建筑工程深基坑工程危險源分析及處理措施

摘要：深基坑工程具有施工風險大、難控制、地質條件和周圍環境獨特等特點。本文通過對基坑事故的研究，分析了事故發生的原因，得出了各責任單位和各破壞模式所占基坑事故的比例，提出了基坑突發事故的應急措施。以廣東省湛江市某深基坑事故為例，分析了事故發生的原因，闡述了事故的處置方案。

關鍵詞：深基坑工程；事故原因；處理措施；風險。

一、前言

深基坑工程施工技術一直是工程界研究的課題，《建筑業10項新技術》（2010版），經國家住建部審批后，于2010年10月14日正式發布實施。深基坑工程施工技術，被《建筑業10項新技術》（2010版）“深基坑施工技術技術”列為推廣的新技術之一。

深基坑一般指開挖深度超過5m的基坑或深度雖未超過5m但地質情況和周圍環境較復雜的基坑。深基坑工程包括基坑支護、基底加固、降水、土方開挖等內容。深基坑有以下特點：①具有很強的區域性、綜合性和個性。深基坑工程涉及土力學中穩定、變形和滲流3個基本課題，土壓力引起支護結構的失穩、滲流引起土體破壞、基坑周圍地面變形過大都可能引起事故。②具有很強的時空效應和環境效應。深基坑的空間效應表現為其深度和平面形狀對深基坑的穩定性和變形有較大影響。時間效應表現為土體蠕變使土體強度降低，使土坡穩定性降低。③具有很大的不確定性、風險性。影響基坑變形的因素眾多，地基土有非均質性，深基坑工程外力不確定性、變形不確定性和土性不確定性決定了基坑具有很大的風險性。④具有開挖深、工程量大、工期緊的特點。⑤深基坑事故具有突發性、危害大、損失多、影響范圍廣的特點。

二、深基坑工程的事故產生的原因

1.按照責任單位

事故按照責任單位共分6類，包括：①建設單位無計劃盲目建設，無限度地壓價，無限度地壓縮工期；不適當地參與選擇或強行拍板開挖方法或者支護方案。②勘察資料不詳細，勘察資料提供的數據不全面；地質勘察數據處理失誤，勘察報告提供的粘聚力、內摩擦角均比實際數值大，使支護結構設計不安全。③基坑設計人員經驗不足、判斷失誤、考慮不周；采用的計算模型錯誤，支撐結構設計失誤，設計計算錯誤，超載取值有誤，止水帷幕設計有誤，設計安全系數過小；過分相信軟件計算結果，未能根據實際地質情況做出判斷。④施工組織設計不當，施工方案不合理，沒有經過專家論證；支護不及時、挖土與支護嚴重脫節、超挖、基坑長時間暴露；處理水患措施不力、基坑施工經驗缺乏。⑤現場監理失職，不熟悉深基坑施工、設計方面的專業知識。⑥監測數據不真實，監測點布置不合理等。這些單位造成事故所占比例如圖1所示。

2.按照破壞模式

基坑工程事故按照破壞模式可分以下幾種破壞模式，各破壞模式所占比例如圖2所示。

（1）剛度破壞包括圍護墻體的強度破壞和支撐結構的強度破壞。

①圍護墻體的強度破壞：由于超挖、超載、支撐不及時等原因使得土壓力引起的墻體彎矩超過墻體的抗彎能力，導致墻體裂縫或斷裂破壞。

②支撐的強度破壞：當設置的支撐強度不足或剛度過小時，在側壓力的作用下支撐破損或壓屈或折斷引起的破壞。

（2）穩定破壞包括滑移整體失穩、踢腳隆起失穩、管涌失穩、底鼓失穩、槽壁坍塌失穩、坑內土體滑坡失穩。

①滑移整體失穩：在松軟地層中，由于支撐位置不當或施工中支撐系統結合不牢固等使得墻體位移過大，或者地下連續墻插入比過小導致基坑外整個土體產生大滑坡或塌方使得支護系統整體失穩。

②踢腳隆起失穩：軟弱的粘土層中，基坑開挖使墻體向內側擠壓，基坑下方的土體向上抬起，如果墻體的插入比過小，開挖到一定程度后坑底土體就會隆起，坑外地面下陷，嚴重時，會導致墻體坍塌，支護體系破壞。

③管涌失穩：在含水的砂層土中采取地下連續墻作為圍護結構時，坑內挖土抽水使坑內外產生水頭差，如果止永帷幕深度不夠或者止水帷幕在較深位置存在缺陷，在滲透水流的作用下，土中的細顆粒、粗顆粒先后被滲流帶走，土體內形成通道，即管涌，嚴重時，會導致地面下降，圍護結構破壞。

④底鼓失穩：如果坑底有薄的不透水層，而且不透水層下方有較大水壓的滯水層，當土重不足以抵擋下部水壓力時，坑底會發生隆起，嚴重時，墻體失穩。

⑤槽壁坍塌失穩：在飽和含水地層，由于墻體存在裂縫等質量缺陷時使得圍護墻墻的水效果不好或止水結構失效，導致大量的水夾帶砂粒由接縫涌向坑內，嚴重時.引起支護結構失穩和地面塌陷。

⑥坑內土體滑坡失穩：長條形基坑內分段開挖時，由于放坡過陡、降雨或其他原因引起土體滑坡，有時土體會沖毀基坑內支撐和立柱進而導致基坑破壞。

（3）剛度破壞：由于圍護結構剛度不足、墻體滲漏引起地層損失或者由于高壓旋噴土體加固造成土體破壞使得圍護結構變形過大造成周圍建筑物、路面及地下管線破壞事故。

3.與水有關的事故

軟土基坑中基坑工程常常遇到地下水，許多基坑事故都與地下水治理不當有關，特別是暴雨滲入、管道漏水等對基坑有很大的危害。水患是造成許多基坑工程事故的直接或間接的客觀原因之一。根據對75個地鐵基坑事故的統計，與水有關的基坑事故約占基坑總事故的70%。

