深基坑工程的常见质量问题及案例分析.docx

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深基坑工程的常见质量问题及案例分析

深基坑工程的常见质量问题及案例分析

深基坑工程是最近30多年中迅速发展起来的一个领域。

以前的几十年中，由于建筑物的高度不高，基础的埋置深度很浅，很少使用地下室，基坑的开挖一般仅作为施工单位的施工措施，最多用钢板桩解决问题，没有专门的设计，也并没有引起工程界太多的关注。

   近30多年来，由于高层建筑、地下空间的发展，深基坑工程的规模之大、深度之深，成为岩土工程中事故最为频繁的领域，给岩土工程界提出了许多技术难题，当前，深基坑工程已成为国内外岩土工程中发展最为活跃的领域之一。

1、深基坑工程概念特点

 1.1、深基坑工程概念

   住房和城乡建设部《危险性较大的分部分项工程安全管理办法的通知》规定：

深基坑工程指开挖深度超过5米（含5米）或地下室三层以上（含三层），或深度虽未超过5米，但地质条件和周围环境及地下管线特别复杂的基坑土方开挖、支护、降水工程。

1.2、深基坑工程特点    

当前我国各大城市深基坑工程主要突出了以下四个特点：

①深基坑距离周边建筑越来越近        

由于城市改造与开发，基坑四周往往紧贴各种重要的建筑物，如轨道交通设施、地下管线、隧道、天然地基民宅、大型建筑物等，设计或施工不当，均会对周边建筑造成不利影响。

②深基坑工程越来越深      

  随着地下空间的开发利用，基坑越来越深，对设计理论与施工技术都提出的更难的要求。

如无锡恒隆广场基坑深近27m，上海中心深基坑达30m，均已挖入了承压水层。

右图为宁波嘉和中心二期项目基坑，平均开挖深度为18.3m，最大挖深为25.9m，整体为三层地下室布局，局部有夹层。

③ 基坑规模与尺寸越来越大      

  上海招商银行信用卡中心工程基坑面积达81000m2，无锡恒隆广场基坑面积35000m2。

这类基坑在支护结构的设计、施工中，特别是支撑系统的布置、围护墙的位移及坑底隆起的控制均有相当的难度。

  图为天津西站二期项目基坑，总面积为39000平方米，基坑周长达855米。

④施工场地越来越紧凑      

  市区大规模的改造与开发，其中不少以土地出让形式吸引外资、内资开发，为充分利用土地资源，常要求建筑物地下室做足红线。

场地可用空间狭小大大的增加了施工难度，这必须通过有效的资源整合才能顺利实现。

  图为宁波春江花城二期项目基坑全景，地下室距离外墙用地红线仅3.5米。

2、深基坑工程安全质量问题    

  深基坑工程安全质量问题类型很多，成因也较为复杂。

在水土压力作用下，支护结构可能发生破坏，支护结构型式不同，破坏形式也有差异。

渗流可能引起流土、流砂、突涌，造成破坏。

围护结构变形过大及地下水流失，引起周围建筑物及地下管线破坏也属基坑工程事故。

粗略地划分，深基坑工程事故形式可分为以下三类：

2.1、基坑周边环境破坏

  在深基坑工程施工过程中,会对周围土体有不同程度的扰动，一个重要影响表现为引起周围地表不均匀下沉，从而影响周围建筑、构筑物及地下管线的正常使用，严重的造成工程事故。

引起周围地表沉降的因素大体有：

基坑墙体变位；基坑回弹、隆起；井点降水引起的地层固结；抽水造成砂土损失、管涌流砂等。

   因此如何预测和减小施工引起的地面沉降已成为深基坑工程界亟需解决的难点问题。

2.2、深基坑支护体系破坏，包括以下4个方面的内容：

 ①基坑围护体系折断事故    

  主要是由于施工抢进度，超量挖土，支撑架设跟不上，是围护体系缺少大量设计上必须的支撑，或者由于施工单位不按图施工，抱侥幸心理，少加支撑，致使围护体系应力过大而折断或支撑轴力过大而破坏或产生大变形。

