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來源：筑龍論壇
某深基坑工程，在施工和開挖過程中不斷出現(xiàn)涌水冒砂，最多一天涌水冒砂約達(dá)2000 m3，周邊地面以及建筑物沉降變形明顯，且大大超過規(guī)范規(guī)定的預(yù)警值。 本文以該基坑的設(shè)計(jì)方案、施工記錄、變形監(jiān)測數(shù)據(jù)為依據(jù)，綜合分析了該深基坑工程變形和事故發(fā)生的原因，并總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，以期為類似深基坑工程提供借鑒。
基坑工程周長約為430 m，占地面積約為9800 m2。場地內(nèi)陸形較平坦，地面標(biāo)高介于1309.85~1313.20 m 之間，平均高程為1311.70 m，場地高差為3.35 m?；娱_挖深度為15.85~16.05 m。1.2 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況場地地層情況見表1。在場地勘探深度范圍內(nèi)，地下水屬潛水型，弱承壓水型孔隙水。主要含水層為第② -1 層粉土、第④層粉砂。初見水位埋深在0.1~3.4 m之間，平均為1.96 m。表1 場地地層情況/m 
基坑?xùn)|面為小區(qū)住宅，有8 棟7 層住宅樓，框架結(jié)構(gòu)，樁基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深為9~14 m，其中有4 棟住宅樓緊鄰用地紅線，距基坑邊線20.5~36.4 m ;基坑北面臨市政主干道，道路距基坑邊線約40 m ;
基坑西北、西南面為2~3 層住宅群;西面為2~4 層住宅群，以磚結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)為主，獨(dú)立基礎(chǔ)、滿堂基礎(chǔ)或毛石基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深為1.5~2.5 m，緊鄰用地紅線;基坑南面為6 棟6 層住宅樓，框架結(jié)構(gòu)，距基坑邊線最近建筑為1 棟4 層磚混結(jié)構(gòu)住宅，距離約為8.3 m，基坑布點(diǎn)如圖1 所示。
基坑安全等級為一級?；颖泵?-1、2-2 剖面為Ф1200 旋挖灌注樁+5 排預(yù)應(yīng)力錨索，樁長為25~26 m，樁間距和錨索橫向間距為1.8 m，錨索豎向間距為3.0~3.2 m。錨索總長為25~19 m，錨固端長為13~15 m。其他部位為2~3 m 的1 ∶ 1 放坡+Ф1000 旋挖灌注樁+4 排預(yù)應(yīng)力錨索，樁長為29~29.5 m，樁間距和錨索橫向間距為1.6 m，錨索豎向間距為3.2 m，錨索總長為25~21 m，錨固端長為16~13 m。1-1、2-2 剖面緊貼支護(hù)樁后設(shè)置一排雙管高壓旋噴樁止水帷幕，旋噴樁直徑為700 mm，樁間距為450 mm，搭接為250 mm。1-1 剖面樁長20.5 m，2-2剖面樁長21.5 m。其他部位在支護(hù)樁后3.0~5.0 m 處設(shè)置一排雙管高壓旋噴樁止水帷幕，并在支護(hù)樁之間布設(shè)兩根壓旋噴樁。高壓旋噴樁長為22~24 m。四周高壓旋噴樁均插入第⑤層全風(fēng)化泥巖，形成整體的全封閉止水帷幕。基坑排水采用坑內(nèi)明排的方式，開挖過程中隨挖隨排，開挖到底后在坑內(nèi)四周設(shè)置16 口直徑、井深均為1 m 的集水井。坑外四周設(shè)置13 口回灌井以備水位下降過大時(shí)進(jìn)行回灌(圖2)。施工過程中，監(jiān)理單位對基坑以及周邊環(huán)境的變形情況進(jìn)行了詳細(xì)巡視和記錄。由于種種原因監(jiān)測單位、監(jiān)測數(shù)據(jù)并不完整，詳細(xì)布點(diǎn)情況和監(jiān)測結(jié)果見表2、3。