某基坑邊坡垮塌事故分析

鄧 敏 劉 勇

(1.湖北地礦建設(shè)勘察有限公司，湖北 武漢 430072； 2.武漢地質(zhì)勘察基礎(chǔ)工程有限公司海南分公司,海南 ?？?570100)

1 工程概況

某地產(chǎn)公司在湖北省武漢市陽(yáng)邏區(qū)開(kāi)發(fā)商業(yè)項(xiàng)目，項(xiàng)目包括8棟高層住宅，11棟多層住宅，1棟3層幼兒園，多棟1層～2層商業(yè)及1層整體地下室。建筑物采用剪力墻、框架結(jié)構(gòu)，主樓基礎(chǔ)采用變厚度筏板基礎(chǔ)和獨(dú)立基礎(chǔ)，純地下室采用筏板基礎(chǔ)。地下室基坑平面呈不規(guī)則多邊形，周長(zhǎng)約1 237 m，面積約55 000 m2。

場(chǎng)區(qū)地勢(shì)東高西低，地面高程38.49 m～61.27 m，項(xiàng)目規(guī)劃±0標(biāo)高為47.40 m。其中，基坑?xùn)|側(cè)長(zhǎng)約180 m，地面標(biāo)高在52.11 m～61.27 m，東側(cè)距離地下室外墻32 m處有一寺廟，為本基坑開(kāi)挖設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

2 工程水文地質(zhì)

場(chǎng)區(qū)屬剝蝕壟崗地貌，基坑?xùn)|側(cè)地層分布見(jiàn)圖1，地層主要特征描述如下：

①1素填土Qml:雜色，稍濕～飽和，以黏性土為主，含少量碎石及植物根系，結(jié)構(gòu)松散，堆積時(shí)間不超過(guò)5年，土質(zhì)不均。

⑤1殘積粉質(zhì)黏土Qel:黃褐色，可塑，原巖結(jié)構(gòu)已破壞，以黏性土為主，捻搓有砂質(zhì)感，偶見(jiàn)未完全風(fēng)化巖塊，局部富集灰白色高嶺土礦物，土質(zhì)不均勻。

⑤2殘積黏土Qel:黃褐色，硬塑，原巖結(jié)構(gòu)已破壞，以黏性土為主，捻搓有砂質(zhì)感，偶見(jiàn)未完全風(fēng)化巖塊，局部富集灰白色高嶺土礦物，土質(zhì)不均勻。

⑥1強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖K-E:紫紅色，原巖結(jié)構(gòu)已基本破壞，泥質(zhì)膠結(jié)，局部風(fēng)化成砂土狀，手易掰開(kāi)，遇水易軟化，局部位置夾有少量的中風(fēng)化巖塊，巖體較破碎。

⑥2中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖K-E:紫紅色，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)、層狀構(gòu)造，泥質(zhì)膠結(jié)，局部位置泥質(zhì)含量較高，巖芯呈短～長(zhǎng)柱狀，采取率約90%，巖體較完整，RQD值約為80%，屬極軟巖，巖石基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。

場(chǎng)區(qū)地下水類型主要為上層滯水和基巖裂隙水兩種。上層滯水主要賦存在①1層中，無(wú)統(tǒng)一自由水面，勘察期間測(cè)得上層滯水水位埋深在地表下0.20 m～2.50 m?；鶐r裂隙水賦存于⑥單元層基巖裂隙中，水量受巖體裂隙發(fā)育程度控制明顯。勘察未見(jiàn)基巖裂隙水。

場(chǎng)區(qū)無(wú)地表水排泄溝渠，雨水隨坡面自然逕流排泄。

3 基坑?xùn)|側(cè)邊坡支護(hù)方案

基坑?xùn)|側(cè)地面高程52.11 m～61.27 m，基礎(chǔ)墊層底標(biāo)高42.00 m，計(jì)算基坑開(kāi)挖高度10.11 m～19.27 m。基坑邊坡頂部有寺廟大殿、僧侶住房等，據(jù)此確定基坑邊坡等級(jí)為一級(jí)。

寺廟所占地塊已納入政府拆遷計(jì)劃，但工期未定，因此基坑±0以上邊坡按永久邊坡進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)。

基坑周邊臨時(shí)荷載按15 kPa考慮，基坑頂部建筑物按18 kPa/層考慮?；舆吰轮ёo(hù)土層物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 基坑邊坡支護(hù)土層物理力學(xué)參數(shù)表

項(xiàng)目采用武漢建委等單位聯(lián)合開(kāi)發(fā)的“天漢”軟件(V2015)進(jìn)行基坑支護(hù)計(jì)算。同時(shí)采用理正邊坡綜合治理1.0PB2軟件對(duì)樁頂以上永久邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算和校核[1]。

最終設(shè)計(jì)選用的支護(hù)樁型號(hào)為φ1 000@1 500，樁長(zhǎng)12 m；一級(jí)邊坡選用φ28錨桿，長(zhǎng)度為9 m/9 m/12 m/12 m(錨桿不允許下穿房屋基礎(chǔ))，二級(jí)邊坡選用φ32錨桿，長(zhǎng)度均為20 m。錨桿布置間距2.0 m×1.5 m，位于格構(gòu)梁節(jié)點(diǎn)處，格構(gòu)梁尺寸0.3 m×0.3 m，格構(gòu)頂、底及兩側(cè)進(jìn)行封邊處理，封邊梁尺寸0.4 m×0.7 m。東側(cè)邊坡支護(hù)典型斷面圖見(jiàn)圖2。

