深基坑工程事故案例分析

深基坑工程事故案例分析深基坑工程事故案例分析深基坑工程事故案例分析一、深基坑的概念及特點二、深基坑工程事故類型及處理措施三、土方開挖階段事故預防四、深基坑工程事故預防及處理五、深基坑工程事故案例分析1一、深基坑的概念及特點二、深基坑工程事故類型及處理措施三、土方開挖階段事故預防四、深基坑工程事故預防及處理五、深基坑工程事故案例分析五、深基坑工程事故案例分析1.1事故調(diào)查結(jié)果公布

2008年11月15日下午3時15分，正在施工的杭州地鐵湘湖站北2基坑現(xiàn)場發(fā)生大面積坍塌事故，造成21人死亡，24人受傷(截止2009年9月已先后出院)，直接經(jīng)濟損失4961萬元。

其直接原因是施工單位違規(guī)施工、冒險作業(yè)、基坑嚴重超挖；支撐體系存在嚴重缺陷且鋼管支撐架設不及時；墊層未及時澆筑。監(jiān)測單位施工監(jiān)測失效，施工單位沒有采取有效補救措施。

1、杭州地鐵深基坑事故概況杭州地鐵事故基坑，長107.8m，寬21m，開挖深度15.7～16.3m。設計采用800mm厚地下連續(xù)墻結(jié)合四道（端頭井范圍局部五道）Φ609鋼管支撐的圍護方案。地下連續(xù)墻深度分別為31.5m～34.5m。基坑西側(cè)緊臨大道，交通繁忙，重載車輛多，道路下有較多市政管線(包括上下水、污水、雨水、煤氣、電力、電信等)穿過，東側(cè)有一河道，基坑平面圖如下圖所示。1.2工程概況根據(jù)勘察，北2基坑西側(cè)坍塌區(qū)為深厚的淤泥質(zhì)土層，平均厚度32m，最大厚度35m，天然含水率近50%，呈流塑-軟塑狀，土體力學性質(zhì)差。地下潛水位為0.5m，無承壓水。

土層序號土層名稱層厚(m)含水率濕密度土粒比重天然孔隙比液限塑限塑性指數(shù)液性指數(shù)W(%)ρ(g/cm3)Gseωl(%)ωp(%)IPIL②2粘質(zhì)粉土430.51.902.700.85④2淤泥質(zhì)粘土1648.61.712.741.3741.822.319.51.35⑥1淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土1745.21.722.731.3037.521.516.01.48⑧2粉質(zhì)粘土夾粉砂>933.01.832.720.9433.520.113.40.96各土層的物理指標土層固結(jié)快剪值三軸CU值cφCcuΦcu②2粘質(zhì)粉土3.928.83.928.8④2淤泥質(zhì)粘土13.510.612.313.2⑥1淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土1314.51313.8⑧2粉質(zhì)粘土夾粉砂12.216.819.421.3各土層的力學指標基坑土方開挖共分為6個施工段，總體由北向南組織施工至事故發(fā)生前，第1施工段完成底板混凝土施工，第2施工段完成底板墊層混凝土施工，第3施工段完成土方開挖及全部鋼支撐施工，第4施工段完成土方開挖及3道鋼支撐施工、開始安裝第4道鋼支撐，第5、6施工段已完成3道鋼支撐施工、正開挖至基底的第5層土方同時，第1施工段木工、鋼筋工正在作業(yè);第3施工段雜工進行基坑基底清理，技術(shù)人員安裝接地銅條;第4施工段正在安裝支撐、施加預應力，第5、6施工段坑內(nèi)2臺挖機正在進行第5層土方開挖。1.3

