某高层建筑地下室深基坑支护坍塌事故分析

■张智勇 ■泉州市城市建设发展公司，福建 泉州 362000

1 基坑围护方案

某高层商业中心建筑位于福建省泉州市中心闹市区，占地面积9146 平方米，总建筑面积7.2 万平方米。建筑物总高度为128 米，地面共27 层，其中地下室占地面积5416m2，为两层停车场与设备用房，地下商场等。

工程桩采用大直径冲孔灌注桩，围护结构采用冲(钻)孔灌桩与高压旋喷拉圈梁组合体系。即钢筋砼冲(钻)孔桩主要作用是阻挡土体侧压力，保证边坡稳定和避免土体变形，高压旋喷桩布置在钻孔桩之间与冲(钻)桩联成帷幕，起阻挡地下水涌入基坑作用，同时也承担部分土体侧压力。在桩顶设置圈梁将桩体联成总体，按等距离布置拉梁与冲(钻)孔锚桩联接，从而加大围护桩总体的抗侧向压力强度(详见附图1)。

图1 围护结构局部图

2 基坑坍塌事故情况

根据施工组织安排，围护结构施工与工程桩施工同时进行，在完成桩基工程施工后，即开始土方开挖。该基坑开挖深度分为四种:9.25米、7.85 米、6.85 米和5.45 米，开挖总壁长为281.49 米。基坑开挖采用分区分层开挖，因该建筑物地处繁华街区，为了保证周边建筑物及街道路基安全，特请福建省建筑科学研究院进行围护监测，在围护桩中埋设测斜管，布设11 个控制点，利用测斜仪密切观察围护桩移位情况，同时采用经纬仪观测圈梁变化情况及附近几幢建筑物沉降情况。

土方开挖7.85 米深处时，靠近地下室西侧两市区主干道交叉口相邻一根围护桩处发生土方坍塌，大量土方挤破旋喷桩冲入基坑，基坑后方地面出现8 厘米的裂缝，该处围护桩及锚桩出现整体移位，桩顶最大位移达33.89 厘米，远远超出9 厘米的限值。虽然针对监测单位发出的警告，施工方与设计单位及时召开围护结构的稳定性分析会，并采取了堵水、卸载等措施，但由于设计单位仍认为围护桩设计可靠，在不受特殊外因作用不会发生倒塌，这种情况会逐步稳定，并怀疑监测数据偏大不准确，因而未能采取有效的加固措施，土方开挖依旧进行，然而在开挖到9.25 米深范围处时，局部坍塌事故发生了，基坑西侧17 根围护桩、8 根锚桩连同拉梁倾覆，大量土体路基滑坡，总长度50 米。

3 事故处理措施的制定与施工

事故发生后，为了保护该段市区主干道交通安全，建设方会同施工单位进行抢险施工。首先在坍塌最高处沿路基处施打第一排98 根护路槽钢，保证道路路基稳定并着手进行加固方案的制定。

从加固基坑围护结构、止水角度出发，先后考虑采用水泥搅拌桩、地下连续墙以及钢板桩等方案。经过论证，认为原围护结构倾覆夹同大量土体路基滑坡后，边坡已卸荷并形成基坑边坡放坡，可选用双排钢板桩支护方案。采用40t 覆带吊车加长吊臂，起吊功率为35KW，振动锤施打。这样只需修施工平台即可施工，使用钢板桩长1518 米，宽0.4米，厚0.17 米。采用“大扣”法联接(详见附图2)。

图2 钢板桩“大扣”对接法

利用吊车振动锤，沿倒塌围护桩外围打设第2 排98 根护坡钢板桩。随即开始进行倒塌围护桩及圈梁砍凿、现场清理工作，将不稳定陡坡削去后，砌毛石护坡。在该项工作基本完成后，再沿原围护桩处打设第三排护壁钢板桩120 根，打设25 根45#200 宽槽钢为锁口及内支撑(详见附图3)。

