某软土地区基坑滑坡事故原因分析及修复措施研究

刘合寨，刘合伍

（1、湖南中核岩土工程有限责任公司 长沙 410005；2、广东省东莞地质工程勘察院有限公司 广东东莞 523000）

0 引言

基坑工程在城市发展过程中发挥了巨大作用，基坑工程不光能节约城市用地，还能提高城市的整体运行功能，进而提高城市形象。但是基坑工程在施工过程中也存在较多的风险［1］，如果不对这些风险进行分析和控制，则会造成工程安全事故［2−3］，特别是在淤泥质软土地区，淤泥质软土因其具有含水量高、强度低、压缩性高、灵敏度高等不良工程地质特性，在基坑开挖时很容易造成基坑边坡形成滑坡，淤泥质软土地区基坑的变形控制和治理问题已成为岩土工程的一个重要课题［4−6］。该场地某基坑在开挖过程中突然发生边坡滑坡，造成坑内预应力预制管桩桩头发生倾斜破坏，引起工程质量事故。针对滑坡主要从工程地质和基坑施工两个角度分析了该基坑边坡产生滑坡事故的原因，并对该基坑滑坡和预制管桩的倾斜破坏提出了具体的修复措施。

1 事故概况

某项目位于东莞市水乡片区，基坑开挖深度约5.0 m，基坑周边环境相对较简单，支护形式采用放坡加轻型井点降水的方案。在基坑开挖到坑底时，南侧边坡突然发生滑坡，造成该区域基底土隆起，坑内预应力预制管桩桩头发生倾斜破坏，如图1所示。

图1 滑坡引起桩身倾斜Fig.1 Piles Inclination Caused by Landslide

2 工程地质条件

2.1 工程地质条件

根据场地的勘察资料显示，该基坑南侧影响范围内的地层自上而下划分为3个土层及分属不同大层的亚层，工程地质剖面如图2 所示，土的物理性质如表1所示。

图2 工程地质剖面Fig.2 Engineering Geological Profile

表1 土的物理性质Tab.1 Physical Properties of Soil

①1层杂填土（Q4ml）灰黄，灰褐色，湿，松散，由较多的碎石，废弃砖块，混凝土块及粘性土组成，近期堆填。该层在全场地钻孔部分有揭露，钻孔揭露厚度为0.40～3.80 m、平均厚度1.95 m。

①2层素填土（Q4ml）灰黄色，灰褐色，湿，松散，主要由填砂组成，局部含粘性土、碎块石，近期堆填。该层在全场地钻孔大部分有揭露，钻孔揭露厚度为0.50～3.30 m、平均厚度1.60 m。

②1层淤泥质土（Q4al）：深灰色，饱和，流塑，污手，有腥臭味，底板夹中细砂粒，局部相变为淤泥。该层场地钻孔均有揭露，钻孔揭露厚度为13.00～16.90 m、平均厚度14.13 m。

②3层粉质粘土（Q4al）：灰黄、灰白色，湿，可塑，成分以粉粘粒为主，土质均匀性一般、弱粘结性，冲积成因。该层场地钻孔均有揭露，钻孔揭露厚度为2.00～3.40 m、平均厚度2.13 m。

③1层强风化泥岩（K）：灰黑色，原岩结构大部分已破坏，岩芯手捻易散，岩芯为半岩半土状，为极软岩，岩体破碎，局部残留中风化泥岩，岩体基本质量等级为Ⅴ类。该层场地钻孔均有揭露，钻孔揭露厚度为1.10～11.80 m，平均厚度5.67 m。

③2层中风化泥岩（K）：灰色，灰黑色，岩质稍硬，风化裂隙发育，泥质结构，层状构造，矿物成分以长石、黑云母为主，岩芯呈短柱状，钻进较困难，为软岩，岩体较破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ类。该层场地钻孔均有揭露，未揭穿。

2.2 水文地质条件

勘察深度范围内之地下水主要为潜水和基岩裂隙水。根据场地的岩土性状，本场地内的①1层杂填土和①2素填土属中等透水性地层，②1层淤泥质土和②3层粉质粘土属于弱透水性地层。本场地地势较为平坦，上部填土层的透水性较好，场地的富水性较好。风化泥岩裂隙发育，基岩裂隙水赋存于风化岩的构造裂隙及风化裂隙中。基岩裂隙水的水量不大，埋藏较深，对工程的影响相对较小。

