深基坑工程T講義102920

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(yù)防四、深基坑工程事故預(yù)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(yán)重超挖；支撐體系存在嚴(yán)重缺陷且鋼管支撐架設(shè)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(shè)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(xué)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(biāo)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(xué)指標(biāo)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(yù)應(yīng)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(yán)重位移，最大位移約3.5m。由于大量淤泥涌入坑內(nèi)，風(fēng)情大道隨后出現(xiàn)塌陷，最大深度約6.5m。地面塌陷導(dǎo)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)據(jù)勘勘查查結(jié)結(jié)果果對對基基坑坑土土體體破破壞壞滑滑動動面面及及地地下下連連續(xù)續(xù)墻墻破破壞壞模模式式進進行行了了分分析析，，并并繪繪制制相相應(yīng)應(yīng)的的基基坑坑破破壞壞時時調(diào)調(diào)查查平平面面圖圖與與施施工工工工況況圖圖以以及及基基坑坑土土體體滑滑動動面面與與地地下下連連續(xù)續(xù)墻墻破破壞壞形形態(tài)態(tài)斷斷面面圖圖。。2.1破破壞壞模模式式分分析析2、、杭杭州州地地鐵鐵深深基基坑坑事事故故的的原原因因分分析析據(jù)靠靠近近西西側(cè)側(cè)地地下下連連續(xù)續(xù)墻墻靜靜力力觸觸探探試試驗驗表表明明，，在在絕絕對對標(biāo)標(biāo)高高-8m～-10m處(近基基坑坑底底部部)，qc值為為0.20MPa（qc僅為為原原狀狀土土的的30％左左右右）），，土土體體受受到到嚴(yán)嚴(yán)重重擾擾動動，，接接近近于于重重塑塑土土強強度度，，證證明明土土體體產(chǎn)產(chǎn)生生側(cè)側(cè)向向流流變變，，存存在在明明顯顯的的滑滑動動面面。。西側(cè)地下連續(xù)續(xù)墻墻底（相相應(yīng)標(biāo)高-27.0左右），C1孔靜探qc值約為0.6MPa（qc為原狀土的70％左右），土土體有較大的的擾動，但沒沒有產(chǎn)生明顯顯的側(cè)向流變變，主要是地地下連續(xù)墻底底部產(chǎn)生過大大位移而所致致。杭州地鐵破壞壞模式示意圖圖2.2勘察問題由于勘察工作作量不足，加加上勘察人員員對土性的認(rèn)認(rèn)識的不足，，造成基坑工工程勘察資料料不詳細(xì)或土土的物理力學(xué)學(xué)指標(biāo)取值偏偏高，使設(shè)計計計算失誤引引起的事故。。如杭州地鐵鐵工程在勘察察方面主要有有以下一些問問題：不符合規(guī)范要要求1）基坑采取原原狀土樣及相相應(yīng)主要力學(xué)學(xué)試驗指標(biāo)較較少，不能完完全反映基坑坑土性的真實實情況。2）勘察單位未未考慮薄壁取取土器對基坑坑設(shè)計參數(shù)的的影響，以及及未根據(jù)當(dāng)?shù)氐剀浲撂攸c綜綜合判斷選用用推薦土體力力學(xué)參數(shù)。3）勘察報告推推薦的直剪固固結(jié)快剪指標(biāo)標(biāo)c、Φ值采用。平均均值，未按規(guī)規(guī)范要求采用用標(biāo)準(zhǔn)值，指指標(biāo)偏高。4）勘察報告提提供的④2層的比例系數(shù)數(shù)m值（m=2500kN/m4)與類似工程經(jīng)經(jīng)驗值差異顯顯著。提供的土體力力學(xué)參數(shù)互相相矛盾，不符符合土力學(xué)基基本理論。1）推薦用于設(shè)設(shè)計的主要地地層土的三軸軸CU、UU試驗指標(biāo)、無無側(cè)限抗壓強強度指標(biāo)與驗驗證值、類似似工程經(jīng)驗值值差異顯著。。試驗原始記錄錄已遺失，無無法判斷其數(shù)數(shù)據(jù)的真實性性。