基坑支护设计事故分析及加固处理研究

基坑支护设计事故分析及加固处理研究

王文平

青岛盈鑫建设集团有限公司  山东青岛 266000

摘要：针对某悬臂支护基坑事故的设计和施工过程，从基坑支护型式和设计计算、施工方法、施工顺序、地下水等方面进行分析，指出该基坑在控制位移上选用支护型式、考虑相邻环境影响、施工方法及顺序等方面存在的问题。经详细考虑诸多因素和该工程现状，确定从减轻悬臂桩支护的后方压力和减轻支护变形两方面解决，提出了采用基坑外降低部分水位，同时在悬臂桩上加预应力锚拉的加固处理方案，取得了较好的效果。

关键词：悬臂式支护；边坡位移；事故分析；加固

1工程概况与地质条件

某大厦位于青岛市，主楼12层，地下1层，采用桩基础，建筑面积约30000m2。该建筑物基坑深度在南、北和西侧均为6，2m，东侧为6．Om。基坑东西长81．5m，南jE宽47．7m。基坑东侧9m为城市主干道，南侧l1m处有一栋7层建筑物，西侧6m处有一栋6层建筑物，基坑平面。由于地质勘探报告中未提供基坑底面以上土的土性参数，因此，只能根据地质勘察报告提供的砂土的标准贯人锤击数Ⅳ值推算出砂土的内摩擦角。其各层土的土性参数见表1。层⑤以下为碎石层。地下水位深1．11．8m支护，支护桩桩径为800mm，内26根25钢筋，支护桩间距为1O00mm，桩长为l3．6m，桩端进入粉质粘土层，混凝土强度为C20。支护桩外采用排相互咬合的粉喷桩作为止水帷幕，粉喷桩直释为400mm，桩长为10.5m，纵向间距为700rnm，帷幕厚度为700mm。

2．2基坑施工过程

基坑开挖前先进行支护桩及帷幕施工，支护桩施工完成后一个月方开始基坑开挖。开挖分两步进行：首先将基坑下挖3．5m，然后进行建筑物工程桩的施工。工程桩直径为1．0m，桩端进入碎石层1．0m，采用人工挖孔桩，外设钢套筒护壁，边挖钢套筒边向下沉(类似沉井施工)。当挖孔桩开挖至粉砂层时，因桩孔内采用明沟排水出现流砂，且由于挖孔桩没有采用间隔施工，引起支护桩整体向基坑内位移，后采用间隔施工措施继续挖孔桩施工，直至挖孔桩全部完成。待挖孔桩施工完成后，基坑边坡顶部观测点位移值如下：西侧最大为106ram，南侧最大为157mm，东侧最大为2ram，北侧最大为62mm。基坑南部、西部和北侧地面出现开裂和下沉，西侧建筑物部分墙体出现裂缝。挖孔桩施工完成后，基坑边坡水平位移逐渐趋于稳定。于是施工单位决定在南侧边坡处进行试开挖，开挖深度为1.5m，宽度约为2.5m。试开挖后南侧边坡顶部水平位移一夜之间激增42ram，开挖被迫停止。

3事故原因分析

3．1设计原因

1．支护方案选择

由于设计人员缺乏理论知识和工程经验，采用了悬臂桩支护方案，其支护边坡剖面，其中南侧、北侧和西侧基坑深度为6.2m，东侧深度为6.0m，支护桩的嵌固深度均为7．4m。由于该基坑距周围建筑物、道路和管线较近，因此对该基坑支护的位移控制应特别注意。悬臂桩支护以基坑底面土的被动土压力来平衡边坡的主动土压力和水压力的作用。而被动土压力的提供则需要较大的位移，因此，边坡的位移将会很大，从而会导致基坑周围地面、建筑物、道路和管线的开裂和破坏。经计算，如基坑开挖5m，预计坑顶最大水平位移将达30cm；如开挖到基底，预计最大水平位移将达到38.7em。由此看来，采用该支护方法在基坑开挖施工过程中势必造成基坑周边地面、道路和管线的开裂。

