某土釘墻基坑支護事故分析及處理

【摘要】隨著城市建設的發展，越來越多的深基坑項目涉及復雜的場地環境，如何根據地質情況選用合理的參數，以保證基坑工程及周圍構筑物的安全，是工程設計人員必須嚴格把控的問題。以運城市某基坑事故為例，使用理正深基坑軟件進行計算，分析其在工程設計、施工環節中所存在的問題。

基坑支護； 土釘墻； 工程事故

【中圖分類號】TU94+2【文獻標志碼】A

［定稿日期］2023-06-08

［基金項目］山西省教育科學“十四五”規劃2022—2024年度一般規劃課題（項目編號：GH-220482）

［作者簡介］楊騰（1988—），男，碩士，講師，研究方向為橋梁與隧道工程、巖土工程。

0 引言

隨著我國建設事業的發展，利用地下空間已成為一種趨勢，隨之而來的深基坑相關的巖土問題日益增多，基坑開挖引起的工程事故也屢見不鮮。巖土問題本身有著很強的地域性，基坑的支護設計又是一個系統的工程，涉及水文地質條件、周邊環境、支護結構選型等問題，這些問題所引發的工程事故一旦出現，不但會影響到工程的正常進度，還會造成重大的財產損失和人員傷亡。

本文以某一基坑事故為例，從地質條件、支護設計、工程施工等多個角度進行分析，闡述事故原因，提出合理的建議，以供工程技術人員參考，也為相似基坑工程提供借鑒。

1 工程概況

本工程位于山西省運城市鹽湖區鋪安街與禹西路交匯口東南側，西鄰萬達廣場，東側為規劃周西路，場地平面布置見圖1。項目共包含15棟高層住宅，1棟幼兒園，1棟項目展示中心，7棟商業配套及地下室人防工程組成，高層住宅均為剪力墻結構，其余為框架結構。

本深基坑支護設計等級為二級，設計使用年限為一年。基坑支護形式采用自然放坡+土釘墻+微型樁。建筑場地范圍內地勢南高北低，地形起伏較大，東臨周西路擬建路段，西臨萬達廣場，頂邊線距現有圍墻約3.5 m，北臨鋪安街，頂邊線距現有圍墻約6.0 m，南臨規八路，頂邊線距現有圍墻約1.5 m，因三面臨路，一面緊靠萬達廣場停車場及綠化帶，西側和南側不具備自然放坡條件，坑頂標高介于365.50～370.50 m之間，設計地庫基坑開挖地面標高為358.775～363.375 m，基坑開挖深度為6.68～7.07 m。經調查基坑開挖深度3倍范圍內無地下管線（圖1）。

2 場地環境與工程地質條件

2.1 氣象和水文情況

擬建場地屬暖溫帶大陸性氣候，四季分明，光熱資源豐富，自然降水不足。降水時空分布不均，平均年降水量在500～600 mm之間。雨量分布是由東南向西北遞減。雨量在時間分布上很不均勻。據統計，平均年降水量為504.7 mm，夏季雨量占49%，秋季占29%，春季占20%，冬季雨量僅占3%。雨量的年際變化幅度也不少，1958年最多達945.8 mm，1997年最少僅305.0 mm，變幅達3倍有余。

2.2 工程地質情況

工程場地所處地貌單元屬運城盆地，屬河流沖積平原，地形平緩，建筑場地范圍內地勢較為平緩，地形總體起伏不大，標高介于366.43～367.70 m之間，最大高差1.27 m。地基土主要為黃土狀粉土、粉土、粉質黏土及粉細砂，基坑支護范圍內所涉及的土層為4層。

①雜填土：黃褐色，稍濕，稍密，主要成分為建筑垃及生活垃圾，充填物主要為粉土，成分不均勻。

該層在勘察區均有分布，厚度 0.7～7.2 m。平均厚度 3.06 m，該層為近兩年來周邊施工所填，未經有效碾壓，固結性較差，工程性質差，該層粘聚力C建議值取5.0 kPa， 內摩擦角建議值取10.0°。平均動探擊數 4.2 擊/10 cm。建議挖除。