3 滑坡成因分析

根据勘察资料和现场调查，分析滑坡是在②1层灰色淤泥质土中，引起滑坡的原因主要有：②1土层性质较差、放坡不到位、坡顶有堆载、基坑降水不到位。

②1层灰色淤泥质土，其具有含水量高、孔隙比大、强度低、压缩性高、灵敏度高等不良工程地质特性，受扰动易发生结构破坏，导致强度降低，抗剪切能力差，进而诱发基坑边坡滑动；还具有低渗透性、触变性和流变性等特点，在荷载作用下，应力状态易发生改变，易产生流变。

放坡开挖的基坑边坡坡度应根据土层性质、开挖深度确定，各级边坡坡度不宜大于1∶1.5，淤泥质土层中不宜大于1∶2.0；多级放坡开挖的基坑，坡间放坡平台宽度不宜小于3.0 m，且不应小于1.0 m［7］。现场事故调查时发现放坡坡率较陡，没按照设计图纸要求的坡率放坡，坡率明显大于1∶2.0，两级坡之间的平台明显过窄。

根据《建筑基坑支护技术规程：JGJ 120—2012》［8］第8.1.5 条规定：基坑周边施工材料、设施或车辆荷载严禁超过设计要求的地面荷载限值。现场事故调查时发现大量绑扎基坑底板和桩基承台的钢筋堆放在边坡坡顶上，且施工的挖土机也处于坡顶和坡间平台上施工作业。

放坡开挖的基坑应采取降水等固结边坡土体的措施。多级放坡基坑的降水井宜设置在坡顶、放坡平台；降水对周边环境有影响时，应设置隔水帷幕。基坑边坡位于淤泥、暗塘等极软弱的土层时，应进行土地加固。设计图纸要求采用轻型井点降水，现场事故调查时发现基坑坡顶无任何降水措施，基坑底部无任何明排井沟，施工单位以软土低渗透性，地下潜水量少为由擅自取消设计要求的降水方案。

4 事故修复措施

对于滑坡的修复，在保证工程安全的前提下，采取经济合理的工程措施。根据本工程基坑滑坡产生的原因，对于滑坡的修复措施主要为支挡、坑顶卸载及坑底反压、排水；预应力预制管桩由于中空薄壁，使其抗剪能力较差，抗弯强度低，不能承受较大水平力，很容易受外界水平推挤而产生桩位偏移甚至断桩，对于预应力预制管桩发生倾斜的修复措施可采用桩基纠偏法、灌桩芯法，对于预应力预制管桩已发生破坏的修复措施可采用钻孔灌注桩进行补桩。

4.1 滑坡的修复措施

支挡措施可利用钢板桩［9］，将钢板插入到下部稳固的土体中，使其承受滑体的部分下滑力，并将其传递到下部稳固的土体中，以起到稳固滑体的作用。钢板桩整体性好，抗滑能力强，容易插入到下部较深的稳固的土体中，桩位灵活，可设置在滑体的最佳部位，可重复利用，经济效率高，节约工程成本。

对于软黏土边坡，破坏面基本上为圆弧破坏，滑动面基本为圆弧形［10］。卸载及反压措施，在滑体的稳定性验算中，可通过滑坡的极限平衡状态稳定性计算［11］。

式中：K为稳定性系数；W1为滑体下滑部分的重量（kN/m）；d1为W1对于通过滑动圆弧中心的铅垂线的力臂（m）；W2为滑体阻滑部分的重量（kN/m）；d2为W2对于通过滑动圆弧中心的铅垂线的力臂（m）；c为土的黏聚力（kPa）；L、R分别为滑动圆弧的全长及半径（m）。

如果在基坑边坡滑体的顶部挖土卸载可以减少滑体下滑部分W1的重量，在基坑边坡底部堆载反压可以增加W2的重量，根据滑坡的极限平衡状态稳定性公式计算可以提高边坡稳定性系数。

对于本工程的基坑降水可采用多级轻型井点的降水方案，在坡顶和坡间平台处分别设置井点，井点管排距不宜大于20.0 m，过滤器顶端宜位于坡底和坑底以下1.0 m，井管内真空度应不小于65 kPa。并在基坑外侧场地设置排水沟，在基坑内设置临时集水明井和排水沟。在基坑外侧设置排水沟时，排水沟距坡顶要有一定距离，不宜小于0.5 m 的距离；在基坑内设置临时集水明井和排水沟时，临时集水明井和排水沟应随土方开挖过程适时调整，土方开挖到坑底后，临时集水明井和排水沟与坑边的距离不宜小于0.5 m。对于雨季施工时，可在放坡平台上设置排水沟和集水井，保证基坑边坡的安全。

