某上软下硬土层浅基坑滑移事故分析及加固

王颖，李慧慧，许磊，熊晓亮，黄绯

(杭州市勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 310012)

1 引 言

浙北杭嘉湖平原地带，地势开阔，属湖沼相沉积区，地层呈软-硬交错的多元结构，浅层为深厚软土层，一般为流塑状淤泥质黏土，呈现“三高一低”的特点，力学性质较差，下部为圆砾及风化岩层，中间黏性土层往往缺失。该地区一层地下室一般都位于淤泥质土层中，基坑设计和施工难度大、造价高，尤其对于开挖在4 m～6 m范围内的浅基坑(一层地下室)，由于挖深较浅，容易被设计、施工和管理单位忽视，因此常发生失稳和局部滑移事故[1]。目前基坑工程多位于繁华的城市中心地段，一旦发生事故，将会造成重大的经济损失和社会影响。因此基坑支护设计思路已经从强度控制为主转变成变形控制为主，逐渐将基坑工程与周围环境作为整体进行考虑，对基坑工程的设计和施工都提出了更高的要求[2]。基坑支护虽是临时工程，但破坏后果严重，损失重大，必须引起重视[3]。

某一层地下室基坑工程，在开挖过程中出现了数次基坑滑移事故，经过加固设计、施工后，基坑工程最终安全完成。本文通过对该工程事故的原因分析和加固方案介绍，旨在为类似基坑工程的设计、施工、管理提供经验。

2 工程概况

场地周边环境复杂：东侧紧邻城市广场，北侧为城市绿化，西侧为主干道，道路下方市政管线密布；南侧紧邻已建商业园区道路停车场和建筑物。

原基坑支护设计采用φ600@800钻孔桩结合一道钢筋混凝土支撑支护方案；塔楼电梯坑采用φ700@500双轴水泥搅拌桩重力式挡墙支护形式；围护桩外侧设双轴水泥搅拌桩做止水帷幕，结合集水明排措施。由于场地土质起伏较小，设计钻孔桩桩长采用双重指标控制，控制桩底标高并要求进入④1粉质黏土层或⑥圆砾层不少于 2 m，插入比约1∶1.5。

基坑在土方开挖期间接连出现3次滑移事故，如图1所示。事故造成了较大的经济损失及工期延误。

图1 基坑事故现场照片

3 工程地质及水文地质情况

基坑支护结构影响范围内地层自上而下依次为填土、淤泥质黏土、硬塑状粉质黏土、圆砾、粉砂岩，部分场地粉质黏土层缺失。基坑坑底位于③1层淤泥质黏土中。土层物理力学指标如表1所示。

表1 土层物理力学性质指标

场地地下水：潜水位约在地表以下0.1 m～2.7 m左右，埋深较浅；孔隙承压水主要赋存于⑥层圆砾中，属强透水层，根据邻近工程施工经验，由于承压水流速缓慢，水头较深，且基坑开挖深度浅，承压水对基坑影响不大。

场地范围内地表水主要分布于河道及池塘，基坑施工前已进行回填。

到第三圈时，那个一直在前面领跑的六（1）班运动员蒋飞突然冲出了跑道，来到了同学们中间。然后，他慢条斯理地从桌上拿起一瓶矿泉水，很惬意地喝起水来。无论是跑道上的运动员，还是周围围观的同学，都不知道蒋飞葫芦里到底卖的什么药，所有人都用一种无比惊疑的目光打量着他。

4 基坑滑移事故过程

事故发生前现场已完成双轴水泥搅拌桩、围护钻孔桩、南北两侧支撑梁等支护体系，土方基本南北对称开挖，出土口位于西侧对撑位置。基坑北侧临边区域已开挖到底，正施工底板；西南角主楼以北地库区域已开挖到底正施工垫层。基坑开挖到东侧临边区域时，短短半月内东侧有两处(东侧北段约 20 m范围和东南角位置约 20 m)出现围护桩踢脚现象，桩身向坑内倾斜 0.5 m～1.0 m，坑内土体隆起，且有部分工程桩偏位严重；局部冠梁、支撑梁出现贯穿裂缝，露筋严重；东侧城市广场绿化带内产生明显的横向裂缝，裂缝宽度约 15 cm。东侧在进行加固方案外审过程中，基坑南侧中段土方开挖到底时再次塌方，影响范围较大，约 50 m，坑内土体隆起，南面小区的停车位下土方向本基坑内垮塌，园区的挡墙和道路出现明显的平行裂缝，道路下方敷设的一条污水管破坏渗水。

根据监测报告，基坑塌方事故具有突发性，事故发生前相应位置变形较小，累计位移和日变形速率数据均未超出报警值，且事故多发生在夜间，故而征兆不明显。

5 事故原因分析

基坑出现事故的原因是多样的，勘察资料、设计方案的缺陷，以及施工质量不满足要求都有可能导致基坑工程出现险情[4]。从事故发生的突然性，以及支护结构的破坏形态判断，该基坑事故属于支护桩踢脚外移[5]引发的深层滑移以及坑内隆起破坏。

5.1 施工质量

基坑接连发生滑移事故，根据现场情况，委托第三方检测单位对已施工支护结构进行了安全评估，发现原围护结构施工情况主要存在如下问题：

①部分围护桩顶部过量凿除，与冠梁连接处存在露筋现象，且围护桩主筋未锚入冠梁；②支撑梁局部存在裂缝、露筋现象，平整度不符合要求，导致支撑系统刚度减弱；③根据围护桩钢筋笼长度的抽检结果，部分围护桩由于钢筋笼上浮存在桩底标高不满足设计要求的现象，导致桩身嵌入下部较硬土层的深度不足，实际桩底标高比原设计高出 0.5 m～2.9 m。

