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厦门基坑倒塌事故及修复

332 2021-11-22 14:21:50

一、工程概况

1.基本概况

该楼位于拟建的市府大道中段东侧,系12 层住宅办公综合楼。设置地下室1层。该工程场地原始地貌为海滨滩涂地,经回填整平,作为建筑场地。自然地面黄海标高为1.19~1.74m。设计±0.00m相当于黄海高程1.30m。基坑实际开挖深度∶东侧为3.80m,西侧为5.30m。

2.场地周边环境条件

东侧∶距基坑 10m处为开元区法院7层住宅楼,基础采用钻孔灌注桩;

北侧,距基坑2.5m处为围墙。墙外7~11.3m处有3幢70年代末至 80年代初建成的住宅楼,住宅楼为6层,基础采用沉管灌注桩;

西侧∶为拟建的市府大道中段,原路边沿距基坑 15m 以上;

南侧∶为建设中的繁荣广场,基坑已开挖完成,正在施工人工挖孔桩。

3.基坑支护设计方案

该工程基坑由某外地驻厦设计分院设计。基坑支护设计采用钻孔灌注桩和内支撑结合体系。围护桩采用φ600钻孔桩,桩中心距为∶东侧1.255m,西侧1.045m,南侧、北侧西段各 16 根桩 1.05m,北侧东段 1.188m,南侧东段1.291m。围护桩桩顶标高为-1.50m。桩身配筋为不均匀配筋,分为两种∶ZH-1桩(基坑深度5.30m段)为4 生 25 (基坑内)及3史 16(基坑外)∶Z-2桩(基坑深康3.80m段)为4史 20(基坑内)及3 中16(基坑外);桩身配筋不通长,至桩底上1.50m处为素混凝土桩身。

内支撑采用钢筋混凝土斜撑,锁口梁断面为 500mm×700mm,因斜角撑长度太长,

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中间设支撑桩-一根,桩径为 φ600,桩底持力层为残积土以上土层。并设置与锁口梁成直角的构造梁,断面为 400mm×400mm。支撑体系混凝土标号为 C25。平面位置与周边建筑物示意图见图1。

二、工程地质条件

1.土层情况

根据现场布置 11个钻孔的勘查结果,场地土层自上而下分布如下。

(1)人工填土。场地内人工填土层有杂填土及素填土,杂填土厚0.3~1.90m,松散。稍密,主要由砖块、混凝土块、砂土、碎石等建筑垃圾组成,东侧杂填土以粉煤灰为主,厚0.7~1.20m,素填土分布整个场地,厚1.25~3.20m,褐黄色,主要由火山岩残积粘性土及少量火山岩块等组成。

(2)淤泥。分布整个场地,厚8.60~11.40m,呈灰色、深灰色,流塑状,富含有机质,含少量贝壳、碎屑,最大含水量达79.2%。该层厚度较大,属高压缩性、低强度土,工程地质性能很差。

(3)残积砾质粘性土。该层北侧钻孔5、钻孔7及东南角钻孔 11缺失。厚 0.85~5.85m,顶板标高-11.80~~13.85m,硬塑~坚硬,由长石风化的粘土矿物、石英及少量云母组成,标贯击数13.2~49.8击,平均29.0击。

(4)强风化花岗岩。除西北角钻1缺失外,其余各孔均有分布。厚0.1~5.90m,顶板标高-16.93~-10.92m,该层力学强度较高,工程地质性能较好。

(5)中风化花岗岩。拟建场地内均有分布,揭露厚度0.6~7.20m,其顶板标高-13.70~-21.69m。该层埋藏较深,与基坑没有直接关系。

主要土层物理力学性能指标见表1。

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2.地下水情况

勘察期间(1995年9~10月)地下水位埋深0.50~0.90m。地下水类型主要有人工填土中孔隙潜水,风化残积土中网状孔隙裂隙水及基岩裂隙水。地下水主要接受大气降水及地下水的侧向补给。场地除人工填土透水性能较好外,其余均为弱透水层。

三、围护结构倒塌的情况

1.倒塌情况

该工程基坑开挖工作于1997年7月中旬结束。基坑开挖完成后,继续开挖承台处土方、砍凿桩头。既没有进行监测。也没能及时浇捣混凝土垫层。7月 22日早晨5点 45 分,发现北侧西段围护桩向基坑内倾斜,斜支撑梁断裂,距离基坑 2.5m 处的围墙及临时搭盖坍塌,地面下陷,同时危及北侧三幢住宅楼的安全。临近倒塌段的φ1000 工程桩倾斜,位移最大达1.8m。

为了确保北侧住宅楼的安全,有关单位迅速调集队伍进行基坑回填;同时对北侧住宅楼进行沉降观测。回填工作于23 日结束。经监测、住宅楼及基坑均户稳定。破坏基坑平面见图2。