②黃土狀粉土：淺黃色、黃綠色，稍濕，稍密，干強度及韌性低，可見黃色銹斑，偶見蝸牛殼碎片，含植物根系及少量芒硝，孔隙發育，具濕陷性。

該層厚度 1.3～7.4 m，平均厚度 5.21 m。該層的天然孔隙比e為0.935，天然含水量W為14.0%，液性指數IL為 0.43，重度為15.8 kN/m3，壓縮系數a0.1-0.2為0.178 MPa-1，為中偏低壓縮性土，粘聚力C標準值取13.3 kPa，內摩擦角φ標準值取24°。平均標準貫入錘擊數9.2擊/30 cm，承載力特征值110 kPa。

③粉質黏土：淺黃色，略發綠，干強度及韌性高，土質較均勻，切面稍具光澤，含大量芒硝及石膏晶體，局部夾薄層粉土。

該層厚度 5.3～8.5 m，平均厚度 6.7 m。該層的天然孔隙比e為 0.911，天然含水量W為 28.1%，液性指數IL為0.51，重度為18.2 kN/m3，壓縮系數a0.1-0.2為0.386 MPa-1，為中偏高壓縮性土，粘聚力C標準值取22.0 kPa，內摩擦角φ標準值取23.8°。平均標準貫入錘擊數11.2 擊/30 cm，承載力特征值125 kPa。

④粉土：褐黃色，濕，稍密，干強度及韌性低，含大量云母碎片，局部略具砂感，具搖震反應，可見黃色銹斑，局部夾薄層粉砂。

該層厚度1.8～3.7 m，平均厚度3.15 m。該層的天然孔隙比e為0.627，天然含水量W為 21%，液性指數IL為0.42，重度為20.1 kN/m3，壓縮系數a0.1-0.2為 0.211 MPa-1，為中偏低壓縮性土，粘聚力C標準值取18.3 kPa，內摩擦角φ標準值取20.7°。平均標準貫入錘擊數 14.1擊/30 cm，承載力特征值120 kPa。

2.3 水文地質條件

經調查，場地內無地表水水系。根據勘察報告勘察期間穩定水位埋深11.0～12.1 m（標高355.38～355.60 m），場地內地下水類型為松散巖類孔隙水，賦存在粉質黏土及粉砂組成的含水層中，屬于潛水含水層。根據運城水文站長期觀測資料，地下水位變幅在1.5 m左右。地下水補給來源主要為大氣降水滲入及北側安邑水庫側向徑流補給，排泄主要以人工抽水及地下水徑流排泄。

3 原支護結構設計方案

根據支護設計方案及現場情況，基坑開挖深度介于6.68～7.07 m之間。基坑開挖分區及剖面布置情況見圖2。基坑共有六個剖面，采用放坡、土釘墻、微型樁復合土釘墻三種支護方式，各剖面支護形式見表1。

1-1剖面和3-3剖面由于地勢較開闊，采用1∶0.75坡率自然放坡，坡面噴射100 mm厚C20細石混凝土，內設6 mm間距200 mm雙向鋼筋網片。

2-2剖面和4-4剖面采用土釘墻進行支護，坡面坡率分別為1∶0.45、1∶0.37，采用三排鋼筋土釘，水平間距1.5 m，第一排土釘在地面下1.5 m，豎向間距為2 m，傾角15°，坡面噴射100 mm厚C20細石混凝土，內設6 mm間距200 mm雙向鋼筋網片，2-2剖面支護結構見圖3，4-4剖面支護結構見圖4。

5-5剖面采用土釘墻進行支護，坡面坡率為1∶0.35，采用四排鋼筋土釘，水平間距1.5 m，第一排土釘在地面下1.5 m，豎向間距為1.5 m，傾角15°，坡面噴射100 mm厚C20細石混凝土，內設6 mm間距200 mm雙向鋼筋網片，5-5剖面支護結構見圖5。

6-6剖面采用微型樁復合土釘墻進行支護，微型樁樁長9 m，300 mm，樁間距500 mm，采用五排鋼筋土釘，水平間距1 m，第一排土釘在地面下1.2 m，豎向間距為1.2 m，傾角15°，坡面噴射100 mm厚C20細石混凝土，內設6 mm間距200 mm雙向鋼筋網片，6-6剖面支護結構見圖6。