表2 變形監(jiān)測點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表表3 監(jiān)測預(yù)警值和實(shí)測變形最大值/ mm1-1 剖面周邊建筑物距基坑開口線只有4.6 m，基坑變形對周邊建筑物影響明顯，因此需嚴(yán)格控制基坑變形。該斷面包括11 棟的沉降觀測點(diǎn)Z11-1、Z11-2，13 棟的沉降觀測點(diǎn)Z13-1、Z13-2，坡頂位移及沉降觀測點(diǎn)K3，2 號測斜孔。斷面上各監(jiān)測數(shù)據(jù)可相互印證，以保證所測變形的準(zhǔn)確性。頂位移及沉降觀測點(diǎn)(圖3)，但由于高壓旋噴注漿導(dǎo)致K3 升高，不能代表基坑真實(shí)的垂直變形，因此垂直位移以距基坑最近的Z11-2(圖4)對比K3位移進(jìn)行分析，并以2 號測斜孔為印證。水平位觀監(jiān)測點(diǎn)為K3，第一次監(jiān)測時(shí)基坑已開挖4 m。由圖3 可以看出，變形顯著時(shí)期可分4 個(gè)階段。第一階段為5 月22 日~6 月26 日，工況為土方開挖，進(jìn)行第二層錨索施工。K3 位移累計(jì)值為17 mm，變形速率為0.35~0.55 mm/d，但沒有超過預(yù)警值;6 月 26 日 ~9 月3 日變形速率較小，位移僅為4 mm，累計(jì)位移為21 mm。Z11-2 地表沉降累計(jì)值為16.2 mm，變形量和變形速率均未超過預(yù)警值，6 月14 日 ~9 月4 日，變形量較小，累計(jì)變形量為8.8 mm，變形速率僅為0.11 mm/d。該階段土方開挖、錨索施工，基坑處于變形期。6 月5 日 ~6 月14 日錨索施工時(shí)，由于鉆孔涌水冒砂，Z11-2沉降速率最大為1.04 mm/d，周邊建筑物以及地表開始無明顯變化，至6 月22 日坡頂排水溝出現(xiàn)裂縫。第二階段為9 月3 日 ~9 月23 日，工況為土方開挖至7 m 左右，進(jìn)行第三排錨索施工。在土方繼續(xù)開挖過程中K3 變形速率加大，變形量累計(jì)達(dá)到16 mm，變形速率達(dá)0.8 mm/d，超過第一階段變形速率，至9 月23 日累計(jì)變形量已達(dá)37 mm，超過規(guī)范規(guī)定的預(yù)警值;9 月23 日 ~10 月28 日在土方停止開挖、錨索施工期間，變形趨緩，35 d 變形量僅為7 mm，變形速率為0.2 mm/d。Z11-2 在9 月4 日 ~9 月24 日土方開挖期間沉降變形達(dá)25 mm，累計(jì)沉降已達(dá)50 mm，超過規(guī)定預(yù)警值，沉降速率也達(dá)到1.25 mm/d ;9 月24 日 ~10 月28 日變形速率較小，變形量為6 mm，變形速率為0.13 mm/d ;9 月11 日～ 9 月13 日土方向下開挖時(shí)，水平和垂直位移明顯，地面排水溝與冠梁間出現(xiàn)新裂縫，錨索施工時(shí)鉆孔涌水冒砂比第一階段嚴(yán)重;10 月8 日對地面裂縫進(jìn)行了修補(bǔ)，至10 月28 日土方?jīng)]有繼續(xù)開挖，地表無明顯變化。第三階段為10 月28 日 ~11 月11 日，工況為土方開挖至11 m 左右，進(jìn)行第四排錨索施工，并繼續(xù)開挖至14 m 深。該階段尤其是由-11 m 向-14 m 開挖時(shí)，15 d 變形量達(dá)到26 mm，變形速率達(dá)1.73 mm/d，累計(jì)變形量已達(dá)70 mm，已超過預(yù)警值兩倍多。Z11-2 在10 月28 日 ~11 月12 日的沉降量達(dá)68.3 mm，沉降速率為4.27 mm/d，累計(jì)沉降量已達(dá)124.3 mm。錨索施工時(shí)鉆孔繼續(xù)涌水冒砂，水壓加大，基坑側(cè)壁支護(hù)樁間也出現(xiàn)多處涌水冒砂，導(dǎo)致11 月2 日冠梁與排水溝交接處再次開裂，且西面地面也出現(xiàn)裂縫，11 月4 日冠梁轉(zhuǎn)角處開裂。