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(diǎn)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1一、深基坑的概念及特點(diǎn)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(shí)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(jì)損失4961萬元。

其直接原因是施工單位違規(guī)施工、冒險(xiǎn)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(shí)；墊層未及時(shí)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(bǔ)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(jì)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(hù)方案。地下連續(xù)墻深度分別為31.5m～34.5m?；游鱾?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(hào)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(gè)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(shí)，第1施工段木工、鋼筋工正在作業(yè);第3施工段雜工進(jìn)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(tái)挖機(jī)正在進(jìn)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(jìn)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(duì)基坑土體破壞滑動(dòng)面及地下連續(xù)墻破壞模式進(jìn)行了分析，并繪制相應(yīng)的基坑破壞時(shí)調(diào)查平面圖與施工工況圖以及基坑土體滑動(dòng)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(yàn)表明，在絕對(duì)標(biāo)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(yán)重?cái)_動(dòng)，接近于重塑土強(qiáng)度，證明土體產(chǎn)生側(cè)向流變，存在明顯的滑動(dòng)面。西側(cè)地下連續(xù)墻墻底（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），土體有較大的擾動(dòng)，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(duì)土性的認(rèn)識(shí)的不足，造成基坑工程勘察資料不詳細(xì)或土的物理力學(xué)指標(biāo)取值偏高，使設(shè)計(jì)計(jì)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(yīng)主要力學(xué)試驗(yàn)指標(biāo)較少，不能完全反映基坑土性的真實(shí)情況。2）勘察單位未考慮薄壁取土器對(duì)基坑設(shè)計(jì)參數(shù)的影響，以及未根據(jù)當(dāng)?shù)剀浲撂攸c(diǎn)綜合判斷選用推薦土體力學(xué)參數(shù)。3）勘察報(bào)告推薦的直剪固結(jié)快剪指標(biāo)c、Φ值采用。平均值，未按規(guī)范要求采用標(biāo)準(zhǔn)值，指標(biāo)偏高。4）勘察報(bào)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(yàn)值差異顯著。

提供的土體力學(xué)參數(shù)互相矛盾，不符合土力學(xué)基本理論。1）推薦用于設(shè)計(jì)的主要地層土的三軸CU、UU試驗(yàn)指標(biāo)、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度指標(biāo)與驗(yàn)證值、類似工程經(jīng)驗(yàn)值差異顯著。試驗(yàn)原始記錄已遺失，無法判斷其數(shù)據(jù)的真實(shí)性。

2.3

設(shè)計(jì)問題

由于基坑設(shè)計(jì)涉及到多種學(xué)科，如土力學(xué)、基礎(chǔ)工程、結(jié)構(gòu)力學(xué)和原位測試技術(shù)等，需要對(duì)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(xì)了解和掌握，是一門系統(tǒng)科學(xué)，具有復(fù)雜性。所以目前基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)方案與措施大多數(shù)是偏于保守的，即便如此，如果設(shè)計(jì)的人員經(jīng)驗(yàn)不足，考慮不周，也易引起相應(yīng)的事故。對(duì)522例基坑事故統(tǒng)計(jì)也說明基坑設(shè)計(jì)的不足，是引發(fā)事故的重要原因。杭州地鐵工程在設(shè)計(jì)方面主要有以下一些問題：計(jì)算參數(shù)的選擇

1）設(shè)計(jì)單位未能根據(jù)當(dāng)?shù)剀浲撂攸c(diǎn)綜合判斷、合理選用基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)，力學(xué)參數(shù)選用偏高降低了基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系的安全儲(chǔ)備。

2）設(shè)計(jì)中考慮地面超載20kPa較小?；游鱾?cè)為一大道，對(duì)汽車動(dòng)荷載考慮不足。根據(jù)實(shí)際情況，重載土方車及混凝土泵車對(duì)地面超載宜取30kPa，與設(shè)計(jì)方案20kPa相比，挖土至坑底時(shí)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(chǔ)備?？紤]不周，經(jīng)驗(yàn)欠缺

1）設(shè)計(jì)圖紙中未提供鋼管支撐與地下連續(xù)墻的連接節(jié)點(diǎn)詳圖及鋼管節(jié)點(diǎn)連接大樣，也沒有提出相應(yīng)的施工安裝技術(shù)要求。沒有提出對(duì)鋼管支撐與地連墻預(yù)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(duì)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(duì)于本工程，應(yīng)考慮墻底的落底問題。