根据实际检测桩长，采用理正深基坑软件计算出开挖到底时绕支撑点的抗倾覆稳定性(踢脚破坏)安全系数对比如表2所示。

表2 桩长减短后抗倾覆稳定性安全系数

根据基坑支护规范[6]要求，安全等级为二级的基坑抗倾覆稳定性(踢脚破坏)安全系数应不小于1.200，因此桩长不满足设计要求时，开挖到底工况出现了围护桩踢脚破坏。而且以支撑点为转动轴心的圆弧条分法计算坑底抗隆起稳定性均不满足规范规定。计算结果与现场实际情况相吻合。

5.2 分区块开挖

在软土中开挖基坑，时空效应显著，随着基坑宽度及深度的增加还会产生深层土体滑移带的变形，对周边环境影响区域比一般基坑明显扩大[7]。因此一般要求土方单位控制开挖面的宽度和深度。本工程原始场地大面积分布的池塘、河道及被填土掩埋形成的暗塘对工程建设和基坑开挖十分不利。地表以下分布着深厚的淤泥质黏土，该软土层含水量超过50%，在施工动荷载作用下扰动后易发生触变使土体强度降低。施工过程中，由于工期紧，施工单位在开挖临边土方时一次性开挖过长，形成完全发育的深层土体滑移带，坑内土体随之发生塑性隆起，引起坑外地表沉降增大，基坑周围土体产生滑动，从而导致基坑失稳现象发生。

6 加固设计

该基坑项目由于主要围护结构已施工完毕，且中间区域尚有一半土方未开挖，为避免后续开挖过程出现类似事故，需在原围护方案基础上进行加固处理。原先三处滑移事故发生后现场立即进行了坑内土方回填反压，因此基坑围护结构侧向变形暂时得到控制[8]，后续等加固措施施加之后再进行二次开挖。

6.1 原支护系统复核

对于已施工的原支护结构，经过第三方检测机构随机抽取的6根围护钻孔桩，发现有一半桩长不满足设计要求。但北侧临边区域底板已浇筑完成，判断该侧围护桩虽然嵌固深度不足，但目前处于稳定状态，可以继续使用。原支撑系统局部有裂缝露筋现象，但对基坑整体稳定性没有决定性影响。

6.2 加固方案

该基坑围护加固方案遵循“强桩强撑”思路配合现场施工措施，并尽量利用原支护体系，具体如下：

(1)已经滑移区域原围护桩凿除，外围新打φ800@1100钻孔桩，补打的围护桩桩底需进入⑥层圆砾层不少于 3 m，如图2所示；

图2 支护结构加固剖面

(2)修复或者重建受损支撑系统以及立柱桩。局部破坏的支撑梁外侧包角钢及缀板焊接固定，整体破坏的支撑梁重新浇筑，主筋锚入未破坏的支撑梁内；偏扭立柱加固措施如图3所示，弯扭区域加密缀板后封模通过顶部注浆孔注浆，注浆范围进入垂直区域不小于 500 mm，注浆完成后插入直径 60 mm钢棒。

图3 偏扭立柱桩加固示意

(3)南侧污水管渗水位置补打一排Ⅳ号拉森钢板桩小锁扣打，充当止水帷幕，对漏水的管道进行修复或者引流避免直排；其余位置围护桩内侧挂网喷砼；

(4)尚未开挖区域对撑东侧、西侧以及已开挖的西南角区域进行预防性加固，在现有围护桩外围新打一排φ800@1500钻孔桩，通过现浇压顶板与前排已施工冠梁连接成为一个整体，形成双排桩框架体系；

(5)严格按设计要求分区分块施工；对于坑外地表裂缝及时灌浆修补，防止雨季地表水汇入；

(6)严格控制拆撑条件，规定合理的拆撑次序和工艺，减少拆撑工况引起的变形。同时加强全部范围的底板换撑措施，在底板面以上肥槽内采用素混凝土堆高措施以抬高刚性铰。

新增支护结构与原有支护结构的有效连接，协同变形是本次加固设计处理的关键。如图4所示，新增支护桩冠梁与原支护桩的冠梁通过钢筋混凝土压顶板及植入槽钢等方式形成有效连接。后期土方再次挖开后，基坑能保持稳定状态且变形可控。目前，该工程地下室已施工完成。

图4 新旧围护结构连接示意

7 结 语

基坑支护工程作为临时性工程，不验收且多为隐蔽项目，是建设工程中的重大风险所在。本工程施工单位由于在周边场地施工经验丰富而不注重施工管理和施工质量，未完全按图施工，最终导致事故发生。同时，本工程事故及加固也为类似工程提供了经验：

(1)上部软土下部硬土无明显过渡的地层中，一旦桩长不足极易发生踢脚失稳，因此围护桩质量及桩长应严格把控，不能偷工减料。

(2)基坑加固设计应充分调查事故发生原因，有针对性进行加强，避免脱离实际进行加固，造成不必要的工期和经济浪费；并尽可能在原围护结构基础上进行加固，以免进一步降低基坑稳定性。

(3)基坑加固设计应考虑淤泥质土层在开挖过程和滑移事故中受扰动导致土强度降低的因素，原则上应进行原位测试和室内试验重新确定土参数。在不进行补勘的情况下，建议对土体力学指标按经验折减处理，或提高基坑加固安全等级。

(4)在软土基坑开挖过程中，抑制深层土体滑移带的形成是减少基坑周边环境影响的有效手段。

深厚软土基坑事故的分析以及后续对场地地质条件、原有支护结构的评估分析是加固设计成功的关键。合理的施工管理，就是在对工程潜在的风险进行评估的基础上做出决策，与专业技术同样重要。