11 月11 日由于基坑側(cè)壁涌水冒砂點(diǎn)數(shù)量以及涌出量均增大，1-1 剖面地表明顯下沉。第四階段為11 月11 日 ~ 次年2 月4 日，工況為土方繼續(xù)開挖至基坑底。位移繼續(xù)增大，但位移速率有所減小，83 d 位移量為38 mm，累計(jì)位移量達(dá)到108 mm，位移速率為0.35 mm/d。Z11-2 在該階段隨著涌水冒砂量的增多，變形不斷加大，至2 月5 日85 d內(nèi)沉降量為77.3 mm，沉降速率為0.91 mm/d，之后變形繼續(xù)，至6 月24 日最后一次觀測，累計(jì)變形值已達(dá)298 mm。該階段由于鉆孔內(nèi)水壓過大，導(dǎo)致第五排錨索無法施工?；觽?cè)壁支護(hù)樁間多處嚴(yán)重涌水冒砂，地面沉降明顯。12 月3 日1-1、2-2 剖面位置基坑側(cè)壁涌水冒砂不斷加大，最多一天涌水涌砂量約為2000 m3，地面明顯下沉，12 月10 日西側(cè)地面已塌空，裂縫寬度不斷加大，至12月4日，裂縫寬度已達(dá)54 mm。由圖5 可知，該斷面測斜管埋設(shè)深度不夠，測量次數(shù)也有限，但從僅有的觀測數(shù)據(jù)看，測斜管頂部位移量和變形規(guī)律基本與位移監(jiān)測點(diǎn)K3 相符。由測斜數(shù)據(jù)看，基坑的底部也有41.86 mm 的位移，接近預(yù)警值。除1-1 剖面外，其他各處隨著基坑的不斷開挖，基坑側(cè)壁多處涌水冒砂，基坑四周地面基本都有開裂、下沉，周邊的4 棟、10 棟、11 棟、12 棟、13 棟下沉、開裂嚴(yán)重，已成危房，施工過程中不得不將開裂嚴(yán)重的10 棟、11 棟拆除。2-2、1-1 剖面隨著涌水冒砂量的增大，地面嚴(yán)重沉降空鼓，以致該處塔吊周圍地面在12 月4 日全部塌空，塔吊基礎(chǔ)開裂。由表4 可知，各監(jiān)測點(diǎn)沉降量和沉降差異已遠(yuǎn)遠(yuǎn)越過預(yù)警值，沉降量最大的11 棟2 號點(diǎn)累計(jì)沉降量達(dá)298 mm，與1 號點(diǎn)的沉降差異達(dá)23.78/1 000。表4 1-1、2-2 剖面建筑物變形統(tǒng)計(jì)變形數(shù)據(jù)客觀地反映了基坑開挖的變形規(guī)律，基坑往深部開挖時(shí)基坑變形明顯，且變形值距基坑邊緣越近，變形越大。正常情況下，錨索施工時(shí)變形緩慢，但在側(cè)壁嚴(yán)重涌水冒砂時(shí)，基坑周邊地表(包括鄰近的建筑物)沉降量迅速增大，地表裂縫增大、下沉明顯。變形監(jiān)測數(shù)據(jù)的變形值大部分超過預(yù)警值(尤其是距基坑較近的觀測點(diǎn))，且大大超過設(shè)計(jì)計(jì)算的變形值(表5)。 表5 實(shí)測變形值與設(shè)計(jì)計(jì)算變形值對比/mm 
利用設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)計(jì)劃書、施工記錄、監(jiān)測數(shù)據(jù)、現(xiàn)場施工工況、涌水冒砂情況、變形情況等資料綜合分析事故原因。 3.1 整體方案缺乏全面考慮 基坑地下水控制設(shè)計(jì)應(yīng)與支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)統(tǒng)一考慮，由降水、排水和支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移引起的地層變形和地表沉陷不應(yīng)大于變形允許值[2]。 某些支護(hù)結(jié)構(gòu)的選型本身決定了帷幕將滲漏，如錨拉式支擋結(jié)構(gòu)、位于水位以下的錨桿、施工鉆穿帷幕必然導(dǎo)致滲漏[3]。另外《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》中也明確說明“錨桿不宜用在軟土層和高水位的碎石土、砂土層中”。 