某綜合停車場基坑塌方原因分析及治理

胡 欣

(中國水利水電第十工程局有限公司,四川 都江堰 611830)

1 概 述

塌方會使塌方區鄰近建筑物、居民點遭到破壞,公路和鐵路被掩埋,從而造成經濟損失和人員傷亡事故。按照高等巖土力學理論:地形地貌、地質條件、構造條件、氣候條件、人類活動、降雨和地下水等都是引起塌方的因素。由于塌方成因的多樣性和復雜性,在工程災害事故中塌方事故發生的頻率高、造成的損失大,因此,研究塌方事故的成因及采取的應對措施對擬建或在建工程意義重大。本文闡述了通過應用高等巖土力學邊坡工程知識對該綜合停車場建設項目邊坡塌方事件進行的邊坡塌方原因,分析制定出相應的塌方處置措施及應用過程。

文中所述的綜合停車場建設項目地塊西鄰新華街西段,總建筑面積為3.36萬m2,其地下一層為停車場,設有558個停車位,地面為商業休閑廣場,配備商業樓、微民生樓及各類體育休閑設施。現場施工平面情況見圖1。

圖1 現場施工平面圖

施工場區東側邊坡長約91 m(3～17軸),開挖高度約為6～7 m。由于場地限制,最窄處的東側開挖寬度約為3.5 m。該工程采用的施工方法為:

(1)支護措施。支護方式為Φ108 mm鋼花管錨筋樁,樁長平均為10 m,在鋼花管內設置了3根、C25 mmHRB400E精軋螺紋鋼筋束。

(2)安全措施。①每日進行路面裂縫(及時采用瀝青灌縫進行封閉)、邊坡及周邊建筑物的監控監測并及時發布信息。②關注每日天氣情況,集中力量施工邊坡附近的結構。③對邊坡附近的新華街西段的交通限行限速。④向交通部門報告,請求臨時性交通管制。

通過對該工程區的實際情況進行分析得知:

該工程項目所處區域屬亞熱帶濕潤季風氣候區,地勢高差懸殊,地形中等復雜,氣候四季分明,地區小氣候差異較大,表現為冬暖、春早、夏熱、秋陰、云多、日照少,雨量充沛。

工程項目所處區域屬渠江水系,河網密度為0.33 km/km2。河流在洪水期猛漲猛降,落差大,水能蘊藏量豐富。

據地面調查及鉆孔揭露得知:在鉆探深度范圍內分布有Q4ml雜填土、Q4ml素填土(黏性土)、Q4el可塑粉質黏土、J3p強風化砂質泥巖、J3p中等風化砂質泥巖、J3p強風化砂巖、J3p中等風化砂巖。

該工程地處四川盆地淺丘區,原始地貌整體為剝蝕殘丘,場地處于山丘,具有良好的排水條件,周邊未見明顯地表水發育,工程區距離周邊河流(南江)的最近距離約為100 m。地下水類型分為上層滯水和基巖裂隙水,勘察期間為平水期,在鉆孔中測得的場地內地下水的穩定水位為3～9 m,埋深為高程336.14～354.33 m。

現場地質調查及勘探結果表明:場地內未發現巖溶、滑坡、危巖及崩塌、泥石流、采空區、地面沉降、活斷裂等不良地質作用和地質災害。

場地內揭露的泥巖具有泡水軟化的特性,土層長時間泡水導致其強度有顯著的降低,對此,設計與施工時應予以注意。

2 塌方原因分析

2.1 塌方事件的發生

2022年9月20日早上6∶00,項目部管理人員在進行現場雨季施工監測時發現新華街西段邊坡有失穩傾向,監測人員立即向項目主要領導匯報,隨即啟動應急預案,對道路進行臨時交通管制。該邊坡于6∶27垮塌,塌方段的邊坡長度約為15 m,寬度約為5 m,高度約為4.5 m,垮塌面積約為69 m2,失穩段邊坡長度約為65 m,寬度約為5 m,塌渣主要為路基回填的素填土。基坑邊坡垮塌情況見圖2。

圖2 基坑邊坡垮塌照片

2.2 原因分析

地勘報告及現場實際情況揭露:道路邊坡0～3.5 m范圍的巖體為素填土,3.5～4.1 m為粉質黏土,4.1～5 m為強風化砂質泥巖,5～9 m為中等風化的砂質泥巖,9 m以下為中等風化的砂巖,垮塌層主要為素填土區域。結合近日該地區連續降雨及塌方事件現場勘查情況,經分析認為本次垮塌產生的主要原因為:邊坡坡度較陡,邊坡裂隙面、軟弱夾層抗剪性能較低,這些軟弱面傾向臨空且傾角較陡,當斜坡受力情況突然發生變化時易發生塌方;加之近日工程項目區域內連續降雨且19日晚通宵暴雨,且因項目位于老城區,其場地周邊雨污水管網老舊、破損、堵塞嚴重、排水不暢,致使管網雨水滲漏、地下水位上升,土體呈飽水狀態,進而增大了巖土體的含水量和重度,降低了巖土體的強度和結構面的黏結力[1],導致土體內部的力學性能改變(充滿裂隙中的水及其流動對潛在的塌落體產生靜水壓力和動水壓力,裂隙充填物抗剪強度進一步降低,充滿裂隙的水對潛在的塌落體產生向上的浮托力,不穩定巖體兩側裂隙中的水降低了其巖體之間的摩擦力),遠超設計工況,加之道路車輛動荷載對邊坡的影響,最終形成垮塌。