下图为2008年苏州某深基坑事故。

  图为2008年杭州地铁深基坑施工中地下连续墙折断破坏

  2011年杭州某深基坑围护桩折断事故

②基坑围护体整体失稳事故

    深基坑开挖后，土体沿围护墙体下形成的圆弧滑面或软弱夹层发生整体滑动失稳的破坏。

下图为某深基坑围护整体失稳破坏事故。

③基坑围护踢脚破坏

   由于深基坑围护墙体插入基坑底部深度较小，同时由于底部土体强度较低，从而发生围护墙底向基坑内发生较大的“踢脚”变形，同时引起坑内土体隆起。

下图为某深基坑发生“踢脚”破坏。

④坑内滑坡导致基坑内撑失稳

       在火车站、地铁车站等长条形深基坑内区放坡挖土时，由于放坡较陡、降雨或其他原因引起的滑坡可能冲毁基坑内先期施工的支撑及立柱，导致基坑破坏。

下侧两图为2009年杭州地铁1号线凤起路站坑内土体滑坡引起的支撑体系破坏。

2.3、土体渗透破坏，包括以下3个方面内容：

①基坑壁流土破坏

   在饱和含水地层（特别是有砂层、粉砂层或者其他的夹层等透水性较好的地层），由于围护墙的止水效果不好或止水结构失效，致使大量的水夹带砂粒涌入基坑，严重的水土流失会造成地面塌陷。

下图为某深基坑止水帷幕渗漏、桩间流土事故。

②基坑底突涌破坏

     由于对承压水的降水不当，在隔水层中开挖基坑时，当基底以下承压含水层的水头压力冲破基坑底部土层，将导致坑底突涌破坏。

下图为上海某深基坑坑底内发生承压水突涌。

③基坑底管涌破坏

    在砂层或粉砂底层中开挖基坑时，在不打井点或井点失效后，会产生冒水翻砂（即管涌），严重时会导致基坑失稳。

下图为湖南浯溪水电站二期深基坑出现管涌。

   以上深基坑工程安全质量问题，只是从某一种形式上表现了基坑破坏，实际上深基坑工程事故发生的原因往往是多方面的，具有复杂性，深基坑工程事故的表现形式往往具有多样性。

3、深基坑工程实例——广州海珠城广场基坑坍塌

3.1、工程概况：

  海珠城广场基坑周长约340米，原设计地下室4层，基坑开挖深度为17米。

该基坑东侧为江南大道，江南大道下为广州地铁二号线，二号线隧道结构边缘与本基坑东侧支护结构距离为5.7米；基坑西侧、北侧邻近河涌，北面河涌范围为22米宽的渠箱；基坑南侧东部距离海员宾馆20米，海员宾馆楼高7层，采用φ340锤击灌注桩基础；基坑南侧两部距离隔山一号楼20米，楼高7层，基础也采用φ340锤击灌注桩。

  该工程地质情况从上至下依次为：

填土层，厚0.7~3.6米；淤泥质土层，层厚0.5~2.9米；细砂层，个别孔揭露，层厚0.5~1.3米；强风化泥岩，顶面埋深为2.8~5.7米，层厚0.3米；中风化泥岩，埋深3.6~7.2米，层厚1.5~16.7米；微风化岩，埋深6.0~20.2米，层厚1.8~12.84米。

  由于本工程岩层埋深较浅，因此，原设计支护方案如下：

  基坑东侧、基坑南侧偏东34米、北侧偏东30米范围内，上部5.2米采用喷锚支护方案，下部采用挖孔桩结合钢管内支撑的方案，挖孔桩底标高为▽—20.0米。

   基坑西侧上部采用挖孔桩结合预应力锚索方案，下部采用喷锚支护方案。

  基坑南侧、北侧的剩余部分，采用喷锚支护方案。

后由于±0.00标高调整，后实际基坑开挖深度调整为15.3米。

  本基坑在2002年10月31日开始施工，至2003年7月施工至设计深度15.3米，后由于上部结构重新调整，地下室从原设计4层改为5层，地下室开挖深度从原设计的15.3米增至19.6米。

由于地下室周边地梁高为0.7米。

因此，实际基坑开挖深度为20.3米，比原设计挖孔桩桩底深0.3米。

  新的基坑设计方案确定后，2004年11月重新开始从地下4层基坑底往地下5层施工，至2005年7月21日上午，基坑南侧东部桩加钢支撑部分最大位移约为100px，其中从7月20日至7月21日一天增大45px，基坑南侧中部喷锚支护部分，最大位移约为375px。

3.2、事故过程     

  2005年7月21日12时左右,在广州海珠区江南大道南珠城海广场深基坑发生滑坡，导致三人死亡，4人受伤，地铁二号线停运近一天，7层的海员宾馆倒塌，多加商铺失火被焚，一栋7层居民楼受损，三栋居民被迫转移。