計(jì)算得到的支護(hù)樁最小被動(dòng)區(qū)彈性抗力安全系數(shù)[2]為5.93，樁頂位移為1.2 mm,樁頂邊坡支護(hù)后天然工況穩(wěn)定系數(shù)1.481，暴雨工況穩(wěn)定系數(shù)1.255,均滿足要求。

4 基坑?xùn)|側(cè)邊坡垮塌事故

東側(cè)邊坡在施工第二級(jí)格構(gòu)錨桿(高程53.70 m～50.33 m)期間，樁號(hào)K0+047～K0+085區(qū)間段突發(fā)垮塌事故。變形體散落在高程50.33 m施工平臺(tái)上，后緣滑壁、兩側(cè)剪出痕跡明顯，前緣剪出口位于高程53.70 m平臺(tái)下方，整個(gè)變形體水平位移約10.0 m，下座約6.0 m，現(xiàn)場(chǎng)破壞圖見(jiàn)圖3。

事故發(fā)生后，設(shè)計(jì)單位到現(xiàn)場(chǎng)深入調(diào)查，認(rèn)真剖析，總結(jié)原因三點(diǎn)如下。

4.1 施工質(zhì)量[3]原因

事故發(fā)生前兩個(gè)月，設(shè)計(jì)單位發(fā)現(xiàn)施工單位在東側(cè)邊坡支護(hù)中存在如下問(wèn)題：

1)格構(gòu)梁直接鋪設(shè)在坡面上，無(wú)基槽，無(wú)墊層，后在格構(gòu)框格內(nèi)回填土；

2)部分錨頭位于格構(gòu)梁節(jié)點(diǎn)之外；

3)錨頭鋼筋貼坡面上彎，且沒(méi)有與格構(gòu)梁頂部鋼筋綁扎；

4)坡面噴混凝土無(wú)泄水孔。

整個(gè)格構(gòu)梁體系及框格內(nèi)填土增加了坡面荷載；錨桿位置偏差以及上彎等不規(guī)范操作，影響錨桿和格構(gòu)梁支護(hù)體系的均衡受力；無(wú)預(yù)留泄水孔，導(dǎo)致④層含礫粉質(zhì)黏土中孔隙水無(wú)法側(cè)向排泄，只能下滲入⑤2殘積黏土層中。

4.2 周邊環(huán)境調(diào)查不清

設(shè)計(jì)單位入場(chǎng)前，場(chǎng)區(qū)采用圍擋進(jìn)行封閉，場(chǎng)外為寺廟用地，不方便入內(nèi)，以致于東側(cè)邊坡外圍情況不明。邊坡垮塌時(shí)發(fā)現(xiàn)，該段圍擋外為寺廟菜地，常年種植各類蔬菜，菜地緊鄰寺廟廁所，且有一處下埋管道。施工單位施工過(guò)程中也未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)此段邊坡外圍情況，并引起重視。

4.3 地質(zhì)原因

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)破壞形態(tài)判斷⑤2殘積黏土為剪出口地層，現(xiàn)場(chǎng)散落的堆積物中富集灰白色高嶺土礦物。高嶺土[4]的吸水膨脹、失水收縮特性，易引起⑤2殘積黏土層出現(xiàn)反復(fù)脹縮變形、浸水承載力衰減、干縮裂隙發(fā)育等特征，進(jìn)而影響邊坡整體穩(wěn)定性。

5 影響因子量化

事故發(fā)生前，本區(qū)歷時(shí)連續(xù)四天降雨過(guò)程，于第六日凌晨發(fā)生垮塌。連續(xù)降雨、寺廟管道排水、坡面澆水種菜、含礫層孔隙水下滲、坡面填土荷載等諸多因素疊加導(dǎo)致坡腳⑤2殘積黏土脹縮變形破壞，內(nèi)外因素交互作用進(jìn)而引發(fā)邊坡垮塌。

根據(jù)邊坡破壞前的臨界條件，將高嶺土定義為因子A，施工質(zhì)量定義為因子B進(jìn)行反演，并作如下假定：1)將格構(gòu)梁及框格內(nèi)填土視作均布荷載作用在坡面上；2)高嶺土均勻分布在⑤2殘積黏土層中，高嶺土脹縮特性通過(guò)降低黏土層力學(xué)參數(shù)反映；3)格構(gòu)錨桿體系不均衡受力系數(shù)按0.8考慮。

首先在A+B作用下進(jìn)行破壞反演得到⑤2殘積黏土層滑帶土抗剪強(qiáng)度參數(shù)分別為12 kPa和8°，對(duì)應(yīng)穩(wěn)定系數(shù)值0.999；其次在不考慮B條件下，計(jì)算邊坡穩(wěn)定系數(shù)1.047；

得到如下計(jì)算式：

由此可見(jiàn)，⑤2殘積黏土層中高嶺土的脹縮變形為引發(fā)邊坡破壞的主要原因，施工質(zhì)量為次要原因。

6 結(jié)語(yǔ)

反思設(shè)計(jì)方案，該破壞段長(zhǎng)度約占支護(hù)段總長(zhǎng)的1/4～1/5，從支護(hù)體系整體考慮，一般不會(huì)另選方案，便要求從施工質(zhì)量、技術(shù)交底及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管等方面嚴(yán)格把控。通過(guò)本案例，巖土工程設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要重視以下幾點(diǎn)：

1)支護(hù)范圍周邊環(huán)境調(diào)查，尤其是地下隱蔽管線等；2)認(rèn)真解讀勘察資料，不能僅限于抗剪強(qiáng)度、承載力、壓縮模量等參數(shù)，重視地層描述、試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表；3)技術(shù)交底、階段驗(yàn)收等來(lái)往資料應(yīng)書(shū)面、詳盡。