浅议某软土地区浅小基坑渗透破坏事故

杨文浩

（上海输能电力工程有限公司，上海 200433）

0 引言

上海作为一个超大型城市，近年来随着临港新片区的规划和发展，在沿海地区的建设项目投入密集，同时，对电力的需求也与日俱增，然而传统的架空线路对城市面貌以及电网安全带来一定的不利因素，因此越来越多的城市输电项目选择铺设电缆的方式进行送电。

但是在电缆铺设工程施工过程中，也存在着一定的隐患，例如，基坑工程作为一种临时性、复杂性和随机性的施工环节，存在多种因素的不确定性和干扰性，从事基坑工程的设计人员需要具备结构力学、土力学、工程环境等多方面理论知识，还需掌握支护方式、降水条件、卸土方案等诸多施工环节方面的项目经验，加上基坑开挖施工过程中基坑坑壁及坑底产生的不可避免的变形，将对相邻建筑物、地下管线等带来一定的影响，因此对基坑工程的施工质量要求、变形控制要求十分严格，而基坑工程施工、管理不够规范，往往是导致基坑事故的起因，给项目建设造成巨大资源浪费及经济损失，且影响四邻安全。

1 项目概况

该项目为电力排管工程，项目位于上海临港地区，场地沿线河网发育，且场地靠近海边，地下水水位较高，场地地貌类型属于潮坪相地貌，场地内地基土均属第四纪沉积物，主要由黏性土、淤泥质土和粉性土组成。根据勘察资料显示场地内地基土分布情况如下:①1-1层素填土、①1-2层杂填土、①1-3层吹填土、①2层淤泥质粉质黏土、①3层粉质黏土夹黏质粉土、②3-1层黏质粉土、②3-2层砂质粉土，各土层空间分布情况如图1所示。

图1 沿线地基土分布示意图

项目施工时正值雨季，据了解，施工单位在项目采用井点降水作业 3 d 后，开始安排开挖施工。由于本项目为小规模电缆排管工程，且电缆沟及工作井一般埋藏较浅，因此基坑开挖面积较小，开挖土方量有限，因此在短时间内就挖至设计标高。然而在基坑向下开挖的过程中，还是有地下水通过钢板桩搭接位置向基坑内渗水，施工单位认为基坑规模较小，且开挖周期短，只要开挖至设计标高，快速浇筑垫层，基坑不会发生事故，因此并未采取措施，继续施工，直至开挖至设计标高，伴随着坑壁及坑底出现大量流砂，周边坑壁局部掏空并使围护结构变形，且尝试浇筑垫层失败，为避免事故扩大，施工单位不得不采用块石将基坑回填，最终该基坑坑底被流砂填埋，功亏一篑，基坑坑壁失稳现场如图2 所示。

图2 围护结构失稳后场地

2 事故原因分析

2.1 环境因素

拟建排管项目所在地河网发育，在项目沿线有多条现状河道，有充足的水利补给，不利于基坑开挖，另外，改项目施工时间正值台风季节，降水丰富，对基坑开挖施工带来了一定的难度。

2.2 地质条件因素

基坑开挖前对地质资料的了解至关重要，只有充分了解场地内地基土的特性，才能更好地指导施工作业，根据勘察资料显示，拟建场地沿线以粉性土为主，管道及工作井底部均处于粉性土中，对于厚层粉性土其渗透性强，在水头差作用下，极易发生流砂、管涌等不良地质现象，从而导致围护结构失稳等事故发生。

2.3 施工组织因素

基坑开挖的过程，就是一个卸载的过程，当上部土体卸载后，平衡点被打破，从而导致基坑坑壁及坑底土层应力释放而发生变形，这种变形与卸载的规模、暴露时长以及围护结构形式都有密切关系。

本项目由于其规模较小，基坑开挖面积及暴露时间均有限，从该方面出发，是对开挖施工有利的条件。然而基坑开挖过程中，地下水也是不可忽视的部分，基坑卸载的过程会导致基坑周围地基土的原有水、土应力平衡点受到破坏，另外暴雨或地下雨污水管道的漏水、也会导致地下水位的改变，易对基坑造成失稳等事故发生。

根据本项目围护结构设计方案，围护结构采用拉森钢板桩，桩长 9.0 m 并配合采用轻型井点降水。

拉森钢板桩是一种特制型钢板桩，具有高强度、轻质量、锁扣紧密、水密性好、施工灵活、重复使用等特点，是浅基坑围护结构中常用的一种挡土结构，但其止水效果也与钢板桩的新旧、整体性及施工质量有关。

通过对本项目基坑事故现场踏勘及查阅施工记录，本项目施工正值雨季，项目沿线有多条河道分布，另外根据本项目地质资料显示，场地浅部主要以粉性土为主，透水性高，虽然设置了井点降水，但通过上述情况分析，该场地地下水补给充足，施工单位在未确认地下水水位的情况下，仅进行 3 d 的降水后就进行基坑开挖，实属贸然。另外，在查看围护结构施工质量时发现，本项目的钢板桩施工质量马虎，部分搭接位置参差不齐，个别位置存在不咬合的情况，从而导致失去止水的效果。