該基坑明顯沒有將地下水控制與支護(hù)結(jié)構(gòu)統(tǒng)一考慮，基坑四周設(shè)置了全封閉止水帷幕進(jìn)行止水，降水采用坑內(nèi)明排，坑外水位仍處于較高水平，支護(hù)結(jié)構(gòu)又設(shè)計(jì)成樁錨結(jié)構(gòu)。錨索施工時(shí)盡管采用套管跟進(jìn)，卻沒有采取提前降低地下水位的措施，鉆穿止水帷幕仍出現(xiàn)鉆孔大量涌水冒砂，基坑四周地表沉降過大。 3.2 止水帷幕設(shè)計(jì)不合理 對地下水位較高，滲透性較強(qiáng)的地層，宜采用雙排高壓噴射注漿帷幕。當(dāng)注漿孔深為20~30 m 時(shí)，搭接寬度不應(yīng)小于350 mm。該工程止水帷幕深度為20.5~24 m，搭接寬度僅為250 mm，且為單排帷幕。 高壓旋噴帷幕是由先后施工的截水單元相互搭接形成的，截水單元本身的質(zhì)量缺陷、單元之間的搭接缺陷都將導(dǎo)致截水失敗[3]。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，高壓旋噴樁除樁徑外，最難控制的是垂直度，樁長越長垂直度越難控制，因此高壓旋噴樁深過大，施工質(zhì)量難以保障 ; 且設(shè)計(jì)的搭接寬度不足，施工偏差導(dǎo)致帷幕大部分出現(xiàn)“開襠口”，產(chǎn)生大面積滲漏，地面深陷。因錨索施工和止水帷幕的“開襠口”導(dǎo)致基坑最多一天涌水冒砂達(dá)2000 m3 (圖6)。
圖6 基坑側(cè)壁的涌水冒砂 3.3 施工過程沒有嚴(yán)格控制質(zhì)量 施工過程沒有嚴(yán)格控制高壓旋噴樁的定位、垂直度、鉆進(jìn)以及提鉆噴漿速度。高壓噴射注漿法施工的截水帷幕是由先后施工的一個(gè)截水結(jié)構(gòu)單元(單根樁)相互咬合搭接形成的，每根樁施工時(shí)均存在偏差，包括樁位偏差和垂直度偏差。 在施工過程中除需在安全方面嚴(yán)格控制外，還需在技術(shù)上對定位、垂直度、噴漿提鉆速度、壓力等進(jìn)行把控，嚴(yán)格按施工方案操作，管理人員要時(shí)刻檢查、監(jiān)督，不可掉以輕心。 3.4 應(yīng)急預(yù)案落實(shí)不到位 施工單位盡管有應(yīng)急預(yù)案，但落實(shí)不到位，遇到涌水冒砂問題，沒有引起足夠的重視，開始甚至沒有采取必要措施，更沒有組織勘察、設(shè)計(jì)、監(jiān)理和業(yè)主對問題進(jìn)行認(rèn)真分析論證，最終涌水冒砂越來越嚴(yán)重，導(dǎo)致基坑周邊塌陷、房屋開裂，甚至最下一排錨索因無法施工而取消。 3.5 沒有做到信息化施工 基坑開挖應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行監(jiān)測，實(shí)施動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和信息化施工。作為信息化施工的一個(gè)重要內(nèi)容，動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)依賴于系統(tǒng)合理的施工監(jiān)測。 GB 50497《建筑基坑工程監(jiān)測規(guī)范》中明確規(guī)定大于15 m 的基坑，開挖深度小于等于5 m 時(shí)，監(jiān)測頻率為1 次/2 d ;開挖深度為5~10 m 時(shí)，為1 次/d ;開挖深度大于10 m 時(shí)，為2 次/d ;且在特殊情況(如周邊地面突發(fā)較大沉降，鄰近建筑嚴(yán)重開裂，側(cè)壁出現(xiàn)管涌、滲漏或流沙等)應(yīng)加密觀測[1]。 