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某深基坑工程事故分析
发布日期:2010-07-28 阅读:3372次
隧道网 www.stec.net(2007-7-12)  来源:《岩土工程界》2007年第2期
 
 
    摘 要:某深基坑工程采用复合土钉墙支护,开挖到底后,基坑西侧发生坍塌事故,本文就其事故发生 原因作一分析。
    关键词:深基坑支护 复合土钉
 
    某深基坑工程位于江苏省某市市中心,拟建建筑物为一综合性商业广场,总建筑面积6329l m3,框筒结构,地面以下为2层地下室基坑。在基坑开挖到底后经历了连续3天的大雨,2006年7月1日早晨基坑西侧长约30m、宽约8m的路面发生灾难性沉陷。人行道下的城市水管道破裂,汇集马路上大量的积水一起从坍塌处流向坑内,国防光缆、电缆暴露,致使路面单边封闭达数日,造成较为严重的社会影响。
    工程概况及地质情况
    该深基坑占地8024m。,平面形状为一不规则七边形,南北最大长89.9m,东西最大长74.8m,深约8.95~11.65m。基坑周围环境较复杂,其中基坑西侧紧邻繁华的商业路面,南靠以一座19层的高楼,东侧为结构较差的三层居民房,北临一学校。本区地下水类型为上部潜水,下部承压水,勘探期间测得地下上部潜水位在自然地面以下1.0m,受大气降水、居民生活补给、排泄与蒸发和分散的居民用水影响。
    根据江苏省某市建筑设计研究院的勘察报告,基坑由以下几种土层组成。
    杂填土层:主要由上部水泥地坪,下部填粉土构成,层厚0.7~1.5m。黄泛冲积土层:以粉土、淤泥质粉土为主,粘土少量,层厚8~14.1m。其中粉土较为密实,干强度较低,中压缩性土,流塑,场区普遍分布。
    2 基坑支护设计方案
    设计共分两类设计,基坑西南角处按钻孔灌注桩支护设计(由于该支护不是关心的,不详述)。基坑其余部分采取复合土钉支护设计,上部3m采用放坡+2排土钉支护,下部5m采用双排水泥土搅拌桩+5排土钉的围护方案。
    止水深搅桩墙参数:墙厚1700mm,双轴深搅桩叶片直径为700,桩中心距1.00m(0.85m),桩体搭 接200(350),使用32.5级普通硅酸盐水泥,其掺入量为16%,水灰比为0.45~0.50,要求试块抗压强度gu28>1.0MPa。提升速度≤0.5m·min-1,采用两喷三搅工艺,垂直度偏差<L%。< DIV>
      土钉结构设计参数:土钉选用材料为妒8×3.5mm钢管,采用7层土钉,第二、三排土钉倾角为、二5cGuANl2o,其余均为15o,各层土钉间距均为1m,梅花型布置,机械钻孔孔径均为120rmm,中间四排的土钉长度为13.5m,其余长度均为9m。为了减小基坑变形,施工方特别在第四排土钉处固定两排槽钢并安装200mm×200ram×10mm的钢垫板,通过拧紧螺母对土钉施加少量预应力。
    3 事故情况及应急处理
    该工程从2006年3月开始大规模开挖,在此以前基坑周围的深搅桩墙已经施工完毕,降水工作也有步骤的展开。挖土方案先东后西,先南后北,出土口留在西侧中部,到2006年6月基坑挖土工作已经基本结束,东侧的地下室底板已经浇注完毕,整个基坑只有出土口处有少量土待开挖。施工组织设计中要求挖土按照分层分段作业,每层挖深1 m。由于挖土 工作都是在夜间进行,加之土方基本开挖完毕,挖土作业人员不仅直接超挖到底,并将基坑西侧中部的深搅桩墙挖断,形成一个长约10m,深6m的缺口。
    此情况引起了设计施工单位的重视,准备在该处采取补强措施,但由于施工协调不够,加之挖土没有按层开挖,支护工作进展缓慢。挖土在末采取加固措施下又进行土方开挖。施工机械处于人行道边上作业,巨大的压力,加之基坑边沿已有的变形使得人行道下面的城市供、排水管道发生错位裂缝,此时水量只是在坑壁渗出,水较清。6月底的数日大雨后,雨 水顺着豁口流向基坑,造成地下水管彻底爆裂,大量水携带着流土和流沙直接流入基坑,此时已经做好的部分土钉由于刚刚灌浆还无法受力,基坑西侧中部支护结构坍塌,紧邻的马路和人行道大面积沉陷。