4.2 管桩倾斜的修复措施

对于桩顶发生倾斜的桩，首先应采用低应变法去判断桩类型，对于Ⅰ类和Ⅱ类桩，且桩顶位移较小的情况下，可采用桩基纠偏法［12−14］进行修复；对于Ⅲ类桩，且能确定缺陷位置的情况下可采用灌桩芯法［15−16］来进行修复和补救桩基承载力。

⑴桩基纠偏法：在桩偏位相反方向清除桩身侧土体，利用钻机钻多个直径约200 mm 的钻孔插入注浆管，利用注浆管进行高压冲孔，注浆管紧贴桩身冲孔，边冲边向下插入注浆管，直到冲至持力层。在桩顶采用橡胶圈包裹桩头，然后在桩偏移方向利用千斤顶顶着橡胶圈缓慢地进行纠偏，速率要慢，以1～3 cm/h为宜，当推至偏移量的一半时，可停止1 h，保持高压冲孔，然后继续推桩，直至桩顶复位。桩体复位后在桩推移方向两侧的孔穴内填入颗粒较大的砂土，振捣密实，并注入早强型混凝土，将桩侧土中的孔隙进行填充，易于恢复桩基承载力。对于纠偏后的桩，仍需采用低应变法去检测桩基的完整性，低应变法检测合格的桩才可以正常使用，桩基纠偏法示意图如图3所示。

图3 桩顶纠偏法示意图Fig.3 Diagram of Pile Top Deviation Correction

⑵灌桩芯法：对于低应变法判断的Ⅲ类桩且能确定缺陷位置的情况下可采用灌芯法来进行修复和补救桩基承载力。根据低应变法检测出缺陷位置设置钢筋笼的长度，制作钢筋笼，利用钻机清除管桩内部的泥土，桩孔内部必须清理干净，放入钢筋笼，浇筑强度等级比管桩桩身高一级的微膨胀混凝土，用插入式振捣器振捣密实，灌桩芯法施工如图4所示。

图4 灌桩芯法施工Fig.4 Pouring the Core of Pile

4.3 管桩破坏的修复措施

对于低应变法判断的Ⅳ类桩或桩基纠偏法中断裂的桩，经实际承载力不满足要求的桩，可采用钻孔灌注桩进行补桩，实际补桩位置可根据设计要求和现场情况重新设计，实施过程中应注意补桩对已完成桩基的影响。采取合理的成（沉）桩顺序，挖土时宜逐层均匀开挖，桩周土体高差不宜超过1 m。先挖区块与后挖区块需要进行放坡，坡率1∶2，且坡脚应进行砂包反压。以防桩两侧土压力不平衡从而造成工程桩发生倾斜。挖土尽量采用小型挖机机械及运输车辆，防止挖土机械及运输机械对基底土产生扰动及侧向推力。土方开挖过程中，每台挖机应设立指挥员，确保挖土过程中严禁挖机碰撞到桩头。

5 结语

⑴本工程基坑边坡滑坡的主要原因是边坡体内的淤泥质软土厚度大、强度低，自稳能力差，施工单位对工程性质差的软土没引起足够重视，不按照设计图纸要求的坡率放坡，不采取有效的降水措施，施工时在坡顶和坡间平台处堆载造成。

⑵在分析基坑边坡滑坡产生原因的情况下，针对基坑边坡滑坡提出了3 种修复方法，针对预应力管桩倾斜破坏也提出了3 种修复方法，这些方法虽然原理不一样，但基本都能起到修复作用，最后采取钢板桩支护加坡顶卸载及坑底反压的建议措施修复基坑边坡滑坡，及时有效地阻止了滑坡的继续滑动，采取了灌桩芯法和钻孔灌注桩补桩的建议措施修复基坑边坡滑坡预应力管桩倾斜破坏，并将各桩基承台用连梁进行了连接，取得了比较好的处理效果。

⑶本工程基坑滑坡事故对后续类似的项目起到借鉴意义，加强对软土的重视和研究，以及合理的施工管理是避免类似事故发生的有效措施。