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青海西宁某基坑坍塌事故分析与处理

338 2021-01-25 16:29:30


2009年3月19日,青海省西宁市商业巷南市场的某工程深基坑施工现场发生坍塌事故,20多名工人在施工现场为基坑边坡喷浆时,基坑突然坍塌,8人被埋入土中当场死亡。坍塌基坑见图1。事故造成了重大生命和财产损失及社会影响,事后有关部门组织专家组对事故产生的原因进行了分析和处理,本文作者参与了事故处理的全过程,以下则是对事故产生原因的分析。

一、事故现场的基本情况

1.工程概况

施工的基坑开挖深度为 12m,从地面到基坑底部依次为填土层,填土厚度约2.4m,以下为砂砾层,厚度大于10m,土层基本物理参数见表1。基坑周围环境见图2,基坑坍塌位置位于基坑东侧一剧院建筑旁边,坑边距建筑物外墙距离约为4m,当基坑施工到坑底,清完土施工最后一排土钉时,基坑突然发生坍塌,坍塌形式为滑移破坏。



2.坍塌基坑的支护方法

事故发生后,事故调査发现本工程无完整的基坑支护设计图,仅有一个支护剖面图基坑支护是由施工单 自行设计并施工,釆用土钉墙的支护方法,土钉的长度 间距 注浆棒的直径和面板的厚度均不符合承载力和稳定性的计算要求,具体基坑支护立面和剖面分别见图3和图4。




二、基坑坍塌事故原因分析

经初步判断,工程事故分析专家组认为施工单位在基坑设计和施工过程中,用于基坑支护土钉长度不足 土钉注浆孔注浆不饱满 面板厚度不够等原因,而施工期处于冻融交替期及施工中的震动是造成坍塌的诱发因素 现场调查发现,事故现场砂砾层中的锚杆长度未达到设计要求,花钢管土钉设计长度为3〜5m,而在事故现场随机抽样三根钢管平均长度仅为L82m,最 的 1.93m,最短的仅有1.64m。同时,原设计方案中,基坑开挖前要先在边缘打下竖向超前微型柱,起到支撑与固定作用,但是经现场查看证实无微型桩。此外,边坡上喷射的混凝土面层设计厚度为 80mm,现场随机抽查实际为55~ 6mm。而基坑上部边缘,施工单位设置的临时彩板房,也增加了地面的堆载。事后本文作者对此次事故进行了全面的分析,认为事故原因有技术和管理两方面的原因,现就这两方面的原因分析如下。

  1. 技术方面的原因

(1)设计方面

①局部设计方案选择有待商榷

按照我国《建筑基坑支护技术规程》JG 120-99 土钉墙设计应考虑以下内容。土钉支护可用于边坡的稳定,特别适用于粘性土、弱胶结砂土以及破碎软弱岩质路堑边坡加固。不宜用于含水丰富的粉细砂层、砂砾卵石层和淤泥质土。对安全等级为一级的土钉墙支护高度不得大于 8m。本工程工程地质条件见表1,以砂砾土为主,基坑深度为12m.基坑边局部离既有建筑距离很近,最近的仅有4m,因此,此处基坑安全等级应定为一级,选择土钉墙支护技术上则存在一定的风险-1,特别是坑边侧移很难满足要求,应采用复合土钉支护或其他更安全的支护方式。


②土钉墙设计不能满足承载力和稳定性要求

对基坑的施工方案进行承载力和稳定性分析,按照施工单位给定的设计条件,取基坑安全等级为2级,基坑重要性系数取1.0,整体滑移分项系数取1.3,土钉抗拉分项系数取1.3,地表作用满布均布荷载 10kN/m²,坡面与水平面夹角 85°,土钉与水平面夹角 10°。根据现场地质情况,第一、二排土钉采用 HRB335级钢筋,钢筋直径为 25mm.第三至八排土钉采用 D32 花钢管土钉,具体设计见图2、图3 和表2~n。


采用兰州理工大学朱彦鹏开发的深基坑支护结构设计软件 V1.0对本基坑工程原设计进行验算,验算过程见图5~图8,承载力和稳定性计算结果见表2,稳定性安全系数仅为0.449,从计算结果分析,原设计施工的土钉墙支护均不能满足承载力和稳定性要求0~-12。


3.土钉墙钉头设计不能满足冲切要求

我国 建筑基坑支护技术规程 JGJ 120-99 ±钉墙钉头设计虽未给出设计计算方法,但是土钉墙钉头出现冲切和剪切破坏是土钉墙支护结构常见的破坏形态 在西北黄土地区土钉墙支护常见的破坏形态一般有两种,一是滑移稳定性破坏,另一个就是钉头冲切拔出破坏,本工程顶部两层注浆土钉的破坏就是钉头拔出破坏(见图9) 本工程土钉墙面板厚度仅为60mm左右,钉头连接本身就不牢靠,经验算钉头的抗冲切能力仅为土钉承载力的30%左右,远不能满足钉头强度要求.