下面是一些事故照片。

3.3、事故原因 

（1）本基坑原设计深度只有16.2米，而实际开挖深度为20.3米，超深4.1米，造成原支护桩成为吊脚桩，尽管后来设计有所变更,但对已施工的围护桩和锚索等构件已无法调整，成为隐患。

（2）从地质勘察资料反应和实际开挖揭露，南边地层向坑内倾斜，并存在软弱透水夹层，随着开挖深度增大，导致深部滑动。

  （3）本基坑施工时间长达2年9个月，基坑暴露时间大大超过临时支护为一年的时间，导致开挖地层的软化渗透水和已施工构件的锈蚀和锚索预应力的损失，强度降低，甚至失效。

  （4）事故发生前在南边坑顶因施工而造成东段严重超载，成为了基坑滑坡的导火线。

  （5）从施工纪要和现场监测结果分析，在基坑滑坡前已有明显预兆，但没有引起应有的重视，更没有采取针对性的措施，也是导致事故的原因之一。

   事故调查结果与处理结果与2005年9月20日在广州日报公布：

对7个建设责任主体及其20名责任人给予行政处罚或处分，其中7名主要负责人因涉嫌触犯刑法被司法机关依法逮捕;对事故发生负有监管责任的14名行政人员给予降级或降级以下的行政处分和责令作出深刻检讨，并责成相关单位对市政府作出书面检查。

3.4、在以后深基坑工程中，我们还应注意以下施工安全控制要点：

（1）设计、施工安全性报告控制：

初步设计阶段施工单位应制定深基坑设计、施工安全性报告。

安全性报告应通过专家评审。

（2）支护结构和土体加固工程施工安全质量控制：

地下连续墙、SMW工法、钢或混凝土支撑等基坑支护结构和土体加固施工中涉及安全性能的重要工序的施工质量应满足法规标准和设计要求。

（3）安全管理人员监管：

作业时，施工单位专职安全生产管理人员应在现场进行管理。

（4）基坑临边防护：

基坑四周、操作平台等临边处应设置防护栏杆，应牢固可靠。

（5）立体交叉作业控制：

当应用土代模浇筑混凝土支撑，支撑下的土方开挖后，施工单位应及时清除支撑下粘结的土石。

上下层立体交叉作业时，应设置隔离设施。

（6）施工进度控制：

施工单位报送的进度计划应满足基坑安全性要求。

通过该事故，可得出以下深基坑事故防范经验：

（1）对深基坑工程特点应有深刻的认识，基坑工程时空效应强，环境效应明显，挖土顺序、挖土速度和支撑速度对基坑围护体系受力和稳定性具有很大影响。

   施工应严格按经审查的施工组织设计进行。

应及时安装支撑（钢支撑），及时分段分块浇筑垫层和底板，严禁超挖。

深基坑围护结构设计应方便施工，深基坑工程施工应有合理工期。

（2）基坑工程不确定因素多，应实施信息化施工。

   监测点设置应符合规范和设计要求。

监测单位应认识科学测试，及时如实报告各项监测数据。

项目各方要重视基坑的监测工作，通过监测施工过程中的土体位移、围护结构内力等指标的变化，及时发现隐患，采取相应的补救措施，确保基坑安全。

  （3）有多道内支撑的基坑围护体系应加强支撑体系整体稳定性。

  考虑到基坑工程施工中，第一道支撑可能产生拉应力，建议第一道支撑采用钢筋混凝土支撑。

  对钢支撑体系应改进钢支撑节点连接型式，加强节点构造措施，确保连接节点满足强度及刚度要求。

施工过程中应合理施加钢管支撑预应力。

  应明确钢支撑的质量检查及安装验收要求，加强对检查和验收工作的监督管理。

（4）岩土工程稳定分析中，要合理选用分析方法。

  抗剪强度指标的选用，与其测定方法、安全系数的确定要协调一致。

在土工参数选用时应综合判断，并结合地区工程经验，合理选用。

   作为施工方，在有条件的情况下应对设计进行适当的验算，在此基础上提出合理化建议，优化施工组织设计，确保深基坑的安全和实现效益最大化。

（5）施工中应加强基坑工程风险管理，建立基坑工程风险管理制度，落实风险管理责任。

   每个环节都要重视工程风险管理，要加强技术培训、安全教育和考核，严格执行基坑工程风险管理制度，确保基坑工程安全。