某工程基坑事故分析
2009-09-28
一、前言
基坑围护施工在上海地区已经开展多年，出于各种各样的因素每年都会发生一些事故，小者产生一些经济损失，大者会产生极恶劣的社会影响甚至人身伤害事故。本工程虽然属于小规模的基坑，但由于开挖深度深、土层地质情况复杂，而施工单位又极不重视报着一种侥幸心理，未进行认真地设计匆忙施工，最终产生事故造成重大的经济损失。
二、工程概况
本次基坑围护施工的内容是工厂内一小型的机械设备基础，基坑面积仅6.0×6.0m2，但基坑的开挖深度达到8.4m深，且整个设备基础基坑在厂房内施工。厂房建筑为已建单层钢筋混凝土排架结构，层高为10m，基础为天然地基独立基础。基坑边缘距离最近的两个排架柱边为6.m左右，排架基础为5.2m×5.2m的矩形独立基础，基础埋深为室内地坪以下1.5m,基坑边缘距离厂房排架柱基础边的距离仅3m左右。因此该基坑虽小，但在开挖过程中的位移影响将涉及到整个厂房的使用和安全。
该工程地处上海东北区域黄浦江沿岸，距离江边100米以内。场地土层物理力学性质见下表:
土层物理力学性质表
土层编号
土层名称
层厚(m)
层底深度
(m)
容重r0
kN/m3
内聚力C
（kPa）
内摩擦角
φ
①1
填土
1.0
1.0
18
①2
灰色冲填土
1.6
2.6
16.2
10
10.3
②1
褐黄色粉质粘土
1.2
3.8
19.0
14
26
②2
灰色砂质粉土
8.7
12.5
18.6
8
33
③
淤泥质粉质粘土
2.0
14.5
17.7
11
17
④
灰色淤泥质粘土
6.5
21
17.4
10
11
地质报告中液化判别表明，该场地浅层②2层灰色砂质粉土严重液化，尤其是深度10m处液化指数IL=27.48,静力触探Ps值出现峰值。
由于地质报告是91年进行勘探数据，未做注水试验，根据黄浦江沿岸的工程经验，估计②1层褐黄色粉质粘土和③层淤泥质粉质粘土的水平渗透系数为10-5~10-6之间，而②2层灰色砂质粉土的水平渗透系数可能会达到为10-4数量级。
三、围护方式及事故产生原因
由于本工程基坑面积小，业主未请专业设计单位对基坑的开挖做专项设计，施工单位也未认真地进行施工组织设计。
1．围护形式简介
基坑的开挖深度为8.4m，围护施工的基本形式为钢板桩挡土、压密注浆隔水，支撑采用两道钢围檩+十字型钢支撑。
鉴于在厂房内施工，厂房层高仅为10m，钢板桩的长度和机具设备均受到层高的限制。因此施工中先放坡挖土2.5m后落坑打钢板桩，钢板桩为拉森Ⅳ,长度为9m。插入深度为坑底以下仅3.1m。
隔水压密注浆仅一道，在施工过程中发现由于第②2层灰色砂质粉土砂性相当重，渗透系数大，注浆深度达到10m左右时无法控制，因此实际注浆深度仅为坑底以下2.0m。此外由于基坑面积较小，坑底进行了压密注浆满堂加固，但是同样由于土层的原因，加固深度也仅为坑底以下2m。
2．基坑事故情况
围护施工结束后不到一周，施工单位就开始挖土施工。由于基坑面积小，土方少，挖土施工进行得非常迅速。尽管在向下开挖的过程中早已发现从钢板桩的缝隙内不断地有地下水渗出，但施工单位仍然抱着侥幸心理直挖到底；在基坑挖至基本到底后，坑底出现大量管涌、流砂现象，垫层一经铺设即刻被冲掉，根本无法进行垫层和底板施工。更为严重的是基坑边的两根厂房排架柱出现了严重的沉降，两天不到沉降值就达到了5cm，并且有持续增加的趋势。此时设备基础的施工实际已无法施工，而对主体结构厂房基础的影响日趋严重，为避免事故的扩大化，只得立即将整个基坑迅速回填。至此整个基坑的围护结构最终报废。
3．事故原因分析
（1）作为围护结构主体的钢板桩的插入深度仅3m，远小于1:1的开挖深度。由于施工高度的限制，而基坑的开挖深度有8.4m之深，钢板桩的长度不足，悬臂桩的插入深度远远不够。因此利用钢板桩挡土的选择本身就是个失误。本工程围护桩没有进行测斜监测，由于上部两道支撑的作用且由于基坑面积小，支撑的横向刚度作用大，事故后又及时回填，开挖过程中基坑不至于坍塌，但坑边土向内侧位移必定是坑边基础沉降的影响因素之一。
（2）拉森钢板桩围护的止水防线有两道，一道是钢板桩搭接止口，另一道为桩后的压密注浆，土性较差的地区采取两道注浆。在本工程中压密注浆和止水钢板桩的深度均只有10m左右的深度，远远未达到隔断透水层的目的，且压密注浆在砂性很重的②2层灰色砂质粉土层中勉强进行施工，浆液早已四处流窜不知所踪。而钢板桩打设过程中，未实施屏风式施工，止口搭接效果难以保证。如此一来，基坑的隔水效果可想而知，引起坑边厂房排架柱基础严重沉降最主要的原因就是基坑涌水。
（3）封底压密注浆如果深度足够、施工质量好是可以起到相当大的作用。但在本工程中封底压密注浆厚度仅2m，不足以抵抗坑底上涌水的压力，造成水压力穿透坑底使垫层和底板施工无法进行。
4．事后处理
基坑回填后，业主请了专业人员进行了咨询，分析了事故原因，协助施工单位重新制定了新的围护施工方案。
在原有钢板桩外围重新施工Φ600@750钻孔灌注桩，桩长为16m。止水采用高压旋喷桩，深度为14m。钢支撑和围檩重新设置两道。施工开挖后效果较好，坑边厂房基坑沉降未再有大的发展。
四、结论
本次基坑事故的发生主要是由于业主和施工单位未引起足够的重视，对这种深小基坑纯粹抱着一种侥幸心理。但事实无情，对于这样的围护结构未出现重大的人身伤害事故已属侥幸。事前未对土层情况做分析，压密注浆止水本身就不适用于砂性土中施工，因此止水帷幕未起作用是基坑管涌、流砂，造成坑边厂房基础沉降的主要原因。该工程虽小，但围护的处理费用达到了理想情况的两倍以上，更为严重的是对已建厂房使用的影响，排架基础对不均匀沉降的影响较为敏感，尤其是厂房内有吊车梁，吊车梁两端的高差将影响到吊车梁的行走，因此事故对厂房结构的影响是相当大的。
事故的教训告诉我们，对于上海地区的深基坑工程无论工程大小都应该从思想上重视起来，专业设计人员应该根据工程的实际情况和场地土质情况合理地确定围护体系。施工单位应该认真地进行施工组织设计，遇到情况立即反馈，以便及时调整。
