【对综合楼深基坑支护工程质量事故的分析】 基坑支护形式有哪些

　　摘 要：随着经济的发展，城市中的高层建筑越来越多，高层建筑的深基坑支护安全也越来越引起人们的重视。本文理论上阐述了深基坑支护产生质量安全事故的类别与原因，并附广东省湛江市某工程实例。
　　关键词：深基坑；质量安全；事故分析
　　中图分类号：TU47 文献标识码:A
　　
　　一、深基坑支护事故类别与原因
　　（1）支护结构整体失稳。常见的有两种情况：一是支护结构顶部发生较大位移，严重向基坑内滑动或倾覆；二是支护桩底发生较大位移，桩身后仰，支护结构倒塌。
　　（2）支护结构断裂破坏。
　　（3）基坑周围产生过大的地面沉降，影响周围建筑物、地下管线、道路的使用和安全，严重的造成破坏。
　　（4）基坑底部隆起变形。其后果一是破坏了坑底土体的稳定性，使坑底上体的承载力降低；二是造成基坑周围地面沉降；三是当基坑内没有内支撑时，坑底隆起造成支撑体系中的主柱上抬，破坏支撑体系。
　　（5）产生流砂。流砂可以发生在坑底，也可能出现在支护桩的桩体之间。出现流砂后，基坑周围土随水流失而造成灾害。
　　2、基坑支护开挖事故的常见原因
　　（1）支护结构的强度不足，结构构件发生破坏。
　　（2）支护桩埋深不足。不仅造成支护结构倾覆或出现超常变形，而且会在坑底产生隆起，有的还出现流砂。
　　（3）支撑体系设计不合理。对带有内支撑的基坑支护结构，由于支撑设置的数量、设置的位置不合理，或支撑设置、施加预应力不够及时，支护结构变形很大而造成事故。
　　（4）基底土失稳。由于基坑开挖使支护结构内外土重量的平衡关系被打破，桩后土重超过坑底内基底土的承载力时，产生坑底隆起现象。如果支护采用的板桩强度不足，板桩的人土部分破坏，坑底土也会隆起。此外，当基坑底下有薄的不透水层，而且在其下面有承压水时，基坑会出现由于土重不足以平衡下部承压水向上的顶力而产生隆起。当抗底部为挤密的桩群时，孔隙水压力不能排出，待基坑开挖后，也会出现坑底隆起。当抗底部为挤密的桩群时，孔隙水压力不能排出，待基坑开挖后，也会出现坑底隆起。
　　（5）施工质量差与管理不善。诸如支护用的灌注桩质量不符合要求；桩的垂直度偏差过大，或相邻桩出现相反方向的倾斜，造成桩体之间出现漏洞；钢支撑的节点连接不牢，支撑构件错位严重；基坑周围乱堆材料设备，任意加大坡顶荷载；挖土方案不合理，不分层进行，一次挖至基坑底标高，导致土的重应力释放过快，加大了桩体变形。
　　（6）不重视现场监测。决定基坑支护结构的安全因素很多，有许多是设计前不一定能估计到的，因此为了确保支护结构使用中的安全，重视现场监测，随时掌握支护结构的变形与内力情况，采取必要的措施是十分重要的。不少支护结构失败的实例证明，不重视场监测是重要原因之一。
　　（7）降水措施不当。例如在可能出现流砂的基坑采用明排水，导致流砂发生，周围地面出现较大沉降；又如采用人工降低地下水位时，没有采用回灌措施，保护邻近建筑物而造成事故等。
　　（8）基坑暴露时间过长。大量实际数据表明，基坑暴露时间愈长，支护结构的变形也愈大，这种变形直到基坑被回填才会停止。所以在基坑开挖至设计标高以后，基础的混凝土垫层应随挖随浇，快速组织施工，减少基坑暴露时间。
　　从造成基坑失稳、桩体断裂、地表沉降及坑底隆起、管涌等事故的原因分析中可以得知，不合理的设计方案、不良的施工技术和施工管理是造成基坑事故的主要原因，但一个事故的出现往往是诸多不利因素的综合表现。
　　二、深基坑支护事故常用处理方法
　　1、支挡法
　　当基坑支护结构出现超常变形或倒塌时，可以采用支挡法，加设各种钢板桩及内支撑。加设钢板与断桩连接，可以防止桩后土体进一步塌方而危及周围建筑物的情况发生；加设内支撑可以减少支护结构的内力和水平变形。在加设内支撑时，应注意第一道支撑应尽可能高；最下一道支撑应尽可能降低，仅留出灌制钢筋混凝土基础底板所需的高度。有时甚至让在底部增设的临时支撑永久地留在建筑物基础底板中。
　　2、注浆法