4 事故經過及原因分析

4.1 事故經過

2021年9月以來，運城市連日多次降雨，雨量達到同期三倍以上，周圍雨水流入地下，致使基坑護壁壓力逐漸增大，同時坑外路面已出現長度31 m，寬24 mm的裂縫，走向平行于南側基坑，并有進一步增長的趨勢，現場裂縫見圖7。2021 年 9 月 25 日，項目基坑南側5-5剖面支護結構突然發生坍塌，坍塌時有大量雨水流出，基坑頂部圍擋傾倒，地面嚴重塌陷。事故發生時，施工人員已離開危險區域，因而未造成人員傷亡。事故發生后，為防止南側基坑變形進一步增大，施工單位對該區域采取堆土反壓的措施，圖8為事故現場。

4.2 基坑支護失穩分析

4.2.1 氣候方面

根據當地氣候資料顯示，地基施工時，場地正經歷連續降雨，工地周邊的市政設施排水能力不足，導致雨水不易排出、大量聚積在基坑周邊。此外，基坑頂部也未按照設計要求設置截排水溝，大量雨水直接沖刷坡面。坡面噴射混凝土進行封閉，但未設置泄水孔，雨水無法及時排出，最終導致基坑坍塌事故的發生。

4.2.2 設計方面

地質勘查報告對第一層雜填土的描述：該層在勘察區均有分布，厚度 0.7～7.2 m。平均厚度 3.06 m，該層為近兩年來周邊施工所填，未經有效碾壓，固結性較差，工程性質差，該層粘聚力C建議值取5.0 kPa， 內摩擦角φ建議值取10.0°。設計單位在基坑設計時，并未考慮區域內雜填土土層厚度變化較大的情況，選用參數見表2，雜填土的厚度取2.5 m，事故發生后，調查附近鉆孔資料顯示雜填土厚度達4.2 m，由于第一層雜填土抗剪強度較第二層黃土狀粉土低很多，土層厚度的錯誤選取對土釘墻的抗滑穩定安全系數的計算產生了較大的影響。

4.2.2.1 雜填土厚度取2.5 m，按原設計方案進行驗算

依據原設計方案，用理正深基坑7.0版軟件，對基坑破壞位置5-5剖面進行土釘抗拔承載力驗算及整體穩定驗算，基坑頂面超載值為20 kPa，據坑邊4.5 m，支護結構安全等級2級，支護結構重要性系數取1.0，土釘抗拔承載力驗算結果見圖9，整體穩定性驗算結果見圖10。

4.2.2.2 雜填土厚度取4.5 m，按實際情況進行驗算

根據實際情況，選用地質勘查報告中鉆孔41土層物理參數，雜填土厚度取4.2 m，其余參數均同原設計，土釘抗拔承載力驗算結果見圖11，整體穩定性驗算結果見圖12。

4.2.2.3 計算結果分析

原設計方案土釘抗拔安全系數最小的是第一道土釘，K=Rk，1Nk，1=72.943.6=1.67≥1.6， 土釘的極限抗拔承載力均滿足要求。各道土釘桿體受拉承載力均符合Nj≤fyAs，滿足要求。施工完成后，基坑邊坡整體穩定安全系數K=1.409gt;1.3，滿足規范要求［1］。

根據實際地質情況驗算，土釘抗拔安全系數如下。

第一道土釘，Rk，1Nk，1=54.239.6=1.4≤1.6，不滿足要求。

第二道土釘，Rk，1Nk，1=72.557.6=1.3≤1.6，不滿足要求。

第三道土釘，Rk，1Nk，1=94.372.3=1.3≤1.6，不滿足要求。

第四道土釘，Rk，1Nk，1=101.820.0=5.1≥1.6，滿足要求。

各道土釘桿體受拉承載力均符合Nj≤fyAs，滿足要求。

基坑施工完成后，邊坡整體穩定安全系數K=1.18lt;1.3，不滿足規范要求。

根據上述結果可以看出，土釘抗拔安全系數除最底層滿足要求以外，其余三根土釘均低于1.6，雨水進入土層后，土壓力增大，土釘軸向拉力標準值增大，土與土釘的摩阻力降低，土釘極限抗拔承載力標準值降低［3］，基坑坍塌時，上部土釘部分有拔動的跡象，這也與現場實際情況相符合。