事故概況首先西側(cè)中部地下連續(xù)墻橫向斷裂并倒塌，倒塌長度約75m，墻體橫向斷裂處最大位移約7.5m，東側(cè)地下連續(xù)墻也產(chǎn)生嚴重位移，最大位移約3.5m。由于大量淤泥涌入坑內(nèi)，風情大道隨后出現(xiàn)塌陷，最大深度約6.5m。地面塌陷導致地下污水等管道破裂、河水倒灌造成基坑和地面塌陷處進水，基坑內(nèi)最大水深約9m。下圖所示為一組事故現(xiàn)場照片。根據(jù)勘查結(jié)果對基坑土體破壞滑動面及地下連續(xù)墻破壞模式進行了分析，并繪制相應的基坑破壞時調(diào)查平面圖與施工工況圖以及基坑土體滑動面與地下連續(xù)墻破壞形態(tài)斷面圖。2.1破壞模式分析2、杭州地鐵深基坑事故的原因分析據(jù)靠近西側(cè)地下連續(xù)墻靜力觸探試驗表明，在絕對標高-8m～-10m處(近基坑底部)，qc值為0.20MPa（qc僅為原狀土的30％左右），土體受到嚴重擾動，接近于重塑土強度，證明土體產(chǎn)生側(cè)向流變，存在明顯的滑動面。西側(cè)地下連續(xù)墻墻底（相應標高-27.0左右），C1孔靜探qc值約為0.6MPa（qc為原狀土的70％左右），土體有較大的擾動，但沒有產(chǎn)生明顯的側(cè)向流變，主要是地下連續(xù)墻底部產(chǎn)生過大位移而所致。杭州地鐵破壞模式示意圖2.2

勘察問題由于勘察工作量不足，加上勘察人員對土性的認識的不足，造成基坑工程勘察資料不詳細或土的物理力學指標取值偏高，使設計計算失誤引起的事故。如杭州地鐵工程在勘察方面主要有以下一些問題：不符合規(guī)范要求1）基坑采取原狀土樣及相應主要力學試驗指標較少，不能完全反映基坑土性的真實情況。2）勘察單位未考慮薄壁取土器對基坑設計參數(shù)的影響，以及未根據(jù)當?shù)剀浲撂攸c綜合判斷選用推薦土體力學參數(shù)。3）勘察報告推薦的直剪固結(jié)快剪指標c、Φ值采用。平均值，未按規(guī)范要求采用標準值，指標偏高。4）勘察報告提供的④2層的比例系數(shù)m值（m=2500kN/m4)與類似工程經(jīng)驗值差異顯著。

提供的土體力學參數(shù)互相矛盾，不符合土力學基本理論。1）推薦用于設計的主要地層土的三軸CU、UU試驗指標、無側(cè)限抗壓強度指標與驗證值、類似工程經(jīng)驗值差異顯著。試驗原始記錄已遺失，無法判斷其數(shù)據(jù)的真實性。

2.3

設計問題

由于基坑設計涉及到多種學科，如土力學、基礎工程、結(jié)構(gòu)力學和原位測試技術(shù)等，需要對場地周圍環(huán)境、施工條件、工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件詳細了解和掌握，是一門系統(tǒng)科學，具有復雜性。所以目前基坑支護的設計方案與措施大多數(shù)是偏于保守的，即便如此，如果設計的人員經(jīng)驗不足，考慮不周，也易引起相應的事故。對522例基坑事故統(tǒng)計也說明基坑設計的不足，是引發(fā)事故的重要原因。杭州地鐵工程在設計方面主要有以下一些問題：計算參數(shù)的選擇

1）設計單位未能根據(jù)當?shù)剀浲撂攸c綜合判斷、合理選用基坑圍護設計參數(shù)，力學參數(shù)選用偏高降低了基坑圍護結(jié)構(gòu)體系的安全儲備。

2）設計中考慮地面超載20kPa較小?；游鱾?cè)為一大道，對汽車動荷載考慮不足。根據(jù)實際情況，重載土方車及混凝土泵車對地面超載宜取30kPa，與設計方案20kPa相比，挖土至坑底時第三道支撐的軸力、地下連續(xù)墻的最大彎矩及剪力均增加約4%~5%，也降低了一定的安全儲備?？紤]不周，經(jīng)驗欠缺

