坑邊堆土對基坑開挖影響的分析

李國奇

摘 要：首先闡釋上海蓮花河畔景苑7號樓整體傾覆的狀況，將建筑物與土體作為整體，應用圓弧滑動面條分法分析整體傾覆的原因，提出增加地下室的措施，應采用正確的施工程序等經驗和教訓。

關鍵詞：圓弧滑動面條分法；建筑物傾覆；管樁基礎；地下室

0引言

2009年6月27日5時30分，上海市閔行區蓮花南路在建的“蓮花河畔景苑”商品房小區工地內發生一幢13層樓房（7號樓）向南整體傾覆的事故，一名工人逃生不及被壓致死。從湖南鳳凰大橋垮塌、杭州地鐵工地塌陷、西寧商業巷工地坍塌和株洲高架橋倒塌，到此次上海在建高樓的整體傾覆，土木工程界犯錯誤的程度越來越令人難以置信，這是一個非常危險的趨勢，這一在建高層建筑傾覆事件在中國建筑工程史上留下了不可磨滅的一頁。

1 工程概況

1.1 工程地質概況

擬建場地屬上海地區四大地貌單元中的濱海平原類型，地面標高一般為3.96～4.89m。場地淺層土中的地下水屬潛水類型，主要補給來源于大氣降水及地表逕流，穩定地下水埋深在0.7～0.9m，平均0.78m，相應地下水位標高在3.33～4.09m，基坑工程設計時采用上海年平均水位埋深0.50m。

1.2原地下車庫基坑工程概況

原地下車庫基坑工程設計開挖深度4.6m，局部具有放坡條件的區域采用二級放坡開挖，坡間平臺上設置單排雙軸水泥土攪拌樁。鄰近建筑住宅的區域，基坑周邊卸土至條形基礎底標高，故基坑的實際開挖深度為建筑條形基礎下2.8m，該范圍采用復合土釘墻圍護形式：單排雙軸水泥土攪拌樁+兩道鋼管土釘。

1.3基坑周邊環境概況

地下車庫基坑南側和北側為蓮花河畔景苑的多幢正在進行內部裝修的住宅樓，樓體為剪力墻結構，基礎采用預應力鋼筋混凝土管樁結合條形基礎梁的型式。其中2#、3#和9#住宅樓設有一層地下室，其余住宅樓均無地下室。基坑北側與8#樓最近，其主體結構基礎距坑邊的距離僅3.3m；基坑南側幾乎緊貼4#樓，如圖1所示?；訓|側為已完成的地下車庫。西側現為空地。因此基坑周邊的住宅樓為重點保護對象。緊貼7號樓北側，在短期內堆土過高，最高處達10m左右；基坑開挖時需降水，在7號樓南北兩側產生壓力差。

2 應用瑞典法分析7號樓倒塌原因

2.1地下室基坑南側土體及荷載綜合分析

2.1.1 上海市區常見的工程地質情況

上海市區場地常見的工程地質情況為地表以下3-4m左右就進入砂性軟土。當地土木工程界稱為“鐵板砂”。它是青色細砂，有的地方也有黃色。沒水時該層承載力很強，有水時就是飽和土，幾乎沒有承載力。這一層又分成幾個亞層，但基本情況差不多，總厚度在整個市區分布也比較均勻，有17-18m厚。在上海做基坑，最擔心的就是這層土。一旦降水措施不力，防滲做得不到位，就會出現基坑噴砂、冒水，形成流沙。 因此即是壓力水，又是水沙同出，基坑外水土流失嚴重，流失速度又很快，幾個小時后基坑外側就會出現大的塌陷。

2.1.2 “土體壓力差”的影響

緊貼7號樓北側，在短期內堆土過高，最高處將近10m。與此同時，緊鄰大樓南側的地下車庫基坑正在開挖，開挖深度4.6m，大樓兩側的壓力差使土體產生水平位移，使滑動破壞面處主動土壓力增大，在邊坡穩定系數中表現為滑動力矩的增大。

2.1.3 南側地下室基坑開挖和降水產生水位差

蓮花河畔景苑小區內的-幢高層住宅樓建成后，施工方才開始建造1號樓南側的室外地下室。地下室基坑開挖深度達4.6m，基坑內未設水平支撐?；颖眰染?號樓外墻尚有7-8m水平距離。

為保證施工正常進行，就必須采取措施降低地下水位。由于沒有設計地下室，7號樓本身基礎埋深應在2m左右。而南面地下室基坑的降水深度應在5m以下考慮到室外地下潛水位一般為-1m左右，則7號樓下部與基坑下部的地下水水位差就有4m左右。而基礎的附加沉降差會導致建筑物產生傾斜。 若傾斜持續，就會導致建筑樁基失穩，就極有可能發生建筑物整體向南傾覆。

2.1.4、建筑物管樁基礎的受力

預應力管樁一般直徑較小，在樁長較長的情況下屬細長構件，上部容易失穩，其單樁豎向承載力較高。但由于管樁是細長構件，須要求周圍土體能提供很好的側向約束才能充分發揮其豎向承載能力。

然而在傾覆建筑中折斷的管樁和側翻的基礎周圍暴露的土體以目測就可以判斷出較為松散。說明土體的孔隙率較高，土體較松軟，也就是說施工過程中很有可能未對基礎回填土進行有效的壓實處理，在雨水的浸泡下土體由可塑狀態轉為流塑狀態，從而減少了對樁上部和基礎的側向約束。

2.2 瑞典法分析整體傾覆

邊坡破壞時，土坡滑動面的形狀取決于土質，對于粘土，多為圓柱面或碗形；對于砂土，則近似平面。阻止滑動的抗滑力矩與促使滑動的滑動力矩之比，即為邊坡穩定安全系數K，可得

蓮花河畔景苑7號樓距基坑北側7-8m距離，將樓體與基坑以南的土體一起分析。由于水的浸泡，使土體內聚力C減小，根據邊坡穩定系數公式，可以看出土體抗滑力矩減小；北側土體的堆載以及建筑物的自重作用，此時相對滑動面的切向力T=W 較大，因此滑動力矩相對抗滑力矩較大；此外7號樓下部與基坑下部的地下水有4m左右的水位差，進一步加大滑動面的切向力T；建筑物下部的管樁基礎在最危險滑動面處受剪，雖然產生抗滑力矩，但由于施工時土體未有效壓實，遭遇雨水浸泡，北側的高堆載以及管樁自身的二階效應，導致樁身不堪建筑物的高壓，沿滑動面發生破壞；最終由于滑動力矩太大，土體有沿最危險破壞面發生滑動趨勢，建筑物下管樁首先被剪斷，建筑物傾覆。建筑物傾覆后，滑動力矩減小，土體恢復穩定。

3、建筑物傾覆得到的經驗教訓

板式高層住宅樓應合理設置地下室，地下室應盡可能向南北兩邊擴大“以增大基礎底部面積”增大結構的抗傾覆力矩，提高結構的安全性能；設置地下室，相當于增大建筑物埋深，使得圓弧滑動面繞過地下室，這樣建筑物安全性系數大些。高瘦扁的建筑體型，抗傾覆能力本身就低，如果還不設地下室，建筑的基礎埋深會更淺，地基土對基礎的側向約束能力會更小，建筑的寬度方向更易失穩導致地基失效，導致建筑物發生傾斜甚至倒塌。

參考文獻：

[1] 鄭穎人等，邊坡穩定分析的一些進展（J）.地下空間，2001，21（4）262-271

[2] 周圓π.邊坡穩定性分析中最危險滑動面的搜索[D].大連：大連理工大學碩士學位論文，2004