(2)施工方面土钉

1).注浆问题



2. 管理方面的原因

从西宁市政府 18时 30 分召开的新闻发布会上获悉,本工程由背海某房地产开发有限公司开发,发生事故的4号楼由浙江某建设有限公司总包,基坑支护则包给了青海某地基工程支护公司施工。相关部门负责人介绍,这一项目在未取得建设用地规划许可证、建设工程规划许可证、建设工程施工许可证、质量安全监督等相关手续的情况下擅自开工建设。这起事故是由施工单位违规操作.未按照基本建设项目程序办理相关手续,不听劝阻,强行施工造成的。


事实上.深基坑支护工程在我国事故不断,有地铁车站施工时引起的重大事故.也有类似本工程的重大事故,原因比较复杂,但是,本工程事故完全是由于管理和技术两方面造成,是完全可以避免的,管理方面主要问题有:

(1)深基坑工程未纳人设计管理范围,我国幅员辽阔,省市地区众多.技术水平参差不齐,有些省没有把基坑工程纳入设计管理,多数由施工单位自行设计施工,设计单位对基坑工程不设计或者有些设计单位不会设计;

(2)由于政府管理不到位,很多建设工程开工前五证不全,给工程施工带来了很大的隐患;

(3)基坑工程设计和施工人员的水平有待进一步提高。


三、基坑工程的处理

事故发生后,受有关部门的邀请本文作者参加了工程事故的分析与处理,并为青海省有关工程技术人员举办了两天的设计技术讲座。通过两天的培训使当地技术人员充分理解了深基坑支护工程的重要性,以及西北地区特别是青海省西宁市深基坑工程的设计计算方法,为下一步深基坑支护工程设计、施工和管理的规范化奠定了一定的基础。为了对比事故工程设计存在的问题。作者对事故基坑设计了两种不同的支护方法。-种同样采用土钉墙支护,一种用复合土钉墙支护方法(土钉加锚杆)。下面将第一种土钉墙支护设计结果分述如下,以与事故基坑设计进行对比。


采用兰州理工大学开发的深基坑支护结构设计软件 V1.0 对本基坑工程进行重新设计,计算过程见图 10~图 13.承载力和稳定性计算结果见表3.稳定性安全系数为 1.346,土钉墙支护能满足承载力和稳定性要求。说明,本工程由于地质条件较好,又无地下水,采用土钉墙支护可以满足工程要求32.13。


从表 3计算结果与原设计对比可以看出原设计方案,基坑的稳定性安全系数远小于《建筑边坡工程技术规范》GB50330-202 所规定的1.3的要求。重新设计的结果土钉间距减小、土钉直径加大、注浆棒的直径也加大了,锚管土钉不仅加大了直径也大大的加长了长度。


基坑边坡坡度85°。土钉水平间距0.9m,竖向间距1.5m,第一排距坡顶0.8m。其中第一、二排土钉钢筋直径 28mm,锚固体直径 130mm,三至八排采用4×3的花钢管土钉,锚固体直径48mm。基坑设计立面及剖面图见图14和图 15,最后其他未施工部位参考了本设计方案.坍塌部位由于施工人员恐惧,局部进行了回填,将原设计2层地下室坍塌局部改为了1层地下室、局部处理这里不再赘述。



四、结论

基坑工程随着建筑、地铁的建设规模的不断加大,基坑的深度和规模也在不断地扩大,基坑工程的事故也越来越多,通过本工程事故分析,可以得到以下结论和启示。

1、从表3计算结果与原设计对比可以看出,原设计方案的基坑稳定性安全系数远小于《建筑边坡工程技术规范》GB 50330—2002所规定的1.3的要求。重新设计的结果土钉问距减小、土钉直径加大,注浆棒的直径也加大了,锚管土钉不仅加大了直径也大大地增加了长度,因此,设计和施工存在重大技术问题。

2、基坑工程虽为临时支护工程,但是出现问题会产生重大的生命和财产损失。

3、基坑工程地域特点非常明显,中国幅员辽阔,各地应研究和摸索适合当地特点深基坑支护方法,这样才会做到经济安全。

4、基坑工程风险性很大,各地政府管理部门应该纳入设计管理,以保证基坑工程的经济和安全。




感谢供稿作者:

朱彦鹏、叶帅华(兰州理工大学土木工程学院)

莫庸 (甘肃省建设专家委员会)

本文仅供学术经验分享之用

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