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基坑坍塌事故分析和经验总结

693 2020-09-17 13:04:37


导读

本工程基坑支护由于未按照设计要求进行施工及规定的程序进行土方开挖和监控,对意外情况处置不当,导致围护倾斜、坍塌。虽未造成人员伤亡,但教训是深刻的。通过分析原因,提出预防措施,相信能为今后基坑工程设计、施工、监测等提供有用的参考。

一、工程概况

 

基坑面积约为4.7万m2,周长约为2700m(含基坑内部号楼与车库3.8m高差边长),单边最大长度达360m。纯地下车库区域土方开挖深度为3.8~4.6m,高层住宅区域土方开挖深度1.9m。

1、地质概况

第①1层填土和第①2层浜填土,结构松散,地基强度较低,直立性较差,开挖易坍塌;

第②层粉质粘土,土质相对较好,直立能力较好,基坑开挖边坡稳定性较好;

第③夹层砂质粉土,地基强度较高,但基坑开挖边坡稳定性较差,且局部砂性较重,渗透性较大,土体易产生渗透破坏,导致流砂、管涌、塌坍等不良地质现象的发生;

第③层淤泥质粉质粘土,土质软弱,土体强度较低,灵敏度较高,土体具有明显的触变、流变特性, 基坑开挖,受扰动土体强度极易降低。

图层力学性质表

2、围护结构设计

本工程除2#楼地下室基坑局部区域采用放坡开挖,多层周边区域拟采用格栅式水泥土挡墙的围护形式,沿局部空间不足区域采用重力式内插型钢以及坑内土体加固的围护加强措施;

下图中阴影部位为多层住宅,其周边均采用格栅水泥土挡墙作为支护。


二、事故形成过程

 

程在基坑周围的双轴搅拌桩已经施工完毕并达到设计强度后,开始降水工作,后大规模开挖。

土方开挖伊始土方单位尚能够按照设计及施工组织要求采取分块、分段及分层开挖。

但因建设方工期要求紧,土方单位增配大量的机械设备,以加快施工进度,且一次开挖到底。

但施工方并未有足够的施工人员施工,导致基坑作业面过长达100多米,基坑暴露时间长达15天。

在此期间基坑最大累计变形为40mm,并连续多天变形速率小于2mm/d,尚处于稳定状态。

10月初台风预报并未引起各方重视,也没有准备采取补强措施。

10月7日早上开始下大雨,雨水大量的从楼面灌入多层基础中。

10月7日下午等雨水变小后,监测单位对基坑位移进行监测,累计变形为80mm已超过设计允许值,且有继续发展的趋势,但监测单位没有报警

施工单位在进行巡查后,并未采取任何措施。

10月7日晚由大雨转为暴雨,大量的雨水直接灌入基坑,围护结构水平位移进一步增大。

10月8日早上施工单位人员对基坑进行巡查时水泥土挡墙水平位移发生突变,混凝土压顶出现开裂,经监测单位复核,累计位移达到30cm。

部分区段水泥土挡墙出现坍塌,靠近维护侧的工程桩已经露出。如果不采取相应措施,则会导致大量水泥土挡墙坍塌,将影响主体结构安全。

水泥土挡墙坍塌图
水泥土挡墙坍塌图

水泥土挡墙坍塌图
水泥土挡墙倾斜裂缝

三、事故发送原因分析

 

1、水泥土挡墙及压顶施工较差

(1)水泥土挡墙施工按照设计要求进行,桩身搅拌不均匀,有部分桩身水泥土多呈松散状,局部成淤泥状,有部分水泥土未能成桩

施工场地内有多条暗浜分布,暗浜区域双轴搅拌桩水泥掺量应为18%(相对正常区域提高5%)。实际施工时,围护单位仍然按照13%进行施工,造成暗浜区域水泥土强度达不到设计要求。

(2)设计要求水泥土挡墙成桩时,前后排桩内插6m长Φ48×3.5@1000焊管,且插入Φ14长度1.5m钢筋锚固在200厚压顶中。

但在实际施工中,均为按照要设计要求插入钢管、钢筋或在压顶施工中挖土机将钢管及钢筋拔出。

造成水泥土挡墙强度及刚度达不到设计要求,且在围护变形时,水泥土挡墙与围护压顶不能协同。

水泥土重力坝施工图
水泥土重力坝施工图

(3)水泥土挡墙压顶未能按照设计要求施工。设计要求压顶宽度设计为3.2米,在浇筑多层基础承台之前浇筑混凝土。

实际施工时,因为施工顺序颠倒,先施工基础承台后浇筑压顶,压顶宽度只有1.5米。

当水泥土挡墙因土方开挖释放应力时,内外侧水泥土搅拌桩不能协同变形,造成水泥土挡墙中间格构劈裂,并在压顶侧边形成较大裂缝,导致大量雨水沿裂缝灌入格构中间土体中,外侧水泥土挡墙因侧压力增加而发生倾斜、断裂。

水泥土挡墙压顶部分平面图
水泥土挡墙压顶部分平面图

 2、土方开挖施工不合理
本工程基坑面积较大,设计要求分块分层开挖,以控制基坑长边变形,且每块内需分层分段开挖。

但施工时为了抢工期,多台挖机同时作业,不按照分层分块开挖的原则,一次性开挖到底。基坑开挖最为100多米,且暴露时间较长, 而未采取有效措施加快施工。导致土体应力释放造成基坑倾斜。

