某高層建筑地下室深基坑支護坍塌事故分析

■張智勇 ■泉州市城市建設發展公司，福建 泉州 362000

1 基坑圍護方案

某高層商業中心建筑位于福建省泉州市中心鬧市區，占地面積9146 平方米，總建筑面積7.2 萬平方米。建筑物總高度為128 米，地面共27 層，其中地下室占地面積5416m2，為兩層停車場與設備用房，地下商場等。

工程樁采用大直徑沖孔灌注樁，圍護結構采用沖(鉆)孔灌樁與高壓旋噴拉圈梁組合體系。即鋼筋砼沖(鉆)孔樁主要作用是阻擋土體側壓力，保證邊坡穩定和避免土體變形，高壓旋噴樁布置在鉆孔樁之間與沖(鉆)樁聯成帷幕，起阻擋地下水涌入基坑作用，同時也承擔部分土體側壓力。在樁頂設置圈梁將樁體聯成總體，按等距離布置拉梁與沖(鉆)孔錨樁聯接，從而加大圍護樁總體的抗側向壓力強度(詳見附圖1)。

圖1 圍護結構局部圖

2 基坑坍塌事故情況

根據施工組織安排，圍護結構施工與工程樁施工同時進行，在完成樁基工程施工后，即開始土方開挖。該基坑開挖深度分為四種:9.25米、7.85 米、6.85 米和5.45 米，開挖總壁長為281.49 米。基坑開挖采用分區分層開挖，因該建筑物地處繁華街區，為了保證周邊建筑物及街道路基安全，特請福建省建筑科學研究院進行圍護監測，在圍護樁中埋設測斜管，布設11 個控制點，利用測斜儀密切觀察圍護樁移位情況，同時采用經緯儀觀測圈梁變化情況及附近幾幢建筑物沉降情況。

土方開挖7.85 米深處時，靠近地下室西側兩市區主干道交叉口相鄰一根圍護樁處發生土方坍塌，大量土方擠破旋噴樁沖入基坑，基坑后方地面出現8 厘米的裂縫，該處圍護樁及錨樁出現整體移位，樁頂最大位移達33.89 厘米，遠遠超出9 厘米的限值。雖然針對監測單位發出的警告，施工方與設計單位及時召開圍護結構的穩定性分析會，并采取了堵水、卸載等措施，但由于設計單位仍認為圍護樁設計可靠，在不受特殊外因作用不會發生倒塌，這種情況會逐步穩定，并懷疑監測數據偏大不準確，因而未能采取有效的加固措施，土方開挖依舊進行，然而在開挖到9.25 米深范圍處時，局部坍塌事故發生了，基坑西側17 根圍護樁、8 根錨樁連同拉梁傾覆，大量土體路基滑坡，總長度50 米。

3 事故處理措施的制定與施工

事故發生后，為了保護該段市區主干道交通安全，建設方會同施工單位進行搶險施工。首先在坍塌最高處沿路基處施打第一排98 根護路槽鋼，保證道路路基穩定并著手進行加固方案的制定。

從加固基坑圍護結構、止水角度出發，先后考慮采用水泥攪拌樁、地下連續墻以及鋼板樁等方案。經過論證，認為原圍護結構傾覆夾同大量土體路基滑坡后，邊坡已卸荷并形成基坑邊坡放坡，可選用雙排鋼板樁支護方案。采用40t 覆帶吊車加長吊臂，起吊功率為35KW，振動錘施打。這樣只需修施工平臺即可施工，使用鋼板樁長1518 米，寬0.4米，厚0.17 米。采用“大扣”法聯接(詳見附圖2)。

圖2 鋼板樁“大扣”對接法

利用吊車振動錘，沿倒塌圍護樁外圍打設第2 排98 根護坡鋼板樁。隨即開始進行倒塌圍護樁及圈梁砍鑿、現場清理工作，將不穩定陡坡削去后，砌毛石護坡。在該項工作基本完成后，再沿原圍護樁處打設第三排護壁鋼板樁120 根，打設25 根45#200 寬槽鋼為鎖口及內支撐(詳見附圖3)。

