軟土地區(qū)某基坑事故的應(yīng)急處理和加固措施分析

摘 要：為了有效降低軟土地區(qū)基坑工程的事故發(fā)生率，并在事故突發(fā)后能夠迅速且科學(xué)地采取應(yīng)急措施，以天津市某典型軟土區(qū)域發(fā)生的基坑事故為分析案例，探討該基坑連續(xù)兩次事故的具體成因，對應(yīng)急加固措施實施效果進行了分析評估。案例分析表明：無內(nèi)支撐或錨拉結(jié)構(gòu)的支護結(jié)構(gòu)軟土基坑實際變形值通常大于計算值，需增加安全儲備以控制實際變形；在達到一定深度后，懸臂樁支護結(jié)構(gòu)的變形隨著基坑深度的增加而急劇增大，抗風(fēng)險能力相對較差；坑內(nèi)支撐能有效降低基坑變形，可以作為懸臂結(jié)構(gòu)的有效應(yīng)急處理措施。

關(guān)鍵詞：軟土基坑事故；應(yīng)急處理；加固措施；懸臂支護結(jié)構(gòu)；內(nèi)支撐

Analysis and reinforcement measures of foundation pit accidents in soft soil areas

DUAN Hangyu1， YE Fan2， LI Shouqing3

（1.Beijing Institute of Geology for Mineral Resources Co.， Ltd.， Beijing 100012， China;

2.Integrated Survey Unit of North China Geological Exploration Bureau， Yanjiao 065201， Hebei， China;

3.Tianjin Geological Engineering Survey and Design Institute Co.， Ltd.， Tianjin 300191， China）

Abstract： In order to effectively reduce the occurrence of accidents in soft soil areas of foundation pit projects， and to take emergency measures quickly and scientifically after an accident， this study selects typical foundation pit accidents in a soft soil area of Tianjin City as a case study. The causes of two consecutive accidents in the foundation pit are analyzed， and systematic evaluation is carried out of the actual effects of the emergency reinforcement measures taken. The case study shows that： the actual deformation value of soft soil foundation pit without internal support or anchor pulling structure is usually larger than the pre-calculated value. It is necessary to increase the safety reserve to control the actual deformation. The deformation of the cantilever pile support structure increases dramatically with the increasing depths of the foundation pit after a certain depth threshold is reached， and the risk-resisting ability is relatively poor. In-pit support can reduce the deformation of the foundation pit， and can be used as an effective emergency response for the cantilever structure.

Keywords： soft soil foundation pit accident; emergency treatment; reinforcement measures; cantilever support structure; internal support

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，土地資源變得越來越寶貴。為了充分利用有限的土地資源，設(shè)計上只能不斷向地下要空間、要資源，合理開發(fā)利用城市地下空間資源至關(guān)重要。隨著地下空間的大規(guī)模開發(fā)，越來越多的基坑需要在周邊環(huán)境條件復(fù)雜的市中心進行施工，隨著建筑物高度的增加，基坑深度不斷加深（王帥，2024；何成生，2024）?；釉诟邔咏ㄖこ虉龅氐耐馏w中開挖，是一種臨時性工程，基坑穩(wěn)定性受多種因素干擾影響，是巖土工程中的一個復(fù)雜問題（陳文華等，2024；彭瑩，2023；賈欣媛等，2016）。城區(qū)新建工程基坑周邊既有建筑物林立，基坑一旦失穩(wěn)，將會釀成重大安全事故，造成不可估量的損失。因此，深基坑支護工程的設(shè)計、施工已經(jīng)成為高層建筑工程建設(shè)中的重要一環(huán)（李銳豪，2024；高美玲等，2024；陳林靖等，2023；黃程建，2022；劉天柱，2021）。

在軟土地區(qū)，由于土質(zhì)較差，加之周邊環(huán)境、地下水等條件復(fù)雜，為確?；影踩€(wěn)定，對于深度大于7 m的基坑常采用樁＋內(nèi)支撐的支護形式，而對于5～7 m的深基坑，特別是面積較大的深基坑，考慮工程的經(jīng)濟性和施工的便捷性，常采用雙排樁或懸臂樁進行支護（穆海旺等，2022；王長青等，2022；李琳等，2007）。深度相對較小的基坑往往不能引起充分重視，從而導(dǎo)致軟土地區(qū)深度較小的基坑事故頻發(fā)（楊文浩，2024；毛洲明等，2024；劉興旺等，1999）。基坑工程施工管理不規(guī)范，往往是導(dǎo)致基坑事故的起因（蔡豐錫，2024；盧勇，2021；王曉初等，2018；陳啟輝等，2006；孫劍平等，2001）。

