成都地區(qū)某基坑垮塌原因分析

宋 靜

(四川省建筑科學(xué)研究院，四川成都610081)

1 基坑支護(hù)概況

成都地區(qū)某基坑所處地貌單元為川西平原岷江水系二級(jí)階地。場(chǎng)地土層自上而下依次為:雜填土、素填土、粘土、粉質(zhì)粘土、粉土、中砂、卵石、泥巖。擬建18層框剪結(jié)構(gòu)建筑，含裙房，采用筏板基礎(chǔ)及柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，設(shè)2層地下室，擬建物場(chǎng)地地勢(shì)較平坦。基坑周邊緊鄰6層磚混結(jié)構(gòu)住宅，均建于20世紀(jì)90年代。基坑周邊分布污水管線眾多。

該基坑開(kāi)挖深度為9.4 m，采用排樁支護(hù)型式。排樁施工工藝為:采用高頻液壓振動(dòng)把鋼管護(hù)壁圈打入地下進(jìn)行護(hù)壁，取出樁芯土層及卵石后，進(jìn)行鋼筋籠綁扎，澆筑混凝土，最后取出鋼管護(hù)壁圈。基坑支護(hù)排樁樁徑1.0 m，樁中心距2.5 m，排樁嵌固深度為4.0～5.5 m。樁頂設(shè)一道1000 mm×500 mm冠梁，冠梁、樁身混凝土采用C25。樁間土噴射C20混凝土，掛 6.5@200鋼筋網(wǎng)。

2 基坑垮塌情況及垮塌原因分析

該工程基坑開(kāi)挖至設(shè)計(jì)基底標(biāo)高后，筏板基礎(chǔ)混凝土尚未澆筑時(shí)，基坑支護(hù)排樁33～46號(hào)樁位置處基坑側(cè)壁土體發(fā)生垮塌。排樁發(fā)生傾覆及折斷破壞，表明土(水)壓力過(guò)大，超出排樁承載能力極限狀態(tài)的結(jié)果(圖1)。分析垮塌原因如下。

2.1 土體力學(xué)參數(shù)影響

排樁設(shè)計(jì)時(shí)，倘若人為提高土體力學(xué)強(qiáng)度參數(shù)，可使設(shè)計(jì)采用的土壓力小于實(shí)際土壓力，造成基坑設(shè)計(jì)的不安全。在成都地區(qū)的基坑勘察中，對(duì)卵石土難以進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)剪切實(shí)驗(yàn)確定力學(xué)強(qiáng)度參數(shù)值，一般通過(guò)N120動(dòng)力觸探試驗(yàn)，并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)確定粘聚力c值及內(nèi)摩擦角 值。某些缺乏經(jīng)驗(yàn)的勘察單位在為基坑支護(hù)設(shè)計(jì)提供土體力學(xué)強(qiáng)度參數(shù)時(shí)帶有一定的隨意性，往往會(huì)造成卵石土力學(xué)參數(shù)的失真。

成都地區(qū)卵石土中卵石間填充物多為細(xì)、中砂、粘粒、粉粒及礫石等，填充物對(duì)卵石顆粒具有一定的握裹作用，一般認(rèn)為在降水后卵石土具有一定的粘聚力。為了基坑工程的安全，大部分基坑工程勘察報(bào)告認(rèn)為松散及稍密卵石粘聚力為0，而中密及密實(shí)卵石在降水后的粘聚力介于5～10 kPa(圖2)。

該基坑工程設(shè)計(jì)中采用的卵石土粘聚力c值不論降水前后均為7 kPa，根據(jù)上圖基坑垮塌斷面，處于被動(dòng)土壓力區(qū)的卵石土位于降水水位以下，設(shè)計(jì)中考慮的粘聚力c值可使基坑抗傾覆安全系數(shù)大大降低，造成基坑安全隱患。

2.2 施工質(zhì)量措施不足

該工程基坑支護(hù)排樁施工工藝為采用高頻液壓振動(dòng)把鋼管護(hù)壁圈打入地下進(jìn)行護(hù)壁，鉆機(jī)取出樁芯土層及卵石后，進(jìn)行鋼筋籠綁扎，澆筑混凝土，最后取出鋼管護(hù)壁圈。該施工工藝在成都地區(qū)使用較少，原因?yàn)榇嬖谙率鰡?wèn)題:當(dāng)遇到軟弱的填土層時(shí)，往往在拔管的過(guò)程造成樁身混凝土的縮頸等質(zhì)量問(wèn)題;而遇到卵石土等堅(jiān)硬土層時(shí)，鋼管護(hù)壁圈難以打入，由于無(wú)泥漿護(hù)壁措施，取出鋼管護(hù)壁圈后、澆筑混凝土之前容易造成垮孔，從而使得該基坑支護(hù)工程排樁存在大量的缺陷樁、斷樁或樁身長(zhǎng)度嚴(yán)重不足等質(zhì)量問(wèn)題。作為承受水平力的基坑支護(hù)排樁，直接造成了支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載力不足。可以看出，對(duì)于一項(xiàng)新的施工工藝，一定要先施工試樁驗(yàn)證其施工工藝的可靠性后，方可用于實(shí)際的工程中。

2.3 填土較厚

根據(jù)基坑垮塌段取典型地質(zhì)剖面可以看出3號(hào)孔的填土厚度為6.7 m，如此厚的填土可產(chǎn)生巨大的土壓力。而由于填土內(nèi)成分較為復(fù)雜，差異性大，采用準(zhǔn)確的力學(xué)參數(shù)進(jìn)行基坑支護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算幾乎不可能。且對(duì)于如此厚的填土，按照當(dāng)時(shí)的基坑支護(hù)規(guī)范采用朗肯主動(dòng)土壓力計(jì)算亦有一定的不保守性。同時(shí)也是導(dǎo)致基坑垮塌的直接原因。

2.4 雨水浸泡

該工程基坑垮塌時(shí)值冬季，成都地區(qū)的冬季為枯水期，一般降水較不豐富。然而在基坑垮塌前的一個(gè)月內(nèi)，成都地區(qū)連降兩場(chǎng)雪，這對(duì)基坑工程的安全性來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)重大考驗(yàn)。該基坑在開(kāi)挖至基底設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)基坑頂四周地面尚未進(jìn)行硬化封閉及設(shè)置排水溝。外加基坑頂面埋設(shè)的污水管

道開(kāi)裂滲水等情況，對(duì)該基坑的安全性造成了致命一擊。

圖1 基坑平面

圖2 基坑局部剖面

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，該工程基坑垮塌是偶然的，也是必然的，卻又是可以避免的。基坑支護(hù)工程的垮塌往往會(huì)帶來(lái)重大的經(jīng)濟(jì)損失與極其不利的社會(huì)影響。因此在基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中，準(zhǔn)確地采用基坑土體力學(xué)參數(shù)、合理考慮土壓力、采用嚴(yán)密的施工技術(shù)措施及安全保護(hù)措施，為基坑安全穩(wěn)定性加上多重安全保險(xiǎn)，是每位參與基坑工程人員不可推卸的責(zé)任。

[1]劉建航，侯學(xué)淵.基坑工程手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005

[2]JGJ 120－99建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S]