基坑事故的预防与处理

周保国,王玉格

(1.河北工程技术高等专科学校,河北 沧州 061001;2.河北金品建筑工程集团有限责任公司,河北 沧州 061001)

由于高层建筑的大量出现和地下空间的开发利用,深基坑工程在最近10多年中迅速发展起来。随着深基坑工程的规模加大、深度加深,基坑事故时有发生。由于深基坑事故灾害涉及面广,对社会的影响非常大,因此引起了政府和社会的高度关注。为减少基坑事故及损失,政府相继出台了有关基坑工程的标准、规范。尽管这样,一些城市也多次发生深基坑工程事故。

1 基坑事故的影响因素

1.1 基坑的开挖深度

由于土压力与深度的平方成正比,基坑深度越大,围护结构的内力与变形都相应急剧增大,支锚结构的轴力也随之增大。无论对于围护结构本身的安全还是对环境的影响都增加了技术难度,对于深基坑应提高设计和施工的技术要求。

1.2 土质条件

在相同开挖深度的条件下,土质越差,抗剪强度越低,侧土压力越大,结构内力加大,对环境的影响程度和范围也越大,施工控制的要求必须相应提高。

1.3 地下水位

地下水对基坑围护结构的安全与使用具有决定性的作用,如果地下水位很深,则技术难度和工程的危险性都要小得多;在地下水位高的地区,降水会形成地面的沉降和不均匀沉降而损害相邻建筑物,如果设置止水帷幕,则使围护结构承受很大的水压力,同时增加了渗透变形的危险性程度,因此必须提高基坑设计和施工要求。

1.4 相邻建筑物及周边荷载

相邻建筑物基础底面荷载,对基坑稳定性有一定的影响,相邻建筑物的重要性程度越高,离基坑越近,对变形控制的要求越严格。施工时在基坑周围通常可能堆放建筑材料、运行施工机械和过往载重汽车,这些施工荷载对基坑的稳定性也有较大影响。因此设计时必须考虑相邻建筑物及周边荷载对基坑稳定性的影响及其自身的安全。

2 预防措施

2.1 完善基坑支护设计

深基坑支护的设计是一个相对独立的设计阶段,支护设计的工作是决定性的环节。基坑工程是结构工程和岩土工程的结合,基坑支护设计要充分考虑基坑开挖深度、土质条件、地下水位、相邻建筑物、施工荷载等多项因素。对深基坑工程支护设计的技术要求包括挡土功能、止水功能和作为地下结构外墙的使用功能。不同地区、不同土质、不同开挖深度的基坑,根据功能要求可以选择不同的围护结构型式和支锚体系的类型。深基坑支护设计不仅要满足地下室施工空间和安全的要求,更要满足强度和变形两种极限状态,基坑工程的成败经常取决于变形控制。根据基坑支护设计编制完整的施工方案,必须经过专家论证把好技术关。

2.2 采用先进施工技术

逆作法施工、冻结法技术、型钢搅拌桩墙(SMW)在深基坑工程中广泛应用。

1)逆作法。是地上和地下同时施工的方法,又称为逆筑法。逆作法利用先施工的地下连续墙和中间支承柱承受荷载,从地面逐层下挖并从上到下地完成地下室的梁板、楼面工程,利用上一层的楼板结构作为下一层开挖时的支撑,逐层交替开挖与浇筑楼板结构;与此同时,逐层向上建造上部结构,使地面上和地下可同时进行施工。采用逆作法施工,是利用逐层浇筑的地下室结构作为围护结构的内支撑。与临时支撑相比,地下结构的刚度大得多,所以,围护结构的变形小得多,相邻建筑物的变形也小得多。同时,由于中间支承柱的存在,底板增加了支点,浇筑后的底板成为多跨的连续板结构。底板的支点增多,跨度小,弯矩比较小,减少了隆起,使底板的设计可以更为合理,容易满足抗浮要求。逆作法施工可以缩短工期,降低造价,减小差异变形,增强基坑安全性,是一种合理的建筑方法,具有明显的经济效益。