本文以天津軟土地區(qū)某基坑支護工程為例，分析基坑兩次事故產(chǎn)生的原因及其加固措施，可為類似基坑提供借鑒。

1 "工程概況

1.1 "工程簡介

建設(shè)工程位于天津市靜海區(qū)。擬建物為1座辦公樓，采用鋼框架+中心支撐結(jié)構(gòu)、樁承臺基礎(chǔ)；配套建設(shè)食堂、培訓(xùn)中心及研發(fā)中心，采用鋼框架結(jié)構(gòu)、樁承臺基礎(chǔ)。整體設(shè)置1層地下車庫，基坑開挖面積為10 700 m2，周長約416 m。根據(jù)不同的功能區(qū)，基坑開挖深度為4.0～6.3 m，局部電梯基坑及集水坑再深挖1.5 m?；娱_挖深度見圖1。

1.2 "基坑周邊環(huán)境

基坑南側(cè)距紅線最近處約11.2 m，紅線處設(shè)圍墻及出入廠區(qū)大門，圍墻外4.5 m為道路，距基坑邊緣外2 m設(shè)置施工道路。

基坑北側(cè)現(xiàn)狀為空地，后期為施工臨建場地。

基坑西側(cè)距紅線最近處約11.1 m，紅線處設(shè)圍墻，圍墻外6.8 m為道路，距基坑邊緣外2 m設(shè)置施工道路。

基坑?xùn)|側(cè)距紅線5.0～9.1 m，紅線處設(shè)圍墻，圍墻外9.3 m為既有廠房（樁基礎(chǔ)，無重載）。

管線調(diào)查結(jié)果表明，基坑周邊環(huán)境較為簡單，2倍基坑深度范圍內(nèi)無市政管線。

1.3 "工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

場地地處華北平原，區(qū)域地勢平坦，原始地貌屬海積沖積低平原，后經(jīng)人類活動逐漸形成現(xiàn)地形地貌。根據(jù)場地勘察報告，與基坑相關(guān)的土層分布見表1，物性指標(biāo)見表2。

根據(jù)場地勘察資料，對工程有直接影響的淺層地下水屬第四系表層孔隙潛水，初見水位埋深1.90～3.00 m，靜止水位埋深1.40～2.50 m。表層地下水屬潛水類型，主要由大氣降水補給，以蒸發(fā)形式排泄，水位隨季節(jié)有所變化，一般年變幅為0.50～1.00 m。

據(jù)室內(nèi)滲透試驗，黏性土土體滲透系數(shù)大多為10-7～10-6 m·s-1，屬極微—微透水性。各層土體滲透試驗成果見表3。

2 "基坑支護設(shè)計

根據(jù)相關(guān)規(guī)范及地方性法規(guī)，本工程基坑主體安全保護等級為三級?；娱_挖深度為4.0～6.3 m，且地下水位埋深較淺（潛水面在基坑底面以上），需特別注意基坑工程的止水效果。

2.1 "支護方案

根據(jù)場地周邊環(huán)境及基坑特點，AB段開挖深度為5.6 m，CD段開挖深度為6.3 m，設(shè)計采用雙排管樁（PHC 500 AB型）進行支護，其中前排樁間距0.8 m，后排樁間距1.2 m，排距為2.2 m，上部卸土放坡2.0 m，設(shè)置1.1 m放坡平臺。樁頂設(shè)置冠梁及連梁：前后冠梁截面尺寸均為800 mm × 600 mm；連梁間距為1.6 m，連梁截面尺寸為600 mm × 500 mm。在雙排樁間設(shè)置雙軸攪拌樁止水帷幕，攪拌樁樁長10 m，放坡外側(cè)設(shè)置樁長2.5 m的雙軸攪拌樁止水短樁?；又ёo結(jié)構(gòu)剖面見圖2。

DE段基坑開挖深度為4.6 m，設(shè)計采用懸臂管樁（PHC 500 AB型）進行支護，樁長9 m，上部卸土放坡1.8 m。樁頂設(shè)置冠梁，冠梁截面尺寸為800 mm ×600 mm。在樁后設(shè)置雙軸攪拌樁止水帷幕，樁長11 m?；又ёo結(jié)構(gòu)剖面見圖3 a。

BC段和EF段開挖深度為4.6 m，采用大放坡的支護形式，坡比為1∶0.85，在樁后設(shè)置雙軸攪拌樁止水帷幕，樁長11 m。基坑支護結(jié)構(gòu)剖面見圖3 b。

FG段開挖深度為5.3 m，設(shè)計采用大放坡加抗滑樁的支護形式，二級放坡，一級坡坡高1.8 m，坡比為1∶0.9，二級坡坡高3.3 m，坡比為1∶0.52，中間設(shè)置0.5 m的放坡平臺?？够瑯恫捎霉軜叮≒HC 500 AB型），樁長9 m，間距1.0 m。在樁后設(shè)置雙軸攪拌樁止水帷幕，樁長11 m?；又ёo結(jié)構(gòu)剖面見圖4 a。