邊坡的整體穩定安全系數K=1.18，已經低于規范要求，在遇到連續強降雨時，土的強度還會進一步降低，最終導致基坑邊坡發生破壞［2］，雜填土因力學參數較低，其厚度變化對基坑的安全影響很大，設計單位在設計時，應充分考慮地層的變化。

4.2.3 施工方面

事故發生后，在現場對坍塌后的廢墟及未坍塌的土釘墻進行了檢查，發現基坑支護施工并未嚴格按照施工方案及設計圖紙進行施工。

基坑支護方案中5-5剖面應分五層進行開挖，每挖一層支護一層，實際上施工單位僅兩次就開挖到底部，然后再進行土釘的施工，邊坡的坡度也未達到設計要求的1∶0.35。在基坑頂部未設置截排水溝，靠近邊坡坡頂的地面未嚴格按設計要求噴射混凝土護面，因而在下雨時，部分雨水滲入邊坡土體。邊坡底部也未設置排水溝，下雨時雨水堆積，坡腳土體軟化，進而導致支護結構破壞。

通過對土釘的檢查，發現土釘灌漿并不密實，部分區段未灌注水泥漿，灌漿質量不穩定，有些區域嵌入泥土。此外，坡面噴射混凝土厚度不足，設計中噴射混凝土厚度為100 mm，測量發現實際厚度多處不足80 mm。

在調查過程中，發現基坑支護構件有被機械碰撞、損壞的地方，在施工的時候應避免機械對基坑構件的破壞。基坑頂部的裂縫未及時處理，下雨雨水順裂縫進入土體。此外，在施工中應加強監測［4］，發現變形值過大，應及時預警并分析原因。

5 結論

隨著建筑規模地不斷擴大，基坑工程的事故也越來越多，通過對本工程案例進行分析，可以得到幾點結論和啟示：

（1）連續強降雨會導致土層粘聚力和內摩擦角的數值降低，排水不暢會增加支護結構的水土壓力，影響支護結構的安全性，因而在設計及施工中應注意防排水工作。

（2）由于地層的特殊性及復雜性，設計單位在選用設計參數時應結合地質勘查報告，在充分了解地層的分布及變化情況后分區段按最不利原則進行設計［5］。在本次事故中，設計單位簡單地按照其他區域勘察報告中提供的土層厚度進行全部區段的計算，未能考慮到局部區域地層厚度變化較大的情況，這樣提供的設計方案是不安全的，也為后來的事故埋下了隱患。

（3）基坑工程是危險性較大的分部分項工程，施工單位在施工時應編制專項施工方案，經論證后需嚴格執行。施工過程中，相關單位應及時溝通，按照圖紙進行施工，不能因為趕進度而冒險。此外，施工企業還應加強現場管理，提高施工質量。

（4）基坑工程雖然是臨時工程，但其引起的危害和后果不容小覷［6］，園的風險很高，一旦出現事故，經濟損失和社會影響都是巨大的。

（5）基坑監測是保證基坑安全的重要措施，按規定做好監測工作能夠及時發現問題，避免事故的發生。

參考文獻

［1］ 建筑基坑支護技術規程： JGJ 120-2012［S］.

［2］ 王曉初，張天宇，劉曉.沈陽某深基坑支護工程事故原因分析［J］.沈陽大學學報（自然科學版），2018，30（5）：401-408.

［3］ 朱彥鵬，朱勝祥，葉帥華，等.某工程深基坑事故分析與二次加固設計［J］.巖土工程學報，2014，36（S1）：186-191.

［4］ 建筑基坑工程監測技術規范： GB 50497-2009［S］.

［5］ 基坑工程手冊（第二板）［M］.北京：中國建筑工業出版社，2009.

［6］ 石建軍.基坑塌方事故的危害及防治措施［J］.建筑安全，2007（7）：10-11.