坑内土层较差,水泥土重力坝承受侧压力而发生弯折,单弯折超过一定的角度时产生裂缝。

3、基坑边超载
施工时在基坑周边重力坝压顶上堆放堆放较多的钢筋、钢管、木方等建筑材料,超过设计要求限定的极限荷载,导致基坑超载失稳。

4、暴雨的影响
台风菲特在10月7、8日两天造成的强降水将近200mm,因基坑开挖一次到底且基坑过长引起的围护位移及地面开裂未及时封堵,大量雨水渗入,增大了水泥土重力坝的侧压力。

水泥土经过雨水浸泡,降低了围护墙体的强度。

另外,强降水导致基坑内积水严重,最大积水深度达1米,也降低了被动区土的抗剪强度。

5、信息化施工存在不足

土方开挖完成后,监测单位对压顶位移进行监测,最大位移为40mm,且连续多天变形速率小于2mm/d,未超过设计要求。

10月7日上午奉贤地区普降大雨,下午雨量变小后进行监测,当日实际变形量为40mm,累计变形为80mm已超过设计允许值,且有继续发展的趋势,但监测单位并未报警

施工单位在进行巡查后,未采取任何措施

四、事故处理措施

 

1、启动应急预案

(1)发现险情后,项目部在第一时间成立应急领导小组,指导基坑受灾处理应急工作。

(2)立即暂停施工,确保安全。封闭施工现场,将机械及材料等撤放至安全地点后,禁止人员擅自进入施工现场,确保人身财产安全。

(3)组织专家论证,分析事因。10月8日中午项目部组织邀请基坑围护设计单位、基坑围护施工单位、建设及施工单位总工程师等相关人员参加的基坑受灾应急处理会议。并勘查现场,对基坑目前受灾情况进行原因分析,并提出初步加固意见。

(4)经前期分析论证,下一步:

1、拟根据初步意见书,结合基坑实际情况,要求原基坑围护设计单位出具基坑围护加固方案;

2、基坑围护加固及处理措施

(1)对重力式围护体与主楼基础结构之间脱开,裂缝较大区域及围护体位移较大或局部有塌土的区域,采用土钉墙加固,具体加固区域由业主及施工单位现场确定。

此外采用Φ14钢筋下端与土钉锚杆焊接,上端通过钻孔与主体结构连接,以起到对围护反拉作用。

土钉墙加固剖面图
土钉墙加固剖面图

(2)为加快多层基坑内、围护周边间隙及重力坝体内积水排除,减轻水泥土挡墙的侧压力,采用引流孔将水引出。钻孔时应注意引流孔位置,不得设置在流砂层位置,且引出时应注意观察水流情况,不得有泥沙流出,如有则立即封堵,防止流砂流出后造成主楼基础沉降。

(3)地下车库内积水应在最上排土钉加固完成、土钉验收合格,达到设计强度,且围护体趋于稳定后方可排除。

(4)重力坝塌陷及后部开裂区域应采用干拌素混凝土填充,多层基础内采用喷射混凝土进行硬化地面,防止雨水渗入,并分段设置集水井,以便及时将积水排除基础外。

(5)进一步复核主楼基础偏位,加强主楼周边沉降监测,防止边坡位移引起工程桩破坏,进而影响多层主体结构安全。

(6)采取赶工措施,加快施工进度,在最短的时间内将基础底板浇筑完成,起到降低围护悬臂高度并对水泥土挡墙根部起到反撑作用。

五、事故经验总结

 

按照上述措施进行加固后,水泥土挡墙基本处于稳定状态。在随后的几次较大降雨中,基坑均未发生较大位移,说明加固手段是行之有效的。此次事故也给我们留下了深刻教训,遇到类似基坑工程我们应做到如下几点:

(1)水泥土挡墙作为基坑围护结构,应严格控制施工质量。

尤其是暗浜区域,水泥土搅拌桩水泥掺量提高,具体水泥掺量要根据实验数据确定。

浅层需根据暗浜的延伸范围确定是否需要进行坡体加固。

(2)对于水泥土围护结构,基坑开挖一期的墙顶位移一般较大,对于变形保护要求高的情况要采取可靠有效的措施。

开挖时因墙顶位移引起的地面裂缝应及时封堵,以防雨水渗入,降低水泥土挡墙围护安全性。

(3)土方开挖前应制订切合实际的施工技术措施和组织管理措施。

土方开挖时严格执行施工组织方案及“开槽支撑,先撑后挖,分层开挖,严禁超挖”的强制性条文

土方开挖后应采取相应的赶工措施,防止基坑暴露时间过长。

(4)严格控制水泥土挡墙及挡墙后地面超载,严禁将建筑材料堆放在基坑周边及压顶上。

(5)重视水对基坑的影响,做好降水、排水和防水工作,因为不少工程事故产生的原因就是水的影响造成的塌方。

对水的处理不仅指地下水,也包括土层中滞水、地下管道渗漏水、地面无组织排水、以及施工期间的雨水等。

应编制基坑工程应急预案,并准备应急救援材料及设备。

雨天应做好防止基坑事故的措施并加强巡视检查工作。

(6)加强信息化施工、重视基坑安全。

监测是基坑施工的哨塔,应根据监测结果及时采取相应措施,实行信息化施工,防患于未然。

        重视基坑监测工作,掌握基坑边坡土体及已有建筑物的水平及竖直位移,水渗透影响及支护结构的内力和变形情况,一旦监测值接近报警值时,应及时通知设计方、业主方、施工方、监理方等参建各方报告并书面确认。



来源:筑龙岩土