某基坑超挖失稳坍塌的原因分析

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某基坑超挖失稳坍塌的原因分析摘要：以某大型商业广场基坑支护工程为例，结合工程地质条件及施工状况，分析了深基坑施工过程中支护结构失稳坍塌的主要原因，指出在单排悬臂灌注桩支护中，土方超挖是造成支护结构失稳坍塌的根本原因。关键词：基坑悬臂单排桩超挖坍塌验算中图分类号：TV551文献标识码：A0引言近年随着我国城市建设的发展，向地下空间开发的趋势也日益突显，从而涌现了大量的深、大基坑工程。这些基坑都有邻近重要构（建）筑物、交通主干道及周边密集地下管线等的特点。因此，在基坑工程施工过程中，必须确保支护结构的安全及周边环境少受影响。然而，近年来由于基坑施工发生的事故及险情却时有发生，对施工人员的安全及周边环境造成了较大影响。本文就佛山市南海区某大型商业广场基坑失稳坍塌事故进行原因分析，总结了经验和教训。1工程概况佛山市南海区某大型商业综合广场，设一层地下室、地上11～14层商务酒店及5层商业广场，地下室面积约29895�，基坑大面积开挖深度为5.6m，西侧局部6.7m。7 场地北侧为城市主干道；西侧为污水处理厂及一幢三层桩基础建筑，距基坑开挖线分别约11.5m和10.0m；南侧21.3m处为广三铁路，距基坑开挖边线约2.0m有一条埋深约0.5m的Φ800混凝土排水管；东侧紧邻沿江北路，最近距离约5.1m。2工程地质及水文条件图1基坑与周边平面关系示意2.1工程地质条件根据《岩土工程勘察报告》资料揭示，场地地貌上属三角洲冲积平原，据钻孔揭露，场地地基主要由素填土、第四纪冲、淤积层及第三纪泥岩、泥质粉砂岩等组成。表1土层分布及主要物理力学指标2.2水文条件场地内地下水主要赋存在第（3）层砂土孔隙及岩石裂隙中，地下水类型属孔隙潜水，靠大气降雨下渗及侧向渗流补给，水量较丰富。勘察期间测得地下水埋深在0.60m至1.30m之间，地下水位标高在1.48m至3.71m之间。3支护方案及坍塌情况3.1支护方案7 基坑南侧邻近广三铁路，开挖边线距铁路路轨最近约21m，开挖深度5.6m，支护结构采用单排悬臂φ800＠1000钻（冲）孔灌注桩挡土，上部2m采用1∶1天然放坡，桩身悬臂段3.6m，桩顶设置900×800通长冠梁，桩身及冠梁混凝土强度等级均为C30，支护桩长以入岩深度控制，要求桩端穿过软弱土层进入强风化岩不少于3.5m或中风化岩不小于2m；外侧采用单排φ550＠350水泥土搅拌桩止水；由于场区内淤泥层较厚，为减少基坑位移，在基坑内侧紧贴支护结构设置5排φ500砂桩进行被动土加固。（详见图2）3.2设计计算图2基坑支护剖面图基坑支护设计计算采用理正深基坑支护结构设计软件FSPW7.0版（相应规范：《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012），按照水土合算和弹性法土压力模型计算得到单元剖面内力包络图（图3），基坑顶部最大位移48.66mm，桩身最大弯矩为547.35kN・m，根据《混凝土结构设计规范》GB50010-2010的规定进行计算，桩身通长配置22Φ18纵向受力钢筋（HRB400级）；计算结果：基坑支护结构整体稳定安全系数Ks＝3.774＞1.3；其抗倾覆验算公式如下：式中：Ks为抗倾覆安全系数；Mp为被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩,7 对于内支撑支点力由内支撑抗压力决定；对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值；Ma为主动土压力对桩底的倾覆弯矩。经验算Ks＝1.368＞1.200,满足规范要求。图3设计计算内力包络图3.3坍塌情况2013年6月30日晚6：45时许，即在基坑土方开挖至设计标高后约2小时，基坑南侧的最西端约25m范围，支护灌注桩折断向基坑内侧倾倒，桩顶冠梁被拉断，后方滑移面至铁路路轨边最近只有约9m（见图4）。