某管廊基底工程事故成因分析與處理對策研究

張云沂

（云南建設投資控股集團有限公司路橋總承包部，云南 昆明 650000）

1 概述

對采用明挖現(xiàn)澆施工工法的管廊工程而言，基底處理質量是影響其工程質量的關鍵環(huán)節(jié)，基底加固未達到設計要求容易引發(fā)管廊的不均勻沉降開裂，并進一步引發(fā)管廊結構出現(xiàn)滲漏水病害，嚴重影響管廊的運營安全，因此做好基底加固處理是管廊工程質量控制的關鍵環(huán)節(jié)。而管廊下伏土體的物理力學性質是基底處理措施的關鍵因素，在管廊施工過程中應特別注重地質勘察工作質量。然而由于管廊的施工過程具有動態(tài)性，下伏土體的物理力學性質常常會隨著施工條件的變化而發(fā)生改變，如果在施工過程中不考慮基地土體物理力學性質的動態(tài)變化，而一味地按照原來工程勘察得到的參數(shù)進行施工，就可能引發(fā)各類工程事故，危機管廊安全。

本文以某管廊工程因地質條件變化而引起的工程事故案例為例，分析施工的成因，系統(tǒng)介紹事故的處理方案，以期為類似工程提供參考

2 工程背景

2.1 工程概況

本工程位于城邊郊區(qū)，管廊位于新建道路左側綠化帶內（路面正在進行施工），管廊右側道路無法使用，需要從管廊南側修筑一條10m寬進場道路；基坑開挖平均深度7～8m,支護最窄處7.9m，最大處10.9m，基坑開挖邊線距擬開挖的管廊基坑4.1～5.6m；管廊位置處為土丘，高出平坦地面1.8m，施工前需進行場地平整。

基坑支護采用SPU-Ⅳ號拉森鋼板樁進行支護，樁長12m；鋼支撐采用2HW400×400×13×21鋼圍檁和?377mm×12@5000mm螺旋焊鋼管支撐梁支撐一道，距樁頂600mm，加強橫向支撐并封底。支撐水平長度為4000～5000mm。鋼圍檁與鋼板樁焊接，焊縫8mm，貼合緊密。管廊基礎開挖以機械開挖為主，輔以人工配合。

擬建場地原始地貌為剝蝕山丘，地形呈南高北低，但起伏不大，工程地質勘察前已整平。

2.2 巖（土）層特征

本工程范圍內場地地基土主要為雜填土、耕土、粘土，雜填土結構狀態(tài)變化較大，局部出現(xiàn)架空結構，土質均勻性較差；粘土物理力學性質一般，埋深、厚度變化較大，均勻性一般。

雜填土（Q4ml）：成分為砂土、圓礫及硬塑粘性土及少量建筑垃圾，結構松散，填土來源于附近棄土，厚度0.50～3.10m，平均1.73m，土層厚度變化大，土質極不均勻，動探修正擊數(shù)5.30～6.40擊，平均5.90擊。

耕土（Q4pd）：分布不連續(xù)，層厚較小(0.50～1.00m)，平均厚度0.57m。

1粘土（Q4al+pl）：濕，可塑狀為主，孔隙比平均值e=1.29，液限指數(shù)平均值Il=0.45,壓縮系數(shù)平均值av1-2=0.55MPa-1，為中—高壓縮性土；標貫修正擊數(shù)N=7擊，力學強度一般；層厚1.80～3.10m，平均厚度2.60m。

2粘土（Q4al+pl）：濕，可塑狀為主，孔隙比平均值e=0.74，液限指數(shù)平均值Il=0.26,壓縮系數(shù)平均值av1-2=0.35MPa-1，為中壓縮性土；標貫修正擊數(shù)N=9.52擊，力學強度較好；層厚5.70～9.80m，平均厚度7.73m。

3 基地工程事故概述

3.1 工程事故發(fā)現(xiàn)

該段管廊工程基地處理措施設計采用換填50cm粘土，鋪筑30cm厚碎石土，再施作20cm厚的素混凝土。管廊基地持力層為粘性土，根據工程勘察報告提供的數(shù)據，基底承載力特征值為fak=110kPa，設計取值120kPa。2020年4月14日，在進行管廊基地素混凝土澆筑時，監(jiān)理工程師發(fā)現(xiàn)之前換填的碎石土滲出大量地下水，地基腳踩感覺有軟化趨勢，監(jiān)理工程師憑經驗判斷下伏土體的承載力低于設計值110kPa，認為此時的地質情況與工程地質勘察時發(fā)生了顯著變化，于是口頭下發(fā)暫停施工指令，并報告了建設單位。建設單位隨即組織設計、勘察、監(jiān)理、施工等各方召開工地現(xiàn)場辦公會議。并組織對管廊下伏土體進行重新勘察試驗，經工地試驗室重新勘察試驗后指出，目前管廊下伏土體的承載力特征值已經顯著低于110kPa，會議決定全面暫定基底換填及素混凝土澆筑施工，并提出對已經完成素混凝土澆筑的管廊基底重新進行檢驗。