圖3 倒塌加固支護方案剖面

對其它未開挖未破壞圍護結構采用挖坑卸載，沿原圍護結構打設鋼板樁和拉錨支撐，兩根“對扣”。呈三角形打設，在地下室轉角處加設一鋼桁架支撐，防止坍塌再次發生，對地下室土方開挖采用先機械開挖后人工開挖相結合分法開挖方案。

經過40 天的緊張施工，順利完成坍塌部位的加固施工，并繼續進行土方開挖，實踐證明該方案投入實施，工程施工工期短、費用節省、安全可靠。

4 主體結構工程樁補樁施工

基坑清理完成后對工程樁進行檢測，發現受土體滑坡影響，有個別工程樁受到不同程度推移，樁身經低應變檢測完好無損，由于推移的程度不大，且均為四層裙樓小直徑基礎樁，故在2 米厚底板加設基礎暗梁與未破壞樁聯接，在以后主體結構施工中未出現任何由樁基因素而影響的施工質量問題。

5 基坑局部坍塌原因與分析

造成此次圍護結構坍塌因素等多方面的歸納有以下因素。

勘探、設計因素:勘探提供部份數據不準確，直接影響到結構設計精度，如:(1)勘察單位提供的淤泥在土工試驗匯總表中其固結抗剪的最大內摩擦角達到18°14'，直接抗剪內摩擦角達12°6'，但大量試驗表明，濱海地區軟粘土內摩擦角為0 值，直接抗剪為1°～3°，固接抗剪為6°-10°，而設計單位發現該問題后未能及時要求補充可靠資料，并沒有進行任何的修正和說明就盲目引用設計，使安全度產生誤差。(2)設計拉錨樁布置在破裂角不穩定范圍內，當土體滑動時帶動錨樁一起滑動，錨樁起不到拉錨作用，從而導致圍護樁整體失穩破壞。同時設計驗算失誤，使灌注樁抗彎不足，產生的卸荷導致旋噴樁首先破壞，在灌注樁之間采用旋噴樁的止水帷幕，由于灌注樁間距較大，施工地段地下水位較高，開挖深度大，旋噴樁抗彎、抗剪能力弱未能起止水作用，且與灌注樁聯接不緊密，在超荷狀況下首先破壞;加劇圍護樁的失穩破壞。

施工因素:由于在雨季趕工施工，管理不嚴，部份旋噴樁以及圈梁、拉梁施工質量不能滿足要求。土方開挖未能全部按分層順序施工，靠樁腳位局部小范圍的集中開挖，卸荷較快，于是造成圍護結構倒塌的因素之一。

其它方面因素:工程施工地段地處交通要道，車輛繁多，地下管網密集，且市政部門正在進行市區排水管網改造，大量地表水流入表土層，土工指標變化加劇錨樁位移，改變灌注樁受力性質，導致圍護過早破壞。圍護樁設計與施工單位過于自信，發現險情未能采取切實有效措施防止倒塌事故發生，這也是造成大面積坍塌的人為因素。

6 經驗與教訓

該商業中心建筑地下室圍護坍塌事故采用鋼板樁加固處理，經過當年雨季臺風暴雨沖擊，無發生任何問題，顯示整體穩定、安全可靠，說明這樣加固設計方案是成功的。雖然采用鋼板樁一次性投資大，但可回收重復利用，加上使用機械施工速度快、工期短、機動靈活、安全可靠的優點，因此利用鋼板樁圍護結構是一種處理坍塌事故快速、安全的方法。

雖然施工單位順利地處理了圍護結構坍塌事故，但由于事故的發生使該工程主體結構施工工期受到影響，給開發商和施工單位造成一定的經濟損失，所帶來的教訓是深刻的。如果在施工組織設計過程中充分考慮實際地質情況，認真細致進行勘查，避免盲目進行理論設計，充分考慮到采用的方案是否符合現場地質條件、周邊道路交通情況、地表及地下水流量和雨季施工等不穩定的環境因素，施工中嚴格控制施工質量，對于發現問題能及時、有效處理解決，或許能夠避免此次事故的發生。