2)冻结法。是利用人工制冷技术,使土层中的水结冰将天然土变成冻土以增加其强度和稳定性,冻结加固均匀完整,形成一道冻土墙,不仅可以承受水土压力和基坑开挖过程中的各种施工荷载,而且可作为一道防水性很好的止水帷幕,发挥围护结构的作用,在冻土墙的保护下进行地下结构的施工。

3)型钢搅拌桩墙。在水泥搅拌桩体内加劲性型钢,形成组合结构的围护结构墙体,这种方法又称为SMW工法,它组合了型钢受力水泥土止水的各自优点,截面比较小,适应性强。由型钢和水泥搅拌桩组合而成的围护结构具有抗弯能力,又能止水,是一种有开发前景的围护结构型式。在我国推广使用的主要障碍是型钢造价高。

2.3 建立有效监测系统

深基坑工程的监测是一项非常重要的信息反馈与控制,在深基坑开挖施工过程中,借助仪器设备和其它一些手段对围护结构、基坑周围的环境(包括土体、建筑物、构筑物、道路、地下管线等)的应力、位移、倾斜、沉降、开裂及对地下水位的动态变化、土层孔隙水压力变化等进行综合监测。明确每项监测项目的技术要求、测点的位置、监测频率与报警值,从中获取大量的信息,判断施工方案的合理性。通过反复分析与调整,预测下阶段施工过程中可能出现问题,为优化和合理组织施工提供依据,要充分估计可能存在的隐患及可能引发的事故,及时采取保护措施。

3 处理措施

由于基坑工程的复杂性,即使是一个较为完善的设计,在施工过程中也可能发生意想不到的情况,设计时的主观判断与客观实际之间的偏离不可避免地存在。因此,在施工过程中为可能发生的事故预先制定抢救方案,才能避免小事故,杜绝大事故,保证基坑工程的质量和安全。

3.1 降水与回灌

降水与回灌是地下水流动方向相反的两种工程措施,降水是将地下水抽出使地下水位下降的措施,而回灌是将地面水灌入地下使地下水位上升或保持不降低的措施。回灌措施适合于因降水造成周围建筑物不均匀沉降而采取的一种抢险措施。

3.2 卸载与压重

当围护结构的位移过大时,可以采用刷坡卸载的方法减少墙后的土压力,能较快地收到减缓位移速率的效果。当坑底发生流砂冒水,或明显隆起时,采用抛石填砂的方法压重以平衡过大的水头,或平衡由于开挖过深引起的压力差。在这种事故场合,抛石压重是抢险的有效措施。

3.3 补漏与加固

当止水帷幕有局部缺陷而漏水时,首先可采用局部补漏的方法,对于地下连续墙上的空洞,可用快干的、能膨胀的防渗剂补漏;对于水泥搅拌桩构成的止水帷幕,只能采用在墙外注浆的方法补漏。当空洞很大,水流过急时,局部补漏可能无济于事,此时只能采取降低坑外地下水位的方法来从源头上解决问题。加固是指对受力构件的补强,包括内支撑构件的补强,节点的补强和围护结构的补强。补强只能解决局部强度不够,刚度不足或局部失稳的问题。对于大范围的变形过大或出现失稳预兆时,局部加强就难以收到很好的效果。

4 结束语

从设计、施工、技术等多方面进行考虑,采取预防措施,施工过程中做好监控,发生意外情况紧急救治,及时采取保护措施,确保基坑工程质量。

[1]JGJ120-99,建筑基坑支护技术规程 [S].

[2]GB 50497-2009,建筑基坑工程监测技术规范[S].

[3]高大钊.深基坑工程讲座[DB/O L].(2011-03-06)[2011-03-21].http.//www.civilon.com.