坑边堆土对基坑开挖影响的分析

李国奇

摘 要：首先闡释上海莲花河畔景苑7号楼整体倾覆的状况，将建筑物与土体作为整体，应用圆弧滑动面条分法分析整体倾覆的原因，提出增加地下室的措施，应采用正确的施工程序等经验和教训。

关键词：圆弧滑动面条分法；建筑物倾覆；管桩基础；地下室

0引言

2009年6月27日5时30分，上海市闵行区莲花南路在建的“莲花河畔景苑”商品房小区工地内发生一幢13层楼房（7号楼）向南整体倾覆的事故，一名工人逃生不及被压致死。从湖南凤凰大桥垮塌、杭州地铁工地塌陷、西宁商业巷工地坍塌和株洲高架桥倒塌，到此次上海在建高楼的整体倾覆，土木工程界犯错误的程度越来越令人难以置信，这是一个非常危险的趋势，这一在建高层建筑倾覆事件在中国建筑工程史上留下了不可磨灭的一页。

1 工程概况

1.1 工程地质概况

拟建场地属上海地区四大地貌单元中的滨海平原类型，地面标高一般为3.96～4.89m。场地浅层土中的地下水属潜水类型，主要补给来源于大气降水及地表迳流，稳定地下水埋深在0.7～0.9m，平均0.78m，相应地下水位标高在3.33～4.09m，基坑工程设计时采用上海年平均水位埋深0.50m。

1.2原地下车库基坑工程概况

原地下车库基坑工程设计开挖深度4.6m，局部具有放坡条件的区域采用二级放坡开挖，坡间平台上设置单排双轴水泥土搅拌桩。邻近建筑住宅的区域，基坑周边卸土至条形基础底标高，故基坑的实际开挖深度为建筑条形基础下2.8m，该范围采用复合土钉墙围护形式：单排双轴水泥土搅拌桩+两道钢管土钉。

1.3基坑周边环境概况

地下车库基坑南侧和北侧为莲花河畔景苑的多幢正在进行内部装修的住宅楼，楼体为剪力墙结构，基础采用预应力钢筋混凝土管桩结合条形基础梁的型式。其中2#、3#和9#住宅楼设有一层地下室，其余住宅楼均无地下室。基坑北侧与8#楼最近，其主体结构基础距坑边的距离仅3.3m；基坑南侧几乎紧贴4#楼，如图1所示。基坑东侧为已完成的地下车库。西侧现为空地。因此基坑周边的住宅楼为重点保护对象。紧贴7号楼北侧，在短期内堆土过高，最高处达10m左右；基坑开挖时需降水，在7号楼南北两侧产生压力差。

2 应用瑞典法分析7号楼倒塌原因

2.1地下室基坑南侧土体及荷载综合分析

2.1.1 上海市区常见的工程地质情况

上海市区场地常见的工程地质情况为地表以下3-4m左右就进入砂性软土。当地土木工程界称为“铁板砂”。它是青色细砂，有的地方也有黄色。没水时该层承载力很强，有水时就是饱和土，几乎没有承载力。这一层又分成几个亚层，但基本情况差不多，总厚度在整个市区分布也比较均匀，有17-18m厚。在上海做基坑，最担心的就是这层土。一旦降水措施不力，防渗做得不到位，就会出现基坑喷砂、冒水，形成流沙。 因此即是压力水，又是水沙同出，基坑外水土流失严重，流失速度又很快，几个小时后基坑外侧就会出现大的塌陷。

2.1.2 “土体压力差”的影响

紧贴7号楼北侧，在短期内堆土过高，最高处将近10m。与此同时，紧邻大楼南侧的地下车库基坑正在开挖，开挖深度4.6m，大楼两侧的压力差使土体产生水平位移，使滑动破坏面处主动土压力增大，在边坡稳定系数中表现为滑动力矩的增大。

2.1.3 南侧地下室基坑开挖和降水产生水位差

莲花河畔景苑小区内的-幢高层住宅楼建成后，施工方才开始建造1号楼南侧的室外地下室。地下室基坑开挖深度达4.6m，基坑内未设水平支撑。基坑北侧距1号楼外墙尚有7-8m水平距离。

为保证施工正常进行，就必须采取措施降低地下水位。由于没有设计地下室，7号楼本身基础埋深应在2m左右。而南面地下室基坑的降水深度应在5m以下考虑到室外地下潜水位一般为-1m左右，则7号楼下部与基坑下部的地下水水位差就有4m左右。而基础的附加沉降差会导致建筑物产生倾斜。 若倾斜持续，就会导致建筑桩基失稳，就极有可能发生建筑物整体向南倾覆。

2.1.4、建筑物管桩基础的受力

预应力管桩一般直径较小，在桩长较长的情况下属细长构件，上部容易失稳，其单桩竖向承载力较高。但由于管桩是细长构件，须要求周围土体能提供很好的侧向约束才能充分发挥其竖向承载能力。

然而在倾覆建筑中折断的管桩和侧翻的基础周围暴露的土体以目测就可以判断出较为松散。说明土体的孔隙率较高，土体较松软，也就是说施工过程中很有可能未对基础回填土进行有效的压实处理，在雨水的浸泡下土体由可塑状态转为流塑状态，从而减少了对桩上部和基础的侧向约束。

2.2 瑞典法分析整体倾覆

边坡破坏时，土坡滑动面的形状取决于土质，对于粘土，多为圆柱面或碗形；对于砂土，则近似平面。阻止滑动的抗滑力矩与促使滑动的滑动力矩之比，即为边坡稳定安全系数K，可得

莲花河畔景苑7号楼距基坑北侧7-8m距离，将楼体与基坑以南的土体一起分析。由于水的浸泡，使土体内聚力C减小，根据边坡稳定系数公式，可以看出土体抗滑力矩减小；北侧土体的堆载以及建筑物的自重作用，此时相对滑动面的切向力T=W 较大，因此滑动力矩相对抗滑力矩较大；此外7号楼下部与基坑下部的地下水有4m左右的水位差，进一步加大滑动面的切向力T；建筑物下部的管桩基础在最危险滑动面处受剪，虽然产生抗滑力矩，但由于施工时土体未有效压实，遭遇雨水浸泡，北侧的高堆载以及管桩自身的二阶效应，导致桩身不堪建筑物的高压，沿滑动面发生破坏；最终由于滑动力矩太大，土体有沿最危险破坏面发生滑动趋势，建筑物下管桩首先被剪断，建筑物倾覆。建筑物倾覆后，滑动力矩减小，土体恢复稳定。

3、建筑物倾覆得到的经验教训

板式高层住宅楼应合理设置地下室，地下室应尽可能向南北两边扩大“以增大基础底部面积”增大结构的抗倾覆力矩，提高结构的安全性能；设置地下室，相当于增大建筑物埋深，使得圆弧滑动面绕过地下室，这样建筑物安全性系数大些。高瘦扁的建筑体型，抗倾覆能力本身就低，如果还不设地下室，建筑的基础埋深会更浅，地基土对基础的侧向约束能力会更小，建筑的宽度方向更易失稳导致地基失效，导致建筑物发生倾斜甚至倒塌。

参考文献：

[1] 郑颖人等，边坡稳定分析的一些进展（J）.地下空间，2001，21（4）262-271

[2] 周圆π.边坡稳定性分析中最危险滑动面的搜索[D].大连：大连理工大学硕士学位论文，2004