3 塌方處置措施

3.1 應急處理措施

發現邊坡失穩后,項目部立即采取了以下應急處理措施[2]:

(1)施工人員立即對交通進行臨時指揮并聯系相關單位對新華街西段進行斷道,斷道后將防撞水馬及圍擋外移至路緣石。

(2)在垮塌段周圍路面設置擋水坎并用彩條篷布遮蓋垮塌面,防止雨水流入塌坑。

(3)對周邊路面的裂縫進行瀝青灌縫封閉,以防止雨水下滲。

(4)加大了對高壓線塔、國防光纜、路面、邊坡及周邊建筑物的監控與監測頻率。

3.2 塌方處理方案

鑒于塌方區域地質條件復雜,采用單一的處理方法很難達到處理效果[3]。項目部針對該工程最終采用的應急處理措施主要從兩方面考慮:(1)設法降低邊坡土體的剪應力;(2)提高土體或邊坡的抗剪強度[4]。根據邊坡塌方與實際工程地質情況、塌方后已經實施的應急處理措施及現有道路、邊坡穩定情況,按照巖土力學理論對于塌方在確保安全的前提下制定了以下處理方案:

(1)3～4軸、7～9軸邊坡穩定區域。將型鋼與鋼管樁焊接并在距離最外側鋼管樁6 m外設置地錨,最后采用鋼絲繩、手拉葫蘆及花籃螺栓拉緊。對于地梁處的渣土采用人工裝袋護腳。

(2)4～7軸邊坡垮塌區域。對于垮塌段路面的混凝土塊,其大塊由人工破除解小后同小塊一并采用吊車調出,對坡底填土實施反壓以控制邊坡進一步變形[5]。對于地梁處的渣土由人工裝袋護腳反壓,割除侵占結構施工區域的鋼管錨筋樁。

(3)9～17軸未施工區域。按照1∶1.5的坡比對其上部3.5 m厚的素填土范圍進行放坡卸載。

(4)墻背、路基的回填。待邊坡段車庫主體結構施工完成后7 d,按照設計要求采用8%的水泥砂卵石對墻背、路基進行分層分段填筑(分層填筑的高度為30 cm)并夯實。

3.3 塌方處理措施實施取得的成效

(1)塌方段(40 m)處理后取得的成效。塌方段邊坡處理及剩余主體結構施工的周期為31 d,其中邊坡處理的工期為8 d。經過垮塌區的清理和裝渣反壓確保了邊坡自穩并限制了坡底位移,有效防止了塌方范圍的進一步擴大。清理了垮塌物并割除了侵占結構施工區域的鋼管樁,在保障安全的前提下,減小了邊坡塌方處理對主體結構施工的影響,處理效果良好。邊坡段主體結構施工完成后,及時跟進墻背回填和路基、路面的施工,快速恢復了交通,將塌方造成的影響降至最低。

(2)邊坡失穩段(51 m)處理后取得的成效。邊坡失穩段處理及剩余主體結構施工的周期為42 d,其中邊坡處理的工期為9 d。采用放坡卸載、增設地錨加固和裝渣反壓的處理方案,有效遏制了邊坡繼續形變,加固了支護結構,提高了邊坡自穩能力,處理效果較理想。對于該區域主體結構可跟進開展施工,待結構完成后即可進行墻背回填和路基、路面施工。該邊坡失穩處理方法簡單,分區、分段、有針對性地組織施工,對原定施工進度計劃影響較小。

3.4 安全注意事項

(1)在邊坡搶險處置施工期間,項目部加大了對高壓線塔、國防光纜、路面、邊坡及周邊建筑物的監測頻率,將監測數據與預警值(監測點的水平、豎向位移:當日變形速率為1 mm/d,累計變量為10 mm)對比,發生異常情況時及時反饋并暫停施工。

(2)開挖過程中做好臨時排水措施及雨季施工措施。

(3)施工期間,積極與氣象部門對接,及時掌握每日天氣情況并據此合理進行施工安排。嚴禁雨天進行邊坡開挖并提前在降雨來臨前對坡面進行覆蓋。

(4)建立24 h值班巡查制度,主要管理人員任值班領導,各部門人員任值班員。

4 結 語

通過高等巖土力學理論在綜合停車場建設項目邊坡塌方事件中的應用,準確分析出邊坡塌方產生的原因,制定出正確的處置措施,快速解決了邊坡塌方給工程帶來的不利影響,取得了良好的效果。所取得的經驗可為類似工程實施和后續深入研究提供一定程度的參考。