根据第三方监测单位提供的6月29日监测数据得知，该部位P02号监测点基坑顶部水平位移为17mm，基坑顶部沉降位移为1.3mm，均属于正常范围。事故发生后，施工单位即时启动应急抢险措施，迅速调来混凝土泵车，在滑移下沉部位泵送混凝土进行回填，由于处理及时，回填后基坑达到稳定，阻止了事故的进一步扩大，保证了铁路顺利安全运行。图4基坑坍塌部位图片4坍塌原因分析7 坍塌部位采用单排悬臂φ800＠1000钻（冲）孔灌注桩挡土的支护措施，支护结构是按照弹性法土压力模型，通过计算基坑外侧主动土压力和内侧被动土压力确定支护桩在开挖面以下的嵌固深度和桩身配筋，利用桩身的抗弯性能进行挡土以保证坑壁土体的稳定。经调查，坍塌部位设计开挖标高为-2.0m，深度为5.6m，但由于主体结构图纸修改，在该部位增加一个消防水池（见图1），水池沿基坑边线方向宽20m，距基坑边仅1.8m，水池底板底标高-4.5m，实际开挖深度达8.1m，比原设计要求超深达2.5m，现场施工未有严格按基坑设计图纸要求控制开挖标高，而是按变更后的主体结构图标高直接进行开挖，基坑超挖后桩身嵌固深度大幅度减少，外侧主动土压力远远超出原设计支护桩所能承受的范围，从而造成支护结构失稳破坏。另外，由于超挖导致基坑水平位移迅速增大，造成基坑外侧Φ800混凝土排水管变形开裂，大量污水渗入下方土体，土体浸水饱和后其物理力学性能降低，孔隙水压力增大，侧向土压力增大，也是加速图5基坑超挖剖面图基坑坍塌的原因之一。按图5所示超挖工况进行重新验算，得到图6所示内力包络图，基坑顶部最大位移为247.25mm,桩身最大弯矩为1908.81kN・m；验算结果：基坑支护结构整体稳定安全系数Ks=2.831＞1.3；抗倾覆安全系数Ks=0.634＜1.200。图6超挖工况内力包络图7 验算结果分析：①基坑顶部最大位移已超出《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009对基坑及支护结构变形的要求，也超出了钢筋混凝土结构正常使用的挠度限值，同时亦验证了因为基坑位移过大造成上部Φ800混凝土排水管破裂，使大量污水渗入到下方土体的推断；②桩身最大弯矩远远超出原设计计算弯矩，表明原设计桩身纵向受力钢筋已不能满足超挖后桩身实际承受的弯矩，从而造成桩身受弯折断；③抗倾覆安全系数不满足规范要求，最主要原因是桩身嵌固深度不足，因为基坑深度由5.6m增加至8.1m的情况，要求桩身要有更长的嵌固深度，否则被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩小于主动土压力对桩底的倾覆弯矩，必然会造成支护结构倾覆破坏。5结语7 本文通过对佛山地区某大型商业广场基坑失稳坍塌的原因进行分析，得出在深基坑支护施工过程中的几点体会：①支护工程属于信息法施工，应根据施工过程中发生的各种变化情况如：设计图纸变更、实际开挖土层与岩土勘察报告反映不符或施工工艺的改变等，及时对基坑支护设计方案进行相应的调整，如出现重大变更的应按相关要求对设计方案作重新论证后方可施工；②基坑施工过程中必须严格按照支护设计图纸要求施工，无论任何情况下严禁超挖；③基坑工程属于危险性较大的工程，应加强现场管理，提高人员风险意识，发现问题应及时向设计反馈信息，做到及早发现及早处理，杜绝各种安全隐患的发生。参考文献：[1]JGJ120-2012，建筑基坑支护技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.[2]孙晓阳，周军红.复杂地质条件下基于变形控制的深基坑支护设计与施工优化[J].施工技术，2012，4（41卷362期）：44-48.[3]唐传政，彭晓秋，王越.武汉某市政通道基坑工程事故险情分析处理与经验教训[J].岩土工程学报，2012（34卷增刊）：735-738.7