ 本文摘自2016海峽兩岸巖土工程/地工技術交流研討會分會場報告，報告人：孔繼東）