3）設(shè)計(jì)提出的監(jiān)測內(nèi)容相對(duì)于規(guī)范少了3項(xiàng)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(shí)，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(huì)引起基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形較大，容易導(dǎo)致支撐破壞或地下水管破裂，進(jìn)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(shè)計(jì)工況進(jìn)行，存在嚴(yán)重超挖現(xiàn)象。特別是最后兩層土方（第四層、第五層）同時(shí)開挖，垂直方向超挖約3m，開挖到基底后水平方向多達(dá)26m范圍未架設(shè)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(dǎo)致地下連續(xù)墻側(cè)向變形、墻身彎矩和支撐軸力增大計(jì)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(jì)工況相比，如第三道支撐施加完成后，在沒有設(shè)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(hù)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(shè)計(jì)值1463kN?m/m。支撐體系問題1）現(xiàn)場鋼支撐活絡(luò)頭節(jié)點(diǎn)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(diǎn)，施加預(yù)應(yīng)力后鋼楔塞緊傳遞荷載但該節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)、制作加工、檢測、驗(yàn)收、安裝施工等均無標(biāo)準(zhǔn)可依，處于無序狀態(tài)現(xiàn)場取樣試驗(yàn)結(jié)果表明，正常施工狀態(tài)下該節(jié)點(diǎn)的承載力為3000kN，明顯低于上述鋼管的承載力計(jì)算值5479kN。如果在未設(shè)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(shè)計(jì)值3000kN如果進(jìn)一步考慮活絡(luò)頭偏心、鋼楔沒塞滿活絡(luò)頭間隙等節(jié)點(diǎn)薄弱因素，實(shí)際作用于第3道支撐的軸力與鋼管節(jié)點(diǎn)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(diǎn)破壞，充分說明該伸縮節(jié)點(diǎn)不滿足與鋼管等強(qiáng)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(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求鋼管支撐在系梁擱置處，需采用槽鋼有效固定，實(shí)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(jì)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(dá)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(diǎn)鋼管抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值鋼材型號(hào)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(diǎn)鋼管抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值鋼材型號(hào)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(jì)算可以看出，在本工程中，21.05m無支點(diǎn)的鋼管相對(duì)中間有一支點(diǎn)的鋼管的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值減小了約1/3，相差較大。設(shè)計(jì)要求系梁垂直方向每隔三跨設(shè)一道剪刀撐，邊跨應(yīng)設(shè)置，實(shí)際情況未設(shè)，降低了支撐體系的總體穩(wěn)定性。3）鋼立柱之間也未按設(shè)計(jì)要求設(shè)置剪刀撐

鋼支撐安裝位置相對(duì)設(shè)計(jì)位置偏差較大，最大達(dá)83.6cm,平均為20.6cm；相鄰鋼管間距與設(shè)計(jì)間距偏差最大達(dá)65.0cm。安裝偏差導(dǎo)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(shè)計(jì)要求差異較大5）鋼支撐與地下連續(xù)墻預(yù)埋件未進(jìn)行有效連接鋼管支撐與地連墻預(yù)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(yīng)實(shí)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(duì)基坑工程，監(jiān)測單位應(yīng)科學(xué)、認(rèn)真測試，及時(shí)、如實(shí)報(bào)告土體位移、地面沉降、支撐軸力等測試成果。對(duì)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(duì)監(jiān)測人員使用的電腦進(jìn)行的數(shù)據(jù)恢復(fù)，發(fā)現(xiàn)以下3個(gè)問題。（1）2008年10月9日開始有路面沉降監(jiān)測點(diǎn)11個(gè)，至11月15日發(fā)生事故前最大沉降316mm，監(jiān)測報(bào)表沒有相應(yīng)的記錄。（2）11月1日49號(hào)（北端頭井東側(cè)地連墻）測斜管18m深處最大位移達(dá)43.7mm，與監(jiān)測報(bào)表不符。（3）2008年11月13日CX45號(hào)測斜管最大變形數(shù)據(jù)達(dá)65mm，超過報(bào)警值(40mm)，與監(jiān)測報(bào)表不符。通過以上可以發(fā)現(xiàn)，電腦中的數(shù)據(jù)與報(bào)表中的數(shù)據(jù)不一致，實(shí)際變形已超設(shè)計(jì)報(bào)警值而未報(bào)警，可以認(rèn)為監(jiān)測方有偽造數(shù)據(jù)或?qū)?nèi)對(duì)外兩套數(shù)據(jù)的可能性。（1）提供的監(jiān)測報(bào)表中數(shù)據(jù)存在偽造現(xiàn)象，隱瞞報(bào)警數(shù)值，喪失了最佳搶險(xiǎn)時(shí)機(jī)。（2）監(jiān)測方案中的監(jiān)測內(nèi)容和監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量均不滿足規(guī)范要求。監(jiān)測項(xiàng)目規(guī)范要求設(shè)計(jì)方案施工監(jiān)測方案實(shí)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△