论某工程基坑支护开挖事故的原因分析与处理方法

　　摘要：随着经济的发展，城市建设日新月异，同时，对工程建设的质量要求也越来越高。本文是作者结合工程实例，对该工程中基坑支护开挖事故的原因分析与处理方法的相关问题进行了简要的阐述和分析。希望能给同类工程引起参考和借鉴。

　　关键词：基坑支护,开挖事故,原因分析,处理方法

　　一、事故类型

　　1、支护结构整体失稳。常见的有两种情况，一是支护结构顶部发生较大位移，严重的向基坑内滑动或倾覆;二是支护桩底发生较大的位移，桩身后仰，支护结构倒塌。

　　2、支护结构断裂破坏。

　　3、基坑周围产生过大的地面沉降，影响周围建筑物、地下管线、道路的使用和安全，严重的造成破坏。

　　4、基坑底部隆起变形。其后果一是破坏了坑底土体的稳定性，使坑底土体的承载力降低;二是造成基坑周围地面沉降;三是当基坑内设有内支撑时，坑底隆起造成支撑体系中立柱的上抬，使支撑体系破坏。

　　5、产生流砂。流砂可以发生在坑底，也可能出现在支护桩的桩体之间。出现流砂后，基坑周围土随水流失而造成灾害。

　　二、基坑支护开挖事故的常见原因

　　1、支护结构的强度不足，结构构件发生破坏。

　　2、支护桩埋深不足。不仅造成支护结构倾覆或出现超常变形，而且会在坑底产生隆起，有的还出现流砂。

　　3、支撑体系设计不合理。对带有内支撑的基坑支护结构，由于支撑设置的数量、设置的位置不合理，或支设置、施加预应力不够及时，支护结构变形很大而造成事故。

　　4、基底土失稳。由于基坑开挖使支护结构内外土重量的平衡关系被打破，桩后土重超过坑底内基底土的承载力时，产生坑底隆起现象。如果支护采用的板桩强度不足，板桩的入土部分破坏，坑底土也会隆起。此外，当基坑底下有薄的不透水层，而且在其下面有承压水时，基坑会出现由于土重不足以平衡下部承压水向上的顶力而产生隆起。当坑底部为挤密的桩群时，孔隙水压力不能排出，待基坑开挖后，也会出现坑底隆起。

　　5、施工质量差与管理不善。诸如支护用的灌注桩质量不符合要求;桩的垂直度偏差过大，或相邻出现相反方向的倾斜，造成桩体之间出现漏洞;钢支撑的节点连接不牢，支撑构件错位严重;基坑周围乱堆材料设备，任意加大坡顶荷载;挖土方案不合理，不分层进行，一效仿挖至基坑底标高，导致土的自重应力释放过快，加大了桩体变形。

　　6、不重视现场监测。决定基坑支护结构的安全因素很多，有许多是设计前不一定能估计到的，因此为了确保支护结构使用中的安全，重视现场监测，随时掌握支护结构的变形与内力情况，采取必要的措施是十分重要的。不少支护结构失败的实例证明，不重视现场监测是重要原因之一。

　　7、降水措施不当。例如在可能出现流砂的基坑采用明排水，导致流砂发生，周围地面出现较大沉降;又如采用人工降低地下水位时，没有采用回灌措施，保护邻近建筑物而造成事故等。

　　8、基坑暴露时间过长。大量实际数据表明，基坑暴露时间愈长，支护结构的变形也愈大，这种变形直到基坑被回填才会停止。所以在基坑开挖至设计标高以后，基础的混凝土垫层应随挖随浇，快速组织施工，减少基坑暴露时间。

　　从造成基坑失稳、桩体断裂、地表沉降及坑底隆起、管涌等事故的原因分析中可以得知，不合理的设计方案、不良的施工技术和施工管理是造成基坑事故的主要原因，但一个事故的出现往往是诸多不利因素的综合表现。

　　三、基坑支护事故常用处理方法

　　1、支挡法

　　当基坑的支护结构出现超常变形或倒塌时，可以采用支挡法，加设各种钢板桩及内支撑。加设钢板桩与断桩连接，可以防止桩后土体进一步塌方而危及周围建筑物的情况发生;加设内支撑可以减少支护结构的内力和水平变形。在加设内支撑时，应注意第一道支撑应尽可能高;最下一道支撑应尽可能降低，仅留出灌制钢筋混凝土基础底板所需的高度。有时甚至让在底部增设的临时支撑永久地留在建筑物基础底板中。

　　2、注浆法

　　当基坑开挖过程中出现防水帷幕桩间漏水，基坑底部出现流砂、隆起等现象时，可以采用注浆法进行固处理，防止事态的进一步发展，俗话说“小洞不补，大洞吃苦”，一些大的工程事故都是由于在事故刚出现苗头时没有及时处理，或处理不到位造成的。注浆法还可以用作防止周围建筑物，地下管线破坏的保护措施。总之，注浆法是近几年来广泛地用于基坑开挖中土体加固的一种方法。该法可以提高土体的抗渗能力，降低土的孔隙压力，增加土体强度，改善土的物理力学性质。