图3 倒塌加固支护方案剖面

对其它未开挖未破坏围护结构采用挖坑卸载，沿原围护结构打设钢板桩和拉锚支撑，两根“对扣”。呈三角形打设，在地下室转角处加设一钢桁架支撑，防止坍塌再次发生，对地下室土方开挖采用先机械开挖后人工开挖相结合分法开挖方案。

经过40 天的紧张施工，顺利完成坍塌部位的加固施工，并继续进行土方开挖，实践证明该方案投入实施，工程施工工期短、费用节省、安全可靠。

4 主体结构工程桩补桩施工

基坑清理完成后对工程桩进行检测，发现受土体滑坡影响，有个别工程桩受到不同程度推移，桩身经低应变检测完好无损，由于推移的程度不大，且均为四层裙楼小直径基础桩，故在2 米厚底板加设基础暗梁与未破坏桩联接，在以后主体结构施工中未出现任何由桩基因素而影响的施工质量问题。

5 基坑局部坍塌原因与分析

造成此次围护结构坍塌因素等多方面的归纳有以下因素。

勘探、设计因素:勘探提供部份数据不准确，直接影响到结构设计精度，如:(1)勘察单位提供的淤泥在土工试验汇总表中其固结抗剪的最大内摩擦角达到18°14'，直接抗剪内摩擦角达12°6'，但大量试验表明，滨海地区软粘土内摩擦角为0 值，直接抗剪为1°～3°，固接抗剪为6°-10°，而设计单位发现该问题后未能及时要求补充可靠资料，并没有进行任何的修正和说明就盲目引用设计，使安全度产生误差。(2)设计拉锚桩布置在破裂角不稳定范围内，当土体滑动时带动锚桩一起滑动，锚桩起不到拉锚作用，从而导致围护桩整体失稳破坏。同时设计验算失误，使灌注桩抗弯不足，产生的卸荷导致旋喷桩首先破坏，在灌注桩之间采用旋喷桩的止水帷幕，由于灌注桩间距较大，施工地段地下水位较高，开挖深度大，旋喷桩抗弯、抗剪能力弱未能起止水作用，且与灌注桩联接不紧密，在超荷状况下首先破坏;加剧围护桩的失稳破坏。

施工因素:由于在雨季赶工施工，管理不严，部份旋喷桩以及圈梁、拉梁施工质量不能满足要求。土方开挖未能全部按分层顺序施工，靠桩脚位局部小范围的集中开挖，卸荷较快，于是造成围护结构倒塌的因素之一。

其它方面因素:工程施工地段地处交通要道，车辆繁多，地下管网密集，且市政部门正在进行市区排水管网改造，大量地表水流入表土层，土工指标变化加剧锚桩位移，改变灌注桩受力性质，导致围护过早破坏。围护桩设计与施工单位过于自信，发现险情未能采取切实有效措施防止倒塌事故发生，这也是造成大面积坍塌的人为因素。

6 经验与教训

该商业中心建筑地下室围护坍塌事故采用钢板桩加固处理，经过当年雨季台风暴雨冲击，无发生任何问题，显示整体稳定、安全可靠，说明这样加固设计方案是成功的。虽然采用钢板桩一次性投资大，但可回收重复利用，加上使用机械施工速度快、工期短、机动灵活、安全可靠的优点，因此利用钢板桩围护结构是一种处理坍塌事故快速、安全的方法。

虽然施工单位顺利地处理了围护结构坍塌事故，但由于事故的发生使该工程主体结构施工工期受到影响，给开发商和施工单位造成一定的经济损失，所带来的教训是深刻的。如果在施工组织设计过程中充分考虑实际地质情况，认真细致进行勘查，避免盲目进行理论设计，充分考虑到采用的方案是否符合现场地质条件、周边道路交通情况、地表及地下水流量和雨季施工等不稳定的环境因素，施工中严格控制施工质量，对于发现问题能及时、有效处理解决，或许能够避免此次事故的发生。