三、深基坑工程事故的應急處理

深基坑工程不可預見因素多，對可能發生的事故做好應急準備，以減少事故的發生，最大限度地降低事故對基坑及其周邊環境的影響。

1.整體或局部土體滑塌失穩

（1）在條件允許的前提下，采取坡頂卸載，降低水位，加強監測。

（2）當坑邊土體嚴重變形且變形速率持續增加有滑動趨勢時，應視為基坑整體滑移失穩的前兆。需對支護結構進行回填反壓，等基坑變形相對穩定時，采取支護結構補強措施，可采用增設錨索（桿）或增設支撐結構等。

2.踢腳失穩

立即停止土方開挖，在坑底樁墻前堆砂包反壓，在基坑外側挖土卸載，根據失穩原因進行被動區土體加固，如在檔土樁被動區打入短樁加固等。

3.管涌失穩

停止基坑開挖、停止降水、灌水反壓，等管涌、流砂停止后，進行坑外樁后壓漿堵漏、被動區土體加固措施。如果管涌水流很大，可在出水口上堆壓砂包以分散滲透路徑減小動水壓力，然后再進行雙液注漿。

4.槽壁失穩破壞

（1）若發現連續墻滲漏或者止水帷幕止水效果達不到要求，應立即對漏水量大、漏水點較深的情況，采用雙液灌漿進行堵水，采用水泥漿和水玻璃的混合漿液進行堵漏，不僅速度快，而且效果好。

（2）若漏水點較多，必要時，需在止水帷幕外側進行旋噴加固。

5.圍護結構位移過大

（1）由于支護結構位移過大坡頂產生裂縫時，需采用黏土或水泥砂漿對裂縫進行封堵，以免雨水溶入，土體軟化，坡面水壓力增大，尋致支護結構位移進一步加大

（2）當支護結構變形過大，明顯傾斜時，可在坑底與坑壁之間加設斜撐，如基坑周邊場地允許，可設置拉錨。

（3）坡頂或樁墻后卸載，坑內停止挖土作業，適當增加內撐或錨桿，增大內支撐預應力。

6.周圍地面沉降過大、建筑物破壞

（1）在需進行沉降控制的建筑物和降水井之間設置回灌水井或回灌水溝，通過水井或水溝向土層注水以維持坑外地下水位的原始高度，減小土體有效應力從而減少地基沉降量。

（2）通過劈裂注漿使得地層中形成脈狀或厚板狀膠結體，達到地基土體加固的目的。

（3）當基坑周圍建筑物發生嚴重開裂、傾斜時，應立即組織人員緊急疏散，并立即用支撐加固或拆除。

7.水管破裂

先關掉給水閥門，探明裂口位置、形狀及大小。如果裂口不大，可將木頭削成與裂口相同形狀并楔入裂口，然后澆筑水泥砂漿。如果裂口很大水勢無法控制，需及時通知有關單位處理。

四、工程實例

1、概況

2010年8月，廣東省湛江市某深基坑發生一起管涌坍塌事故。因大量水、流砂涌入旁通道，引起周邊地區地面沉降，造成三幢建筑物嚴重傾斜，防汛墻由裂縫、沉降演變至塌陷，由滲水、進水發展為結構損壞，附近地面也出現不同程度的裂縫、沉降，并發生了防汛墻圍堰管涌等險情。

2、事故原因分析

由于發生事故的聯絡通道所處的地質條件比較復雜，處在第7層承壓水地層中，開挖過程中承壓水沖破土層發生流砂，流砂的產生帶動土層擾動、移動，造成結構破壞，引起地面土體深陷，繼而發生地面建筑物傾斜、部分倒塌，防汛墻沉陷、坍塌等險情。事故原因是施工單位在發生故障、險情征兆出現、工程已經停工的情況下，沒有及時采取有效措施，排除險情，現場管理人員違章指揮施工，施工單位未按規定程序調整施工方案，且調整后的施工方案存在欠缺。總包單位現場管理失控，監理單位現場監理失職。

3、事故處置對策

（1）通過設立鋼筋混凝土封堵墻、架設支撐和預埋加水管、設置混凝土塞以封閉 ，同時向坑內灌水，盡快形成和保持坑內外水土壓力平衡。通過水壓自動監控系統，實時檢測水位、水壓和流量。

（2）為防止海潮和地表水進入事故區段，搶筑防汛圍堰、對風井實施加蓋、封閉；采用旋噴樁，對滲水處緊急封堵、在主堤內側增設鋼板柱、對主堤和內側地面進行注漿，采取吹泥管袋鎮壓棱體、土工布和模袋混凝土罩面，全面加固防汛主堤。

五、結語

（1）通過對基坑事故的研究，得出了基坑事故的原因，為今后基坑施工提供借鑒，減少工程風險。

（2）施工單位是事故發生的主要責任單位，約一半以上的事故都與施工單位有關，管涌破壞約占總事故的30%，與水有關的破壞約占總事故的70%。

（3）給出了基坑突發事故應急處理措施，準備必要的應急物質，制定合理的應急預案，可以最大限度地較少事故的發生。

參考文獻

1、《建筑基坑工程檢測技術規范》GB50497-09

2、《建筑地基基礎設計規范》GB50007-02

3、《建筑基坑支護技術規程》JGJ120-2012

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