GA段開挖深度為4.0 m，采用大放坡的支護形式，坡比為1∶0.85，在樁后設(shè)置雙軸攪拌樁止水帷幕，樁長11 m?；又ёo結(jié)構(gòu)剖面見圖4 b。

各段支護形式匯總見圖5。

2.2 "降排水方案

本項目采用雙軸攪拌樁封閉止水，坑內(nèi)設(shè)置疏干井降水，坑底表層水采用集水井結(jié)合碎石盲溝排水。降水需在土方開挖前兩周左右進行，地下水降低至相應(yīng)標(biāo)高（坑底以下1.0 m）后方可開始進行相應(yīng)土方的開挖。在基坑放坡坡頂設(shè)置截水溝，截水溝截面尺寸為300 mm ×300 mm，截水溝表面用M10砂漿抹面。

2.3 "施工工序

1）場地平整至設(shè)計地坪標(biāo)高后，進行整個基坑的預(yù)應(yīng)力管樁施工；2）基坑開挖至冠梁、連梁底后，進行混凝土冠梁和連梁施工；3）冠梁連梁達到設(shè)計強度后，開挖土方至坑底標(biāo)高，然后進行基礎(chǔ)墊層施工（墊層隨挖隨做且應(yīng)在2 h全部施工完成）以及底板施工（墊層及底板范圍抵達支護樁）；4）待底板帶達到設(shè)計強度后，進行剩余地下室主體結(jié)構(gòu)施工；5）回填基坑肥槽。

2.4 "基坑支護后各段坑壁變形穩(wěn)定性驗算

基坑?xùn)|側(cè)按10 kN·m-2的施工荷載考慮，地面超載距離坡頂不小于2 m。其他側(cè)基坑坡頂外2 m存在施工道路，按20 kN·m-2的施工荷載考慮，設(shè)計計算采用同濟啟明星軟件8.2版本，驗算結(jié)果見表4。根據(jù)JGJ 120—2012《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》中穩(wěn)定性驗算的要求，支護后基坑各段坑壁土體變形穩(wěn)定性驗算結(jié)果均能滿足規(guī)范要求。

3 "基坑事故原因及應(yīng)急措施

在基坑開挖前，根據(jù)相關(guān)法規(guī)及設(shè)計要求，甲方單位聘請第三方監(jiān)測單位對開挖過程中的樁頂水平位移、豎向位移、周邊建筑沉降、周邊管線道路沉降、地表沉降及地下水位進行監(jiān)測。監(jiān)測點平面布置見圖6，監(jiān)測預(yù)警值見表5。

3.1 "事故一

在完成冠梁和連梁施工并達到設(shè)計強度后，進行基坑土方開挖作業(yè)。整個基坑土方開挖自東向西退挖。東側(cè)A—E段土方直立開挖，1 d左右全部開挖至坑底，后向西側(cè)退挖。

基坑開挖至坑底后，東側(cè)支護樁后地面出現(xiàn)裂縫。根據(jù)基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)，支護樁水平位移在1 d內(nèi)直接增加到50～60 mm，嚴重超出預(yù)警值。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，周邊地下水水位變化及累計值并未超過預(yù)警值，說明止水帷幕尚未失效，現(xiàn)場也未發(fā)現(xiàn)帷幕滲漏水。

事故發(fā)生后，甲方緊急組織施工方、監(jiān)理方和設(shè)計方進行研判和應(yīng)急預(yù)案的商討。經(jīng)分析認為，施工現(xiàn)場范圍內(nèi)未出現(xiàn)明顯異常情況，且計算各項參數(shù)均能滿足規(guī)范要求。基坑工程受環(huán)境因素影響較大，存在較多的不確定性因素干擾，極有可能是基坑外側(cè)工程地質(zhì)或水文地質(zhì)條件發(fā)生變化導(dǎo)致本次事故。

設(shè)計單位提出應(yīng)急方案，在東側(cè)雙排樁或懸臂樁坑內(nèi)設(shè)置內(nèi)支撐措施。利用承臺間的空隙，設(shè)置混凝土墩作為支點，設(shè)置斜向支撐，支撐采用40工字鋼。具體做法見圖7。

3.2 "事故二

整個基坑開挖完成后，在坡頂進行了大面積堆載，恰逢4月底天津突降暴雨，導(dǎo)致西側(cè)放坡位置大面積溜坡，且坡面出現(xiàn)大面積滲水。初步判斷帷幕已經(jīng)失效，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，坡頂最大水平位移已達到70 mm。