2.4 监理监管因素

监理单位应加强现场施工协调和管理工作，对施工质量起到监督作用，发现质量隐患应及时向施工单位提出整改，并见证施工单位落实整改，履行监理职责。

基坑险情的发展一般是一个循序渐进的过程，监理单位应当加强现场巡视，在基坑发生险情的第一时间，及时组织有效的抢险，却误贻误了抢险最佳时机。

3 破坏机理及处理对策

在发生工程事故后，首先要了解项目基本情况，分析事故发生的成因，才能对症下药，采取合理有效的处理措施。本项目的破坏形式主要是因施工质量问题，导致围护结构因渗流而失稳。

3.1 渗透破坏机理［1］

渗透破坏是当地基土的渗透坡降大于其允许水力比降，地基土中的细颗粒在水头差作用下随动力水移动而流失，导致土体变形，直至破坏的现象。

从渗透破坏的机理角度，地基土发生渗透破坏的主要形式是流（砂）土、管涌，还有接触冲刷和接触流失等其他形式，其中以管涌和流（砂）土最为常见［2］。

1）管涌是指在动力水作用下，地基土中的细颗粒从粗颗粒的孔隙中发生移动并被带出，逐渐形成管形水力通道，从而掏空地基或围护结构，使地基或围护结构产生变形、失稳的现象。

2）流（砂）土是指地下水在向上渗流作用，下局部土体表面的隆起、顶穿或粗颗粒群同时浮动而流失的现象［3］。流土一般多发生于浅部低强度软黏性土层中或较均匀的粉细砂层中；流砂则多发生在不均匀的砂土层中。流（砂）土发展结果是使基础或围护结构发生滑移或不均匀沉降、失稳等。流（砂）土破坏一般是突然发生的，对岩土工程危害很大。

3.2 事故处理对策［4］

渗透破坏是一个发展的过程，通过众多的工程事故总结发现，渗透破坏在破坏初期，一般从围护结构搭接不良、止水不良的缺陷处渗水，从而形成水力通道，此时，其渗出的水为清水，随着时间的推移，渗流路径不断扩大，且流速也随之增大，此时，地下水一般会携带一些细颗粒土从渗流路径中流出，从表观表现为清水转换成浑水，第三阶段则是水土一起从渗流通道中溢出，使墙后土体掏空，导致地面沉陷，围护结构失稳，因此，在渗透破坏发展的各个阶段，可通过有针对性的方法去排除险情。

3.2.1 钢板桩围护结构漏水阶段的处置措施

1）当围护结构出水量轻微的时候，在该阶段一般不会影响施工安全及周边建（构）筑物的安全，此时，采取处置措施的思路主要是确保地基土避免被地下水浸泡而失去承载力，因此，可在坑底四周设置明构+集水井的方式进行排水。

2）当钢板桩锁扣处渗水量变大，但没有携带泥砂渗出时，此时水力通道规模较小，且周边环境简单，对周边建（构）筑物无较大影响时，可用富纤维棉絮对漏缝处进行填塞［5］。

3）当渗水量逐渐变大并且携带泥砂，出现轻微的流砂、流土的现象时，若基坑已开挖至设计标高的情况下，可考虑迅速浇筑垫层，使其与坑外水土压力平衡；若基坑还未开挖至设计标高的情况下，且有较为严重的流砂、流土出现时，应增设降水设备，加强降排水能力，降低坑外水土压力，确保基坑稳定。

3.2.2 钢板桩围护结构发生位移阶段的处置措施

当钢板桩围护结构发生位移时候，应立即采以下处理措施。

1）立即停止挖土作业，进行坑边卸载，若基坑变形仍然加剧，应立即对基坑进行回填处理。

2）对坑底土层采取注浆等加固的措施，提高坑底被动区抗力。

3）必要时，可考虑加厚垫层或设置坑底支撑。

4 结语

在软土地区，基坑事故的引发往往是由于地下水引起的，本工程亦是如此。通过本工程的事故可以发现，主要还是由于施工单位对项目周边环境、地质条件、地下水等方面关注度不够，加之对施工质量又不够重视，认为这种浅、小基坑开挖工作施工工期短，不会存在风险，加之监理单位的监护力度不够，最终酿成工程事故。

通过本次事故的教训告诉我们，在工程建设中，需要充分重视地质资料。在工程中防治流砂的原则:治砂先治水，因此，当在粉性土发育的地区进行建设时，应当高度重视地下水水头高度，水力补给等条件，认真研究地质资料及设计方案，科学合理安排施工组织，重视施工质量，杜绝野蛮施工行为，当发现隐患时及时进行反馈，以便及时进行方案调整。