2.3設(shè)計問題由于基基坑設(shè)設(shè)計涉涉及到到多種種學(xué)科科，如如土力力學(xué)、、基礎(chǔ)礎(chǔ)工程程、結(jié)結(jié)構(gòu)力力學(xué)和和原位位測試試技術(shù)術(shù)等，，需要要對場場地周周圍環(huán)環(huán)境、、施工工條件件、工工程地地質(zhì)條條件、、水文文地質(zhì)質(zhì)條件件詳細(xì)細(xì)了解解和掌掌握，，是一一門系系統(tǒng)科科學(xué)，，具有有復(fù)雜雜性。。所以以目前前基坑坑支護護的設(shè)設(shè)計方方案與與措施施大多多數(shù)是是偏于于保守守的，，即便便如此此，如如果設(shè)設(shè)計的的人員員經(jīng)驗驗不足足，考考慮不不周，，也易易引起起相應(yīng)應(yīng)的事事故。。對522例基坑坑事故故統(tǒng)計計也說說明基基坑設(shè)設(shè)計的的不足足，是是引發(fā)發(fā)事故故的重重要原原因。。杭州州地鐵鐵工程程在設(shè)設(shè)計方方面主主要有有以下下一些些問題題：計算參參數(shù)的的選擇擇1）設(shè)計計單位位未能能根據(jù)據(jù)當(dāng)?shù)氐剀浲镣撂攸c點綜合合判斷斷、合合理選選用基基坑圍圍護設(shè)設(shè)計參參數(shù)，，力學(xué)學(xué)參數(shù)數(shù)選用用偏高高降低低了基基坑圍圍護結(jié)結(jié)構(gòu)體體系的的安全全儲備備。2）設(shè)計中考考慮地面超超載20kPa較小?；涌游鱾?cè)為一一大道，對對汽車動荷荷載考慮不不足。根據(jù)據(jù)實際情況況，重載土土方車及混混凝土泵車車對地面超超載宜取30kPa，與設(shè)計方方案20kPa相比，挖土土至坑底時時第三道支支撐的軸力力、地下連連續(xù)墻的最最大彎矩及及剪力均增增加約4%~5%，也降低了了一定的安安全儲備。。考慮不周，，經(jīng)驗欠缺缺1）設(shè)計圖紙紙中未提供供鋼管支撐撐與地下連連續(xù)墻的連連接節(jié)點詳詳圖及鋼管管節(jié)點連接接大樣，也也沒有提出出相應(yīng)的施施工安裝技技術(shù)要求。。沒有提出出對鋼管支支撐與地連連墻預(yù)埋件件焊接要求求。2）從地質(zhì)剖剖面和地下下連續(xù)墻分分布圖中可可以看出，，對于本工工程事故誘誘發(fā)段的地地下連續(xù)墻墻插入深度度略顯不足足，對于本本工程，應(yīng)應(yīng)考慮墻底底的落底問問題。3）設(shè)計提出出的監(jiān)測內(nèi)內(nèi)容相對于于規(guī)范少了了3項必測內(nèi)容容。2.4施施工問題基坑土方超超挖以及支支撐施加不不及時，支支撐體系存存在薄弱環(huán)環(huán)節(jié)，基坑坑邊超載過過大等均容容易引起基基坑失穩(wěn)。。由于在以以上因素的的作用下，，會引起基基坑圍護結(jié)結(jié)構(gòu)變形較較大，容易易導(dǎo)致支撐撐破壞或地地下水管破破裂，進而而引發(fā)事故故的發(fā)生。。如杭州地地鐵工程在在施工方面面主要有以以下一些問問題。（1）土方超挖挖土方開挖未未按照設(shè)計計工況進行行，存在嚴(yán)嚴(yán)重超挖現(xiàn)現(xiàn)象。特別別是最后兩兩層土方（（第四層、、第五層））同時開挖挖，垂直方方向超挖約約3m，開挖到基基底后水平平方向多達達26m范圍未架設(shè)設(shè)第四道鋼鋼支撐，第第三和第四四施工段開開挖土方到到基底后約約有43m未澆筑混凝凝土墊層。。土方超挖挖導(dǎo)致地下下連續(xù)墻側(cè)側(cè)向變形、、墻身彎矩矩和支撐軸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(fù)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(shè)計工況況相比，如如第三道支支撐施加完完成后，在在沒有設(shè)置置第四道支支撐的情況況下，直接接挖土至坑坑底，第三三道支撐的的軸力增長長約43%，作用在圍圍護體上的的最大彎矩矩增加約48%，最大剪力力增加約38%；超過截面面抗彎承載載力設(shè)計值值1463kN?m/m。支撐體系問問題1）現(xiàn)場鋼支支撐活絡(luò)頭頭節(jié)點承載載力明顯低低于鋼管承承載力鋼支撐體系系均采用鋼鋼管結(jié)合雙雙拼槽鋼可可伸縮節(jié)點點，施加加預(yù)應(yīng)力后后鋼楔塞緊緊傳遞荷載載但該節(jié)點點的設(shè)計、、制作加工工、檢測測、驗收、、安裝施工工等均無標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)可依，，處于無無序狀態(tài)現(xiàn)場取樣試試驗結(jié)果表表明，正正常施工狀狀態(tài)下該節(jié)節(jié)點的承載載力為3000kN，明顯低于于上述鋼管管的承載力力計算值5479kN。