1）設計圖紙中未提供鋼管支撐與地下連續(xù)墻的連接節(jié)點詳圖及鋼管節(jié)點連接大樣，也沒有提出相應的施工安裝技術(shù)要求。沒有提出對鋼管支撐與地連墻預埋件焊接要求。

2）從地質(zhì)剖面和地下連續(xù)墻分布圖中可以看出，對于本工程事故誘發(fā)段的地下連續(xù)墻插入深度略顯不足，對于本工程，應考慮墻底的落底問題。

3）設計提出的監(jiān)測內(nèi)容相對于規(guī)范少了3項必測內(nèi)容。2.4施工問題

基坑土方超挖以及支撐施加不及時，支撐體系存在薄弱環(huán)節(jié)，基坑邊超載過大等均容易引起基坑失穩(wěn)。由于在以上因素的作用下，會引起基坑圍護結(jié)構(gòu)變形較大，容易導致支撐破壞或地下水管破裂，進而引發(fā)事故的發(fā)生。如杭州地鐵工程在施工方面主要有以下一些問題。（1）土方超挖土方開挖未按照設計工況進行，存在嚴重超挖現(xiàn)象。特別是最后兩層土方（第四層、第五層）同時開挖，垂直方向超挖約3m，開挖到基底后水平方向多達26m范圍未架設第四道鋼支撐，第三和第四施工段開挖土方到基底后約有43m未澆筑混凝土墊層。土方超挖導致地下連續(xù)墻側(cè)向變形、墻身彎矩和支撐軸力增大計算土層參數(shù)情況類型最大變形（mm）第一道支撐力（kN）第二道支撐力（kN）第三道支撐力（kN）第四道支撐力（kN）最大負彎矩（kN-m/m）最大正彎矩（kN-m/m）最大剪力(kN/m)抗傾覆坑底隆起墻底承載力固結(jié)快剪值不超挖25.4120.5628.9743.3703.7-803.61186.4596.31.481.832.33超挖34120.5563.71064.3(1.43)-978.41750.9(1.48)820.7(1.38)1.391.692.33

與設計工況相比，如第三道支撐施加完成后，在沒有設置第四道支撐的情況下，直接挖土至坑底，第三道支撐的軸力增長約43%，作用在圍護體上的最大彎矩增加約48%，最大剪力增加約38%；超過截面抗彎承載力設計值1463kN?m/m。支撐體系問題1）現(xiàn)場鋼支撐活絡頭節(jié)點承載力明顯低于鋼管承載力鋼支撐體系均采用鋼管結(jié)合雙拼槽鋼可伸縮節(jié)點，施加預應力后鋼楔塞緊傳遞荷載但該節(jié)點的設計、制作加工、檢測、驗收、安裝施工等均無標準可依，處于無序狀態(tài)現(xiàn)場取樣試驗結(jié)果表明，正常施工狀態(tài)下該節(jié)點的承載力為3000kN，明顯低于上述鋼管的承載力計算值5479kN。如果在未設置第4道支撐的情況下直接挖土至坑底，第3道鋼管支撐的最大軸力均超過鋼管支撐軸心受壓承載力設計值3000kN如果進一步考慮活絡頭偏心、鋼楔沒塞滿活絡頭間隙等節(jié)點薄弱因素，實際作用于第3道支撐的軸力與鋼管節(jié)點的承載能力之間的差距將更大?，F(xiàn)場鋼支撐體系的破壞狀態(tài)表明：大部分破壞均為該節(jié)點破壞，充分說明該伸縮節(jié)點不滿足與鋼管等強度、等剛度的連接要求。2）鋼管支撐與工字鋼系梁的連接不滿足設計要求設計要求鋼管支撐在系梁擱置處，需采用槽鋼有效固定，實際情況部分采用鋼筋（有的已脫開）固定、部分沒任何固定措施，這使得鋼管計算長度大大增加，鋼管彎曲現(xiàn)象不同程度存在，最大彎曲值達11.76cm，由于偏心受壓降低了鋼管支撐的承載力。兩端鉸支、中間無支點鋼管抗壓強度設計值鋼材型號連接方式穩(wěn)定系數(shù)φφfA(kN)Q235軋制0.6334057焊接0.5533541兩端鉸支、中間有一支點鋼管抗壓強度設計值鋼材型號連接方式穩(wěn)定系數(shù)φφfA(kN)Q235軋制0.9155865焊接0.8555479