　　注浆工艺按其所依据的理论可以分为渗入性注浆、劈裂注浆、压密注浆、电动化学注浆。

　　渗入性注浆所需的注浆压力较小，浆液在压力作用下渗入孔隙及裂隙，不破坏土体结构，仅起到充填、渗透、挤密的作用，较适用于砂土、碎石土等渗透系数较大的土。

　　劈裂注浆所需的注浆压力较高，通过压力破坏土体原有的结构，迫使土体中的裂隙进一步扩大，并形成新的裂缝或裂隙，较适用于象软土这样渗透系数较低的土，在砂土中也有较好的注浆效果。

　　注浆法所用的浆液一般为在水灰比0.5左右的水泥浆中掺水泥用量10%~30%的粉煤灰。另外还可以采用双液注浆，即用二台注浆泵，分别注入水泥浆和化学浆液，二种浆液在管口三通处汇合后压入土层中。

　　注浆法在基坑开挖中的应用有以下几种用途：

　　①用于止水防渗、堵漏。当止水帷幕桩间出现局部漏水现象时，为了防止周围地基水土流失，应马上采用注浆法进行处理;当基坑底部出现管涌现象时，采用注浆法可以有效地制止管涌。当管涌量大不易灌浆时，可以先回填土方与草包，然后进行多道注浆。

　　②保护性的加固措施。当由监测报告得知由于基坑开挖造成周围建筑物、地下管线等设施的变形接近临界值时，可以通过在其下部进行多道注浆，对这些建筑设施采取保护性的加固处理。注浆法是常用的加固方法之一。但应引起注意的是，注浆所产生的压力会给基坑支护结构带来一定的影响，所以在注浆时应注意控制注浆压力及注浆速度，以防对基坑支护带来新的危害。

　　③防止支护结构变形过大。当支护结构变形较大时，可以对支坊桩前后土体采用注浆法。对桩后土体加固可以减少主动土压力;对桩前土体的加固可以加大被动土压力，同时还可以防止基坑底部出现隆起，增加基底土的承载能力。

　　3、隔断法

　　隔断法主要是在被开挖的基坑与周围原有建筑物之间建立一道隔断墙，该隔断墙承受由于基坑开挖引起的土的侧压力，必要时可以起到防水帷幕的作用。隔断墙一般采用树根桩、深层搅拌桩、压力注浆等筑成，形成对周围建筑物的保护作用，防止由于基坑的坍塌造成房屋的破坏。

　　4、降水法

　　当坑底出现大规模涌砂时，可在基坑底部设置深管井或采用井点降水，以彻底控制住流砂的出现。但采用这两种方法时应考虑周围环境的影响，即考虑由于降水造成周围建筑物的下沉，地下管线等设施的变形，所在应在周围设回灌井点，以保证不会对周围设施造成破坏。

　　5、坑底加固法

　　坑底加固法主要是针对基坑底部出现隆起、流砂时所采取的一种处理方法。通过在基坑底部采取压力注浆、搅拌桩、树根桩及旋喷桩等措施，提高基坑底部土体的抗剪强度，同时起到止水防渗的作用。

　　6、缷载法

　　当支护结构顶部位移较大，即将发生倾覆破坏时，可以采用缷载法，即挖掉桩后一琮尝试内的土体，减少桩后主动土压力。该法对制止桩顶部过大的位移，防止支护结构发生倾覆有较大作用。但必须在基坑周围场地条件允许的情况下才可以采用。

　　四、事故处理实例：某大厦基坑支护体系出现较大的变形和涌水事故的原因分析及处理

　　某大厦主楼地面以上20层，裙楼6层，设有2层地下室，基坑开挖深度约10m。该东邻刚盖好二年多的20层的A大厦，西侧临近6层砖混结构居民住宅楼群，南侧紧靠一排年代较久的居民平房，北邻长江路。施工现场地下情况较复杂，基坑周围土质差，上部2~3m左右均为杂填土、素填土，基坑开挖深度范围内为粉土，淤泥质粉质粘土，地下水位仅在地面下0.5~1.20m.