2.倒塌原因

该工程基坑倒塌后。经市建委组织专家及有关各单位进行取样、调查。得出结论如下。

(1)设计方面

①计算指标取值不合理。采用固结快剪指标。而透水性能很差的淤泥在短期基坑开挖过程中得不到充分固结,为欠固结土。

②桩身配筋不合理。桩底1.5m 以上没有配筋,这些围护桩实际上都短了1.5m。而围护桩主要起抗弯、抗拉作用。后来的补强开挖证实。倒据的围护桩被章断错位。

③内支撑系统设置错误。主要是 400mm×400mm 的构造联系梁,以破坏后的情况可以看到,由于该梁的设置,在受压杆件上加了一个水平力,斜角撑因受剪而破坏。引起支撑系统失效。

④附加荷载取值未按周边实际条件取值,尤取是北侧临时搭盖未考虑。

(2)施工方面;①围护桩锁口梁与支撑梁混凝土强度等级未达到设计要求。

②围护桩施工质量较差,桩中心距未能按设计要求控制。

③单向配筋的钢筋笼受力筋错位。

④未进行基坑监测,开挖结束后未能及时浇捣素混凝土垫层。

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四、基坑修复

基坑倒塌事故发生后,市政府及有关单位迅速组织人力抢险,并决定拆除北侧70年代末建成的住宅楼,为顺利修复基坑铺平道路。

采用经典土压力理论、等值梁法及土层数据参数建议值对基坑进行验算,该围护结构桩身配筋只达到计算值的61%,锁口梁配筋只达到计算值的62%,整体稳定安全系数只有0.53。为了充分利用未破坏的围护结构,避免更大损失。对基坑四面的破坏情况采用了不同的补强措施,见图 3。

(1)北侧。围护桩倒塌段,因住宅楼已拆除,采用自然放坡,放坡坡度为1∶2。北侧东段未拆除的住宅楼段。采用两排 φ300 二次注浆微型桩重新加固并凿除原有锁口梁与新施工的微型桩重新浇筑在一起。

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(2)西侧。放坡沿长段亦采用二次注浆微型桩加固。按悬臂计算。原围护结构虽变形较大,但还不致影响地下室施工,决定保留。利用市府大道尚未施工的地段卸土放坡,卸土深度2.0m,宽度8.0m,并在基坑外 11.0m处设锚定板,利用地面拉锚,以减少围护变形。锚定板长 30m,高1.5m,厚0.5m。配筋φ12@250(双面配筋),理置深度1.5m,拉锚采用废旧中12钢丝绳。合并为 4股。并用繁绳器拉紧。拉锚间距为每桩间布置1根。

(3)东侧、南侧拆除围墙,利用原有红线内空间卸土,宽3.0m,深1.50m。

(4)凿除原斜支撑上的构造连系梁,并补充2×28a号槽钢加强解撑体系。

(5)卸土后,计算简图如图4所示,计算采用等值梁法。

(6)上述卸土、补桩、加强斜撑后,经验算,整体稳定安全系数提高至0.82,考虑到计算时采用平面计算,而实际基坑情况是空间问题;另外,基坑内的工程桩对被动区土体起着一定的嵌固作用。因此,决定按此方案进行加固修复,并对土方开挖施工做了一些调整,强调自东向西逐段开挖,每段长约10m,整平后马上打素混凝土垫层,并将混凝土垫层施工范围扩大至围护桩边,留下承台位置以后处理。并要求在雨季来临前完成地下室施工并回填基坑。

(7)在基坑开挖过程中,每天对桩顶位移及周边管道进行监测,并每天反馈给各有关单位,施工单位则按此监测数据。调整施工方案。

(8)地下水位控制。基坑支护系统修复后,查清附近住宅楼及南面繁荣广场的排水系统位置及是否破损、堵塞;经修补、疏通后,才进行基坑土方开挖工作;基坑内主要水的来源是上部填土层的地表滞水,因早季施工。采用明排疏干后。对基坑影响较小。

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五、修复效果

基坑修复工作于1997年10月下旬开始。11月下旬修复工作完成。而后进行土方开挖,监测工作也同时进行。至基坑回填止,西段最大桩顶位移达 23mm。北侧、南侧、东侧桩顶位移均10mm 以内。北侧住宅楼沉降量为0,周边管道沉降差均在 10ram 以内,没有出现断裂、漏水、漏气现象。该修复方案取得了良好的效果。

六、体会

(1)海滨滩涂地带的基坑开挖与支护工程是中、高层建筑的难点和重点,哪怕是较浅的基坑。如重视不足就可能带来严重后果。该工程最大开挖深度仅5.30m。却因倒遇事故拆除两幢住宅楼,延误工期四个月,造成了数百万元的经济损失。

(2)采用合理的土工计算指标是关键问题,在渗透系数很小的淤泥层中。通常采用"快剪"指标。而不应该采用"固剪"指标。周边附加荷载的取值应对现场勘查后按实际情况进行取值,必要时须对周边建筑物进行重新测量,以期较准确地估算出附加荷载。

(3)支撑体系应整体考虑,必要时应采用电算,以求得各杆件的内力变形,用以评价各种方案的可行性、合理性、经济性。

(4)基坑开挖后,应立即进行垫层的施工,尽量减少基坑暴露时间。

(5)用信息法进行设计、施工是基坑工程安全的保证。监测单位应及时将监测结果反馈给各有关单位,当变形接近预警值时,应及时报警,通知有关单位,以便对基坑工程进行复核、加固,以避免工程事故的发生,减少经济损失。