淤泥质土层深基坑坍塌后处理措施及防范建议-...地震纪念馆建筑方案,是从2010年初上海同济大学设计-震撼人心的...
徐云昌 沈昌明
摘要：湖州位于浙江北部，太湖南岸，东苕溪和西东苕溪汇合处，环境优美。但是杭嘉湖平原下面的淤泥质土层深厚，对建造高楼大厦特别是地下室施工十分不利，深基坑施工过程中，经常出现险情，近年来，多次出现基坑质量安全事故，基坑围护结构局部失效、土方坍塌，影响了工程的正常施工。本文通过一个事故案例进行剖析，详细的调查、科学的分析，然后采取有效的技术措施，合理部署，排除险情，恢复正常。
关键词：深基坑；支护；淤泥质土层；塌方；措施
1.概况说明
湖州某购物中心工程项目位于浙江省湖州市36-2地块（港南路与外庄路交叉口），总建筑面积61963平方米，其中地上面积21838平方米，地下面积40125平方米。其中，购物中心地上四层，地下二层，建筑最大高度24m。与购物中心相邻是36-3地块（外庄公园）地下兼顾人防建筑面积8977平方米，地下一层，二个地下室相连，基坑围护是由浙江省建筑设计研究院设计，核工业湖州工程勘察院勘察，中建某局施工。
1.1围护概况
2.事故发生情况经过：
2.1在2014年12月16日，36-2地块已完成地下室结构梁板施工，36-3地块西侧区域土方已开挖，西南角局部垫层已封闭的情况下，在36-3地块的支护结构的对撑西边跨中部出现斜截面断裂。具体详见下图：
2.2两小时后36-3西北角边坡出现滑移，西北角支撑梁断裂下沉，围护桩受土体挤压向基坑内偏移，北部基坑内侧土体大量上涌，基坑北侧局部土体下沉造成坍塌。
2.3塌方发生后，通过监测数据，南侧基坑边深层土体位移急速加大，格构柱桩底部内基坑内侧偏移，造成支撑拉应力增幅明显，支撑梁上的应力计反映梁钢筋压应力没有达到报警值，反而变小。
3.事件原因分析：
根据后期地质补勘报告，以及查对原始地形图、包括进行卫星资料查验，坍塌处位置原是个水塘，原勘探地质报告此处勘察点缺失，淤泥土层厚度深，流塑性强，土体的抗剪强度c值低，内摩擦角φ小。其中还有含水量高于55%的腐植土，流动性快，基坑内土方开挖后基底土体迅速隆起，导致基坑内围护支撑的立柱桩倾斜上浮，从而引起支撑梁内力变化较大，支撑梁出现斜截面断裂，支撑梁断裂支护结破坏，最终导致土体滑移坍塌。
4.事故应急处理方式：
根据对事故原因初步分析，为防止基坑二次塌方，召开由建设五方主体和监测单位的事故分析会议，并邀请当地基坑围护设计施工方面的专家，商讨处理方案。工程重点在于控制基坑淤泥质土体位移。采取以下措施。
4.1组织措施：
1）立即联系政府有关部门，对港南路靠近工地的机动车道实行限止大型车辆通行。
2）增加36—3地块基坑监测频率至每天9：00、18：00、24：00每天三次，第一时间掌控基坑情况，根据数据变化情况及时调整施工侧重点；
3）24小时进行基坑巡视，根据基坑监测数据，重点观察基坑外土体位移及有效支撑梁开裂情况；
4.2基坑底施工措施：
1）塌方后南侧基坑监测数据表明，土体位移激增，对此区域进行沙土装袋反压，待检测数据稳定后，立即撤除部分反压沙袋，并增设砼围檩梁、支撑柱及钢斜撑，钢斜撑两端与增设的围檩梁内预埋件及预埋入垫层的工字钢焊接。待围檩梁达到强度后，撤除全部反压沙袋立即完成该区域底板施工。
2）现靠围护桩边一跨采用300mm混凝土加筋垫层快速封闭达到避免基坑内土体继续滑移上浮的现象。
3）在原后浇带设计基础上增设施工缝，分块施工，从而底板快速成型。原36—3地块分4次浇筑，现根据现场施工，分为24次浇筑，为确保基坑稳定，最小浇筑面积仅为10m2，需在一日时间内完成土方、加筋垫层、底板钢筋及混凝土施工。
4.3基坑侧边施工措施
1）地下室外墙浇筑至底板上2m，并对外墙采用增厚处理，填充外墙与围护桩间空间，及时将围护桩剪力通过外墙、底板传递，保证基坑稳定.