如果在未未設(shè)置第第4道支撐的的情況下下直接挖挖土至坑坑底，第第3道鋼管支支撐的最最大軸力力均超過過鋼管支支撐軸心心受壓承承載力設(shè)設(shè)計值3000kN如果進一一步考慮慮活絡(luò)頭頭偏心、、鋼楔沒沒塞滿活活絡(luò)頭間間隙等節(jié)節(jié)點薄弱弱因素，，實際際作用于于第3道支撐的的軸力與與鋼管節(jié)節(jié)點的承承載能力力之間的的差距將將更大?！，F(xiàn)場鋼支支撐體系系的破壞壞狀態(tài)表表明：大大部分分破壞均均為該節(jié)節(jié)點破壞壞，充分分說明該該伸縮節(jié)節(jié)點不滿滿足與鋼鋼管等強強度、、等剛度度的連接接要求。。2）鋼管支支撐與工工字鋼系系梁的連連接不滿滿足設(shè)計計要求設(shè)計要求求鋼管支支撐在系系梁擱置置處，需需采用槽槽鋼有效效固定，，實際情情況部分分采用鋼鋼筋（有有的已脫脫開）固固定、部部分沒任任何固定定措施，，這使得得鋼管計計算長度度大大增增加，鋼鋼管彎曲曲現(xiàn)象不不同程度度存在，，最大彎彎曲值達達11.76cm，由于偏偏心受壓壓降低了了鋼管支支撐的承承載力。。兩端鉸支支、中間間無支點點鋼管抗抗壓強度度設(shè)計值值鋼材型號連接方式穩(wěn)定系數(shù)φφfA(kN)Q235軋制0.6334057焊接0.5533541兩端鉸支支、中間間有一支支點鋼管管抗壓強強度設(shè)計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從以上計計算可以以看出，，在本工工程中，，21.05m無支點的的鋼管相相對中間間有一支支點的鋼鋼管的抗抗壓強度度設(shè)計值值減小了了約1/3，相差較較大。設(shè)計要求求系梁垂垂直方向向每隔三三跨設(shè)一一道剪刀刀撐，邊邊跨應(yīng)設(shè)設(shè)置，實實際情況況未設(shè)，，降低了了支撐體體系的總總體穩(wěn)定定性。3）鋼立柱柱之間也也未按設(shè)設(shè)計要求求設(shè)置剪剪刀撐鋼支撐安安裝位置置相對設(shè)設(shè)計位置置偏差較較大，最最大達83.6cm,平均為20.6cm；相鄰鋼鋼管間距距與設(shè)計計間距偏偏差最大大達65.0cm。安裝偏偏差導(dǎo)致致支撐鋼鋼管受力力不均勻勻和產(chǎn)生生了附加加彎矩。。4）部分鋼鋼支撐的的安裝位位置與設(shè)設(shè)計要求求差異較較大5）鋼支撐與與地下連續(xù)續(xù)墻預(yù)埋件件未進行有有效連接鋼管支撐與與地連墻預(yù)預(yù)埋件沒有有焊接，直直接擱置在在鋼牛腿上上，沒有效效連接易使使支撐鋼管管在偶發(fā)沖沖擊荷載或或地下連續(xù)續(xù)墻異常變變形情況下下喪失支撐撐功能。2.5監(jiān)測問題基坑工程不不確定性因因素多，應(yīng)應(yīng)實施信息息化施工，，監(jiān)測是基基坑信息化化施工中必必不可少的的手段，對對基坑工程程，監(jiān)測單單位應(yīng)科學(xué)學(xué)、認(rèn)真測測試，及時時、如實報報告土體位位移、地面面沉降、支支撐軸力等等測試成果果。對于杭杭州地鐵工工程在施工工方面主要要有以下一一些問題：：電腦中的原原始數(shù)據(jù)被被人為刪除除，通過對對監(jiān)測人員員使用的電電腦進行的的數(shù)據(jù)恢復(fù)復(fù)，發(fā)現(xiàn)以以下3個問題。（1）2008年10月9日開始有路路面沉降監(jiān)監(jiān)測點11個，至11月15日發(fā)生事故故前最大沉沉降316mm，監(jiān)測報表表沒有相應(yīng)應(yīng)的記錄。。（2）11月1日49號（北端頭頭井東側(cè)地地連墻）測測斜管18m深處最大位位移達43.7mm，與監(jiān)測報報表不符。。（3）2008年11月13日CX45號測斜管最最大變形數(shù)數(shù)據(jù)達65mm，超過報警警值(40mm)，與監(jiān)測報報表不符。。通過以上可可以發(fā)現(xiàn)，，電腦中的的數(shù)據(jù)與報報表中的數(shù)數(shù)據(jù)不一致致，實際變變形已超設(shè)設(shè)計報警值值而未報警警，可以認(rèn)認(rèn)為監(jiān)測方方有偽造數(shù)數(shù)據(jù)或?qū)?nèi)內(nèi)對外兩套套數(shù)據(jù)的可可能性。（1）提供的監(jiān)監(jiān)測報表中中數(shù)據(jù)存在在偽造現(xiàn)象象，隱瞞報報警數(shù)值，，喪失了最最佳搶險時時機。（2）監(jiān)測方案案中的監(jiān)測測內(nèi)容和監(jiān)監(jiān)測點數(shù)量量均不滿足足規(guī)范要求求。監(jiān)測項目規(guī)范要求設(shè)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△×××坑底隆起△