2．设计复核

根据原来的设计方案进行复核。当基坑挖至5.0m时，其支护边坡被动土压力与主动土压力的比值为1.03，刚满足要求；支护边坡的被动土压力对桩底产生的抗倾覆弯矩与主动土压力对桩底产生的倾覆弯矩之比为1.03，低于1.2的规范要求。当基坑开挖至坑底时，其支护边坡(坑深6.2m)被动土压力与主动土压力的比值为0.75；支护边坡的被动土压力对桩底产生的抗倾覆弯矩与主动土压力对桩底产生的倾覆弯矩之比仅为0.38，远低于1.2的规范要求。因此，设计失误是导致该基坑事故的主要原因。

3．2施工原因

1．施工方法和施工顺序

由于该地区的地下水位较高，有较厚的粉细砂层，桩基施工中容易出现流砂现象。因此，支护桩和工程桩施工均应采用钻孔灌注桩，并采用泥浆或套筒护壁以防流砂现象出现，且应在支护桩和工程桩施工完成，支护桩混凝土达到设计强度后，再进行基坑的开挖但施工单位以经济利益和工期出发，又缺乏必要的工程经验，在施工中，先将支护桩和帷幕施工完成后，将基坑挖深3．5m，再采用人工挖孔桩进行工程桩的施工，从而造成挖孔桩内出现流砂现象，进一步加剧了事故的发展。

2．排水措施

基坑周围排水不畅是该基坑工程事故的又一原因。由于挖孔桩出现流砂现象，基坑内抽水时，带出大量泥砂，将周围排水管道堵塞，施工单位未进行及时疏导，致使水位上涨至天然地面下0．1m处，进一步增大了边坡水压力，降低了边坡土体的内摩擦角和内聚力，加剧了边坡位移的发展。

4边坡加固方案

因设计方面原因，该基坑深度比原来均有增加，其中南、北、西侧加深0．6m，东侧加深0．8m，根据该工程现状，考虑从减轻悬臂桩支护后方压力和减轻支护变形两个方面来解决，经过反复研究，决定采用基坑外降低部分水位，同时在悬臂桩上加预应力锚杆的加固方案。一方面可以立即减轻目前基坑变形的发展；另一方面利用现有已开挖条件就可实施。

4．1坑外降水

降水的目的有两个：一是减少基坑边坡的水压力；二是为预应力锚杆的成孔创造施工条件，以防预应力锚杆成孔时出现塌孔或流砂现象。工程加固设计为基坑帷幕外采用轻型井点进行降水，降水至基坑顶面下7．0m，与原地下水位相比，实际降水深度为5．5m。经计算，降水对西侧邻近建筑物产生的最大不均匀沉降(水平间距为6m)为9ram，满足《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)的要求。

4．2预应力锚杆加固在基坑顶面以下2．5m处加设一排预应力蚕锚杆，锚杆长度为16m，考虑原边坡滑动面的存在，其锚固段取为10m，非锚固段6m。锚杆直径为150mm，内配3根7j53钢绞线。单根锚杆允许抗拔力为360kN，预应力设计值为锚杆允许抗拔力的70％，加固剖面。对上述加固方案计算，当基坑开挖深度加大到6．8m时，基坑整体稳定性系数为1．49；对桩底的抗倾覆弯矩与倾覆弯矩之比为1．31，其边坡满足安全要求，同时预汁坑顶水平位移将再增加6．81ram。经加固处理后，实际开挖至基底坑顶水平位移最大lOmm左右，基坑周边没有发生新的裂缝，限制了基坑边坡的变形，保证了基坑稳定。

5结语

(1)基坑支护方案的选择应综合考虑造价、工期、安全及对周围环境的影响。当基坑周围有建筑物、道路和管线时，特别要注意边坡的变形控制。基坑支护设计过程中应充分考虑影响基坑变形、稳定的诸因素，确保基坑边坡的安全系数满足规范要求。

(2)基坑支护施：一定要严格按照顺序施工，防止因工序混乱导致工程事故的发生。

(3)基坑支护施工中应做好基坑周围的排水，防止因地表水位提高增加边坡的侧向压力。

(4)基坑开挖施工时，应加强边坡的位移监测，及时发现问题。基坑支护边坡位移的动态监测是防止边坡事故发生发展的有效措施。

参考文献

[1]建筑基坑支护技术规程(JGJ120—99)[S]．北京：中国建筑工业出版社，1999．

[2]刘建航，侯学渊．基坑工程手册[M]．北京；中国建筑工业出版社．1997．

[3]林在贯，高大钊等．岩土工程手册[M]．北京：中国建筑工业出版社．1994．