從以上計算可以看出，在本工程中，21.05m無支點的鋼管相對中間有一支點的鋼管的抗壓強度設計值減小了約1/3，相差較大。設計要求系梁垂直方向每隔三跨設一道剪刀撐，邊跨應設置，實際情況未設，降低了支撐體系的總體穩(wěn)定性。3）鋼立柱之間也未按設計要求設置剪刀撐

鋼支撐安裝位置相對設計位置偏差較大，最大達83.6cm,平均為20.6cm；相鄰鋼管間距與設計間距偏差最大達65.0cm。安裝偏差導致支撐鋼管受力不均勻和產(chǎn)生了附加彎矩。4）部分鋼支撐的安裝位置與設計要求差異較大5）鋼支撐與地下連續(xù)墻預埋件未進行有效連接鋼管支撐與地連墻預埋件沒有焊接，直接擱置在鋼牛腿上，沒有效連接易使支撐鋼管在偶發(fā)沖擊荷載或地下連續(xù)墻異常變形情況下喪失支撐功能。2.5

監(jiān)測問題基坑工程不確定性因素多，應實施信息化施工，監(jiān)測是基坑信息化施工中必不可少的手段，對基坑工程，監(jiān)測單位應科學、認真測試，及時、如實報告土體位移、地面沉降、支撐軸力等測試成果。對于杭州地鐵工程在施工方面主要有以下一些問題：電腦中的原始數(shù)據(jù)被人為刪除，通過對監(jiān)測人員使用的電腦進行的數(shù)據(jù)恢復，發(fā)現(xiàn)以下3個問題。（1）2008年10月9日開始有路面沉降監(jiān)測點11個，至11月15日發(fā)生事故前最大沉降316mm，監(jiān)測報表沒有相應的記錄。（2）11月1日49號（北端頭井東側(cè)地連墻）測斜管18m深處最大位移達43.7mm，與監(jiān)測報表不符。（3）2008年11月13日CX45號測斜管最大變形數(shù)據(jù)達65mm，超過報警值(40mm)，與監(jiān)測報表不符。通過以上可以發(fā)現(xiàn)，電腦中的數(shù)據(jù)與報表中的數(shù)據(jù)不一致，實際變形已超設計報警值而未報警，可以認為監(jiān)測方有偽造數(shù)據(jù)或?qū)?nèi)對外兩套數(shù)據(jù)的可能性。（1）提供的監(jiān)測報表中數(shù)據(jù)存在偽造現(xiàn)象，隱瞞報警數(shù)值，喪失了最佳搶險時機。（2）監(jiān)測方案中的監(jiān)測內(nèi)容和監(jiān)測點數(shù)量均不滿足規(guī)范要求。監(jiān)測項目規(guī)范要求設計方案施工監(jiān)測方案實際監(jiān)測內(nèi)容周圍建筑物沉降和傾斜(地表沉降)√√√√（地表沉降）周圍地下管線的位移√×××土體側(cè)向變形√×××墻頂水平位移√√√√墻頂沉降√√√√支撐軸力√√√√地下水位√√√√立柱沉降√×××孔隙水壓力△×××墻體變形△√√√墻體土壓力△