2）在八字撑位置增设钢筋混凝土斜梁，受力最为薄弱的八字撑荷载有效传递至底板。
3）对出土口进行卸载，减少围护桩剪力；
4.4对水平支撑施工措施
1）因对撑主梁已部分破坏，荷载重新分布，根据分析，在受力集中荷载位置增设水平双拼工字钢支撑的方式，确保对撑有效传力。
2）对已破坏的北侧对撑位置悬挑段，将已破坏压顶梁凿除后二次施工，并增加水平斜支撑，保证将偏移的围护桩承受荷载有效传递至支撑梁。
3）支撑断裂后南侧支撑体系出现报警，立即对南侧增加水平钢支撑传力型钢，确保对撑有效传力，达到释放应力的效果。如上图。
4.5对塌方位置施工措施
1）在塌方区外侧设置拉森钢板桩挡土墙，确保基坑稳定。
2）在拉森钢板桩内侧增设高压旋喷桩，施工止水帷幕及被动土体加固。如下图：
3）待监测数据稳定，拉森钢板桩及高压旋喷桩施工完成后，土方立即开挖，施工剩余塌方区底板，将36-3地块底板形成整体、塌方区险情彻底排除。
5.总结
此工程在土体塌方位移后，对基坑围护结构重新分析计算，业主、监理单位和基坑围护设计单位与施工单位通过积极有效地配合，合理的施工部署，及时排除了险情。36-3地块在较短的时间内完成了钢筋混凝土底板、墙板的结构施工，由于处理得当，没有出现人员的伤亡现象。虽36-3地块施工滞后，但通过各方不懈的努力，未对整体进度造成较大影响，工期仍处于可控范围。
通过上述事例，可以看到在土体含水率高且淤泥质土层较厚的基坑施工时，容易受到外部因素（如连续降雨）的干扰。面对此类情况，特别关注下列几个方面：
1）地质勘察单位须加强勘察的准确性和全面性，通过结合地质历史变迁情况、增设取样点位，尽量确保基坑围护位置的土性指标与实际相符；由于基坑围护设计采用的勘察点位置因大多是在建筑物的外围，其土层物理力学指标的取值，应根据基坑位置的特殊性进行认真判别，可能参考周边已经施工的成功的基坑支护工程进行折减或调整取值，设计使用计算软件应符合当地的土层特性，在浙北软弱土层中，可以用北京理正软件，并用同济大学的启明星软件相互复核。
2）施工过程中加强基坑监测，本工程中，由于监测单位经验不足，轴力计放在梁上的钢筋位置不当，当支撑梁出现平面外的变形，局部受压区的压力值出现了先升后降的反常情况时，应进行分析判断，对混凝土梁的破坏形式、轴力如何进行计算分析相当重要，本工程中一直到支撑梁破坏，压力值都没有达到设计的报警值，主要对应力变化的概念不清。基坑监测时，应严格执行GB50497-2009《建筑基坑工程监测技术规范》要求，单独编制专项监测方案，重点对支撑梁的轴力测量计的安装位置进行检查，加强计算分析。
3）基坑内外降排水处理，尽量避免受天气原因，基坑放坡面要设置排水沟，防止雨水进入基坑。止水帷幕效果好，但要考虑雨水渗透地表后，造成外围的水位增高，水头压力增加，会影响基坑稳定性。
4）出现基坑局部坍塌后，充分利用尚未破坏的支护体系，通过加强构造措施，如对受力薄弱环节进行加固等措施，避免基坑围护结构局部失效后造成应力集中，从而避免基坑坍塌范围的进一步扩大。
5）发生塌方事故，应立即分析找到事故主要原因，使用科学的手段和有效措施，防止其继续发展的趋势，可通过增加临时挡土墙，尽早形成底板传力体系等方式消除险情。
6）基坑围护设计施工过程中，一定认真编制安全施工专项方案，要有具体的应急预案，在出现险情时，就能从容应对。当然能在确保安全的前提下，尽量节约围护的成本，是建设项目各方主体共同的职责，可以通过事前控制，事中及时优化调整，化解险情。