經(jīng)過參建各方商討，在溜坡位置重新進行修坡，在帷幕后（坑外）側(cè)增加樁長12 m的拉森鋼板樁，增加坡體穩(wěn)定性的同時，用拉森樁替代已經(jīng)失效的止水帷幕，同時采取降水等方式增加坡體穩(wěn)定性。具體做法見圖8。

4 "應(yīng)急措施實施效果及分析

4月13日施加坑內(nèi)內(nèi)支撐措施，變形得以控制?？觾?nèi)內(nèi)支撐措施對基坑樁頂水平位移的控制效果較為明顯，監(jiān)測數(shù)據(jù)見圖9。

由圖9基坑變形監(jiān)測數(shù)據(jù)可見，在4月13日實施內(nèi)支撐措施后變形得到明顯的控制，雖然用于內(nèi)支撐的工字鋼剛度較低，但對基坑變形的抑制效果比較明顯。

在事故一中，基坑?xùn)|側(cè)懸臂管樁（PHC 500 AB型）直立支護段基坑實際變形值較計算的變形值大1～2倍。在濱海軟土地區(qū)基坑實際變形量大于計算值是常見的現(xiàn)象。對比開挖深度為5.6 m的AB段基坑變形數(shù)據(jù)（SP4）和開挖深度為6.3 m的CD段基坑變形數(shù)據(jù)（SP8）可見，在其他條件基本相同的情況下，開挖深度僅增加0.7 m，采取相同支護形式的基坑水平位移就增加差不多1倍。說明在基坑深度達到一定程度后，無內(nèi)支撐或錨拉結(jié)構(gòu)的懸臂支護基坑變形隨著深度的增大會急劇增大，其抗風(fēng)險能力相對較差。而在采取一定的內(nèi)支撐措施可以有效控制基坑變形，即使支撐結(jié)構(gòu)剛度較小，也可以有效降低基坑變形。

在事故二中，導(dǎo)致基坑溜坡甚至止水體系破壞的主要原因是施工單位未按照設(shè)計要求嚴格控制基坑頂部堆載量。對比有內(nèi)支撐或錨桿的基坑，無內(nèi)支撐或錨拉結(jié)構(gòu)的支護結(jié)構(gòu)對周邊超載相對比較敏感，施工時應(yīng)嚴格控制超載（陳治法，2024）。同時，在雨季應(yīng)加強基坑周邊排水，避免坑內(nèi)積水。

5 "結(jié)論

基坑邊坡失穩(wěn)是巖土工程中的常見問題，而在軟土地區(qū)，基坑坑壁土體具有較高的靈敏性，在基坑設(shè)計過程中，應(yīng)高度重視無內(nèi)支撐或錨拉結(jié)構(gòu)的基坑支護結(jié)構(gòu)，應(yīng)適當(dāng)提高此類支護結(jié)構(gòu)的安全儲備，做好基坑應(yīng)急預(yù)案。通過本文的案例分析，得到以下認識：

1）在軟土地區(qū)，無內(nèi)支撐或錨拉結(jié)構(gòu)的基坑支護結(jié)構(gòu)實際變形值通常大于計算值，基坑周邊環(huán)境復(fù)雜的項目需增加安全儲備以控制實際變形。

2）無內(nèi)支撐或錨拉結(jié)構(gòu)的基坑支護結(jié)構(gòu)在達到一定深度后，其變形隨著深度的增加而急劇增大，其抗風(fēng)險能力相對較差，設(shè)計中應(yīng)綜合考慮各種因素。

3）在軟土地區(qū)，坑內(nèi)支撐可有效降低基坑變形，在坑內(nèi)設(shè)置支撐措施可作為懸臂結(jié)構(gòu)的有效應(yīng)急措施。同時設(shè)計時可考慮采取坑外背拉等措施減小基坑變形，增加穩(wěn)定性。

4）無內(nèi)支撐或錨拉結(jié)構(gòu)的支護結(jié)構(gòu)對坑頂荷載較為敏感，尤其是在軟土地區(qū)，施工時應(yīng)嚴格控制坑頂超載。

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收稿日期：2024-10-10；修回日期：2024-11-04

第一作者簡介：段行雨（1995- ），男，安全評估師，從事工程地質(zhì)勘察、基建維修等工作。E-mail：626165014@qq.com

通信作者簡介：李守慶（1990- ），男，碩士，高級工程師，從事巖土工程、地質(zhì)災(zāi)害、生態(tài)修復(fù)等工作。E-mail：lishouqing128@163.com

引用格式：段行雨，葉凡，李守慶，2024.軟土地區(qū)某基坑事故的應(yīng)急處理和加固措施分析［J］.城市地質(zhì)，19（4）：536-544