該基坑監(jiān)測頻率最大的為1 次/10 d，通常是1 個(gè)月才測一次，這種與規(guī)范要求嚴(yán)重不符的監(jiān)測頻率根本無法及時(shí)、準(zhǔn)確、完整地描述基坑的變形情況，更無法將變形分析結(jié)果與動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)計(jì)算模型預(yù)測的結(jié)果進(jìn)行對比分析，也就無法做到動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。 由于兩次監(jiān)測的時(shí)間間隔較大，且沒有與現(xiàn)場施工工況相結(jié)合，監(jiān)測數(shù)據(jù)不能反映變形發(fā)生的具體時(shí)間，僅能反映兩次時(shí)間間隔的累計(jì)變形，無法為動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)提供更加精確的監(jiān)測數(shù)據(jù)，無法將變形與施工工況進(jìn)行聯(lián)合分析，無法對施工中的險(xiǎn)情進(jìn)行提前預(yù)警，從而失去了指導(dǎo)施工的現(xiàn)實(shí)意義。 通過對該基坑的設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測、事故現(xiàn)象以及后果進(jìn)行綜合分析，可以得出以下經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)：
1)基坑地下水控制設(shè)計(jì)應(yīng)與支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一考慮。當(dāng)基坑四周設(shè)有止水帷幕時(shí)，應(yīng)盡量避免采取錨拉結(jié)構(gòu)，以保證止水帷幕的完整性;即便已采用了錨拉結(jié)構(gòu)，如孔口在地下水位以下，在錨索施工時(shí)也應(yīng)提前降低地下水位，避免錨索鉆孔時(shí)涌水冒砂。 2)截水結(jié)構(gòu)的選型和設(shè)計(jì)，需重點(diǎn)考慮漏水的后果、含水層的土性、地下水特性、支護(hù)結(jié)構(gòu)形式、施工條件等因素。對于漏水后果嚴(yán)重(如建筑物、公共設(shè)施損壞等)的基坑，在利用對施工質(zhì)量無十分把握的截水結(jié)構(gòu)時(shí)，不宜少于2 道防線。施工過程中應(yīng)嚴(yán)格按照操作規(guī)程施工，提高施工質(zhì)量。 3)重視變形監(jiān)測，做到信息化施工。按規(guī)范要求進(jìn)行施工監(jiān)測，不僅能對施工中的險(xiǎn)情進(jìn)行提前預(yù)警，而且通過比較分析監(jiān)測數(shù)據(jù)和勘察、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，可判斷前段設(shè)計(jì)與施工的合理性，從而優(yōu)化施工設(shè)計(jì)和施工組織。另外，詳盡而齊全、完整的監(jiān)測數(shù)據(jù)也是動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)資料和不必可少的數(shù)據(jù)。 4)對專項(xiàng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行論證。對于超過一定規(guī)模的危險(xiǎn)性較大的分部分分項(xiàng)工程，施工單位應(yīng)當(dāng)組織專家對專項(xiàng)方案進(jìn)行論證。專家論證的過程也是學(xué)習(xí)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)的過程，同時(shí)專家組也可通過方案論證指出設(shè)計(jì)方案的不足，避免工程事故的發(fā)生。
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