3.2 工程事故原因分析

為弄清楚管廊基底土體土承載力下降的原因，各方組織對該基坑的施工日志進行分析，對管廊開挖歷史進行全面分析調查。該段管廊的基坑于2019年12月15日開始開挖，該段施工長度為300m，采用分層開挖，開挖深度7.5m，邊開挖，邊支護，共歷時45d開挖至設計深度，由于勞務隊伍民工回家過年而暫停施工，春節(jié)期間滇東北地區(qū)出現(xiàn)大范圍雨雪天氣，雨雪過后整段管廊基坑雨水浸泡，雨水深度達5m左右，因現(xiàn)場無勞務隊伍，一直未做抽水處理。年后由于疫情原因，直至2020年4月3日才重新動工，期間管廊基地長期浸泡在雨水中，下伏粘土的物理力學性質發(fā)生了較大變化，導致基底承載力明顯下降。

4 工程事故的分析與對策

為弄清楚管廊基底下伏土體的承載力特征值的實際大小，重新提供施工依據。業(yè)主委托當?shù)匾患規(guī)r土工程勘察公司對管廊基底下伏土體的物理力學性質進行重新檢測，將已澆筑好的素混凝土全面打掉，將回填的碎石土挖開，取得原狀土樣12件進行室內各種土工試驗，組織進行原位測試多組，包括標貫試驗、平板載荷試驗等。

4.1 室內土工試驗對比分析

原來工程勘察得到的土體物理力學性能原始參數(shù)如表1所示。

表1 原設計土層物理力學性質

土體承載力特征值計算如下：

委托新單位測試得到的土體物理力學性能原始參數(shù)如表2所示。

表2 重新檢測得到的土體物理力學參數(shù)

分析計算：

將γ=γ0=16.3，n =8，δφ=0.14，δc=0.24，φm=11°，cm=16.5，d=0.5m，b=1m代入計算公式求得：P

13=83.2kPa。

4.2 原位測試標準灌入數(shù)據對比分析

對比兩次標準灌入度試驗數(shù)據進行分析計算如表3所示，補充勘察各土層錘擊數(shù)統(tǒng)計如表4所示。

表3 原勘察報告土層錘擊數(shù)統(tǒng)計

表4 補充勘察各土層錘擊數(shù)統(tǒng)計

依據《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB50007-2002）[6]，結合地區(qū)經驗[7]，可取：

fak=114.9kPa

同理，可取：

fak=84.8kPa

4.3 基礎加固方案對比分析

由于管廊基地下伏土體的承載力下降了約30%，原來的基地加固處理方案已經不再適用，需要重新設計基地加固方案，根據當?shù)厥┕すに嚭褪┕ぜ夹g，可供選擇的方案有以下三種：

方案一：將換填深度擴大至1m，碎石換填土厚度由50cm增加至80cm，素混凝土厚度維持20cm不變；

方案二：采用長度2m的微型樁對下伏土體進行加固，形成復合地基，提高基底承載力與穩(wěn)定性；

方案三：采用水泥攪拌樁進行基底加固，提高基底土體承載力。

對于方案一：將換填深度加深至1m，碎石混凝土的換填厚度加厚至80cm，經檢算基底土體的沉降變形難以滿足要求；

對于方案二：采用微型樁進行加固，造價約增加25萬左右，工期增加14d，整體工程質量可控。

對于方案三：采用水泥攪拌樁加固，由于施工空間較為狹窄，加上水泥攪拌樁強度形成需要一定的時間，總工期增加48d左右，總費用增加50萬左右。

綜合上述分析，最終采用微型樁加固的方法進行處理，經工程驗證，該方案取得了良好的成效，增加費用不多，且工程質量可靠。

5 結論

進一步的分析計算表明因地質情況變化為本工程共帶來經濟損失近80萬元，如果不是監(jiān)理工程師及時發(fā)現(xiàn)工程隱患，繼續(xù)按照原設計方案組織施工，很可能導致管廊基礎下沉、結構開裂、滲漏水等進一步的質量事故，為工程帶來難以挽回的損失。由此可見，在管廊工程的施工過程中，要密切關注地質情況的變化，實行動態(tài)管理。在基坑開發(fā)與維護過程中，要特別注意地下水的排水問題，合理組織施工，避免管廊基地長期浸泡在雨水中，導致基底軟化及相關工程事故。