某工程基坑事故分析
2009-09-28
一、前言
基坑圍護施工在上海地區(qū)已經(jīng)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(chǎn)生一些經(jīng)濟損失，大者會產(chǎn)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(zhì)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(chǎn)生事故造成重大的經(jīng)濟損失。
二、工程概況
本次基坑圍護施工的內(nèi)容是工廠內(nèi)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(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，基礎為天然地基獨立基礎?；舆吘壘嚯x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(nèi)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(nèi)。場地土層物理力學性質(zhì)見下表:
土層物理力學性質(zhì)表
土層編號
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)報告中液化判別表明，該場地淺層②2層灰色砂質(zhì)粉土嚴重液化，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)報告是91年進行勘探數(shù)據(jù)，未做注水試驗，根據(jù)黃浦江沿岸的工程經(jīng)驗，估計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)可能會達到為10-4數(shù)量級。
三、圍護方式及事故產(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(nèi)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(xiàn)由于第②2層灰色砂質(zhì)粉土砂性相當重，滲透系數(shù)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(jié)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(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(xiàn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)最終報廢。
3．事故原因分析
（1）作為圍護結(jié)構(gòu)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(nèi)側(cè)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(zhì)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(zhì)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(xié)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(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(jié)構(gòu)未出現(xiàn)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(nèi)有吊車梁，吊車梁兩端的高差將影響到吊車梁的行走，因此事故對廠房結(jié)構(gòu)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(jù)工程的實際情況和場地土質(zhì)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(diào)整。