　　深基坑支护设计和开挖施工方法概况：深基坑支护结构采用钻孔灌注桩和钢支撑作为受力结构。钻孔灌注桩采用φ800mm，有效桩长18m，钢支撑采用φ609mm×10mm钢管。南北向单层垂直支撑，南侧三道两层角支撑，东西向单层垂直支撑。采用密排深层搅拌桩作为阻水帷幕，桩径φ700mm，搭接长度200mm，有效桩长18m，桩接头施工缝处压密注浆处理，增加阻水效果。整个施工过程采用信息化施工技术，施工采取的步骤和方法，按照基坑施工安全监测数据变化，严禁超挖，先撑后挖，控制支护变形，混凝土垫层随挖随做，减少基坑暴露时间，设置集水井排水，备好基坑的堵漏设备，及时堵漏，防止基坑浸泡，保证深基坑及相邻建筑物和道路管线安全正常使用。

　　深基坑开挖施工中出现的事故及处理：根据施工组织设计，基坑开挖先南后北，基坑正南部挖至地坪下9.75m，安全监测数据显示居民平房的沉隆量达到25mm，已超过报警指标(20mm)，而且基坑南侧土体6.0m深度处的累计水平位移达到52mm，超过40mm的报警指标，同时在基坑南侧土体11.0m深度土层相对位移最大值达到3.00mm，形成滑动层。数日后，居民平房沉降量最大值为61mm，地面裂缝在居民平房区域迅速发展，地面裂缝主要范围是距基坑11m左右，缝宽达到20~30mm，墙体也发现由下均匀沉降而引起的裂缝和倾斜。

　　根据安全监测结果工程指挥部紧急布置施工抢险，首先疏散了居民，缷掉基坑边上施工堆载钢筋、模板，提前浇注基坑正南部、西南角底板垫层，在基坑南侧底浇捣一根防渗地连梁，加强支护桩整体作用，在基坑东西向加了一道水平垂直支撑，增加支撑体系的整体性。几天后，安全监测数据显示基坑南侧土体的累计水平位移达到99.9m，土层相对位移最大值也由11m变到15m处，其值达到6.14mm，基坑南侧底垫层起拱开裂，居民平房地面裂缝区进一步扩大，延伸到距基坑边15m以外的地方。现场决定提前浇注东西底板和垫层，而且在基坑底浇筑一根防渗地连梁。安全监测结果表明土体水平位移速率由3.08mm/d减少至1.28mm/d，A大厦裙楼的沉降量没有发生大的变化。指挥部紧急措施起了有效的作用，确保了基坑支护结构和A大厦辅助生活设施安全。

　　整个基坑支撑全部撑完，开挖全部到位，南部底板已浇完，北部正在人工清土和局部做混凝土垫层。安全监测数据显示基坑外东侧水位，土压力和孔隙水压力发生变化，水位由地下1.8m下降至地下 2.24m，土压力和孔隙水压力有明显衰减现象。同时，基坑内东侧发现涌水现象。指挥部采用在基坑内疏导(水管接排法)和水玻璃加水泥浆堵塞相结合的办法，在基坑外压密注浆防渗的方法，经过一昼夜抢险，解决了基坑涌水的问题。安全监测数据说明水位上升到1.7m，土压力，孔隙水压力显著增加，土层没有发生分层沉降，这表明基坑支护结构安全，基坑内没有发生管涌现象。

　　造成上述事故的主要原因，有以下四个方面，设计方案考虑不够全面，基坑南侧支护桩和深层搅拌桩施工时，由于地下障碍物较多，采取了局部开挖方式。桩施工完毕，回填了粘土，并且在基坑外压密注浆固结土层。设计者考虑土层处理过了，将支护桩长减少了2m，而忽略了由于基坑开挖速度快，缷荷较大，基坑回弹的影响，支护的变形还在发展，整个支护结构还存在不安全因素。为了深基坑和相邻居民平房的安全，建设单位在基坑东南、西南角室外地坪以下7.5m处架设了第二、三道角支撑。安全监测数据工程指挥部采取的进一步抢险措施行之有效。

　　在基坑东西向挖至地坪以下8.5m处，安全监测数据显示基坑外的A大厦附近土体水位移速率由0.275mm/d突变至3.38mm/d，累计水平位移最大值达42mm，在15m深处土层相对位移最大值4.46mm，同时，A大厦汽车道上发现与基坑边水平的裂缝，缝宽3mm左右。距基坑边约15m。因为基坑和A大厦裙楼之间是道路和花坛，没有建筑物(距离有18m 左右)。调查发现A大厦的200T生活水箱埋在基坑边，距离基坑约10m，生活水箱与管道接头由于变形已拉裂，出现渗水现象。现场决定在基坑东西向增加二道水平支撑，有效地处理了土体整体滑移的事故。

　　施工单位不考虑基坑四周地面实际能承受的附加荷载，乱堆钢材，搭建临时设施。施工单位在基坑角部开挖时只考虑施工操作空间，而未严格按照先撑后挖的施工原则，这些因素均造成支护桩变形增大，土体易形成塑性区。

　　施工单位在密排深层搅拌桩施工时，桩接头施工缝处应该作压密注浆处理，增加阻水效果。实际情况是基坑东侧桩接头施工缝处理漏做，形成开挖基坑时涌水通道。

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