    4 事故原因分析  
    (1)随意破坏支护结构是造成险情的根本原因,为了出土方便,挖土单位在挖土工程处于尾声时,挖土单位擅自将出土口挖出深6m的出土豁N。这个出土豁口不仅破坏了已经封闭的止水帷幕。由于水位差的存在,被帷幕隔开的水带着粉土中的细颗粒流人基坑,造成地下水管和路面沉陷,基坑壁向基坑塌滑,6月底的大雨加剧了这一过程。
    (2)尽管监理在开挖前曾明文提出要分区、分层、平衡开挖,但由于一次超挖土6m,支护作业不得不搭架施工,不能及时喷护混凝土和放置土钉,造成基坑变肜较大,又赶上6月30日的大雨,基坑塌方。
    (3)施工中把所有设计方案中的~25iIlm的锚筋改为妒8×3.5IIllll的锚管。虽然使用锚管要比使用锚筋施工速度快,但是,由于锚管与锚筋的施工工艺不同,它们的锚固力差距很大。锚管是先在土中成孔后,把周面带孑L、端部密闭的钢管放人坑壁,然后从管内注浆并透过蹙孔将浆体渗到周围土体;锚筋也是先在土中成孔,置人变形钢筋,沿杆长通过细塑料管注浆填孔,然后通过二次挤裂注浆来加固土体。
    (4)施工控制不严格,由于施工场地的需要,基坑边沿的狭窄平台作为材料加工场堆放了大量的钢材,这些都导致坑外的超载值远大于20kPa,极大的增加了主动区土压力。
    (5)土钉支护设计施工的一大特点就是“动态设计,信息施工”,开挖后根据实际情况,可能对原方案进行局部凋整。对于本工程,在6月25号时坍塌附近的测斜管监测的水平位移最大达到40mm.大大超出土体水平累计位移量为开挖深度3%。的安全标准。安全意识淡漠和对信息化施工认识不足,在事故发生一周,此处的基坑附近出现变形、裂缝,此时应该采取措施以控制变形速度,却没有引起足够的重视,失去了信息化施工的意义。
    5 处理措施
    事故发生后,坑底土和坑壁土为粉土,土质较差,灵敏度高,在发生渗水和边坡滑动后,坑底土强度急剧降低。经有关专家论证研究,采取下面的加固方案:在原深搅桩外侧的坍塌处钻孑L后放人两排长约12m的咖114×6有缝钢管抗滑桩,桩间距0.5m.桩内部碎石密实后1:1水泥砂浆压密注浆,喷100厚混凝土进行表层硬化。7月19号的暴雨后,此处仍然发生坍塌事故,尽管未造成大的事故,但上次加固用的钢管大部分被冲入基坑底部。主要因为钢管桩与土难以有效连接;且钢管桩难以打人下层土体,桩底部易形成一个塑性铰;浇注的混凝土在管子内部,难以向周围土体渗透,并没有加固周围的土体;且由于下层土已经掏空,整个加固部位没有形成整体性的结构,在大雨的冲刷下发生事故在所难免。
    第二次塌方事故后的加固针对已经掏空的部位采取打木桩,填沙袋,毛石,喷混凝土和钢筋等措施来密实下部土体,同时在基坑底部深深打人一排长5m的ф200的木桩来支撑加固,通过注浆将其连接成整体。这些措施制止了事态的发展。施工方能够在这些部位覆盖塑料布,同时在基坑外侧马路边沿处垒起一道0.5m高的沙袋墙体以防雨水回灌,这些措施在以后的雨天中证明是积极有效的,基坑的变形甚微。
    6 结语
    基坑支护工程虽为临时性工程,一旦出现问题,就会导致延误工期,严重的还会引起安全事故,从本文所述基坑事故中,以下教训应该汲取:
    (1)施工不当(超挖,挖断止水帷幕,补强加固不及时)及挖土机的重载碾压直接造成水管破裂,水管破裂加剧变形,形成恶性循环。
    (2)对于任何形式的基坑工程,都要以经济、安全、合理为标准,不能单纯强调经济性,而忽视工程的安全性,设计施工单位不得随意做出降低基坑安全度的修改。
    (3)土钉墙作为一个新型结构形式,有一个摸索、发展的过程,故设计、施工均应持慎重态度;重视信息化施工,建立严密的监测与巡视系统,出现异常要及时采取处理措施,加强监测。
    (4)在软土地区应用土钉墙支护基坑,要求谨慎处理地表和地下水。
    (5)在饱和软土地区其搅拌桩止水帷幕除了隔水作用外,它还起到抗滑移时提供抗剪的作用,故在设计、施工中不得忽视。
    (6)基坑周边不应堆放重载,致使增加了主动区压力。