　　当基坑开挖过程中出现防水帷幕桩间漏水，基坑底部出现流砂、隆起等现象时，可以采用注浆法进行加固处理，防止事态的进一步发展，俗话说"小洞不补，大洞吃苦"，一些大的工程事故都是由于在事故刚出现苗头时没有及时处理，或处理不到位造成的。注浆法还可以用作防止周围建筑物，地下管线破坏的保护措施。总之，注浆法是近几年来广泛地用于基坑开挖中土体加固的一种方法。该法可以提高土体的抗渗能力，降低土的孔隙压力，增加土体强度，改善土的物理力学性质。
　　注浆工艺按其所依据的理论可以分为渗入性注浆、劈裂注浆、压密注浆、电动化学注浆。
　　渗入性注浆所需的注浆压力较大，浆液在压力作用下渗入孔隙及裂隙，不破坏土体结构，仅起到充填、渗透、挤密的作用，较适用于吵土、碎石土等渗透系数较大的土。
　　劈裂注浆所需的注浆压力较大，浆液在压力作用下渗入孔隙及裂隙，不破坏土结构，仅起到充填、渗透、挤密的作用，较适用于砂土、碎石土等渗透系数较大的土。
　　劈裂注浆所需的注浆压力较高，通过压力破坏土体原有的结构，迫使土体中的裂缝或裂隙进一步扩大，并形成新的裂缝或裂隙，较适用于象软土这样渗透系数较低的土，在砂土上也有较好的注浆效果。
　　注浆法所用的浆液一般为在水灰比0.5左右的水泥浆中掺水泥用量10%～30%的粉煤灰。另外还可以采用双液注浆，即用二台注浆泵，分别注入水泥浆和化学浆液，二种浆液在管口三通处汇合后压入土层中。
　　注浆法在基坑开挖中的应用有以下几种用途：
　　（1）用于止水防渗、堵漏。当止水帷幕桩间出现局部漏水现象时，为了防止周围地基水土流失，应马上采用注浆法进行处理；当基坑底部出现管涌现象时，采用注浆法可以有效地制止管涌。当管涌量大不易灌浆时，可以先回填土方与草包，然后进行多道注浆。
　　（2）保护性的加固措施。当由监测报告得知由于基坑开挖造成周围建筑物、地下管线等设施的变形接近临界值时，可以通过在其下部进行多道注浆，对这些建筑设施采取保护性的加固处理。注浆法常用的加固方法之一。但应引起注意的是，注浆所产生的压力会给基坑支护结构带来一定的影响，所以在注浆时应注意控制注浆压力及注浆速度，以防对基坑支护带来新的危害。
　　（3）防止支护结构变形过大。当支护结构变形较大时，可以对支护桩前后土体采用注浆法。对桩后土体加固可以减少主动土压力；对桩前土体的加固可以加大被动土压力，同时还可以防止基坑底部出现隆起，增加基底土的承载能力。
　　3、隔断法
　　隔断法主要是在被开挖的基坑与周围原有建筑物之间建立一道隔断墙，该隔断墙承受由于基坑开挖引起的土的侧压力，必要时可以起到防水帷幕的作用。隔断墙一般采用树根桩、深层搅拌标桩、压力注浆等筑成，形成对周围建筑物的保护作用，防止由于基坑的坍塌造成房屋的破坏。
　　4、降水法
　　当坑底出现大规模涌砂时，可在基坑底部设置深管井或采用井点降水，以彻底控制住流砂的出现。但采用这两种方法时应考虑周围环境的影响，即考虑由于降水造成周围建筑物的下沉，地下管线等设施的变形，所以应在周围设回灌井点，以保证不会对周围设施造成破坏。
　　5、坑底加固法
　　坑底加固法主要是针对基坑底部出现隆起、流砂时所采取的一种处理方法。通过在基坑底部采取压力注浆、搅拌桩、树根桩及旋喷桩等措施，提高基坑底部土体的抗剪强度，同时起到止水防渗的作用。
　　6、卸载法
　　当支护结构顶部位移较大，即将发生倾覆破坏时，可以采用卸载法，即挖掉桩后一定深度内的土体，减小桩后主动土压力。
　　该法对制止桩顶部过大的位移，防止支护结构发生倾覆有较大作用。但必须在基坑周围场地条件允许的情况下才可以采用。
　　三、工程实例
　　1、背境资料
　　广东省湛江市某综合楼主楼20层，高约75m，设2层地下室，基坑开挖深度为10m左右。基坑场地土质差，基坑开挖深度范围内均为杂填土、素填土、淤泥质土、淤泥质粉土，地下水位仅在地面以下0.91～1.80m。
　　该综合楼基坑支护结构采用钻孔灌注桩和钢支撑作受力结构。钻孔灌注桩直径采用φ800mm，有效桩长19m。钢支撑采用φ609mm×10mm钢管，在基坑东西向设置二层各3根水平支撑，同时，在四角各设置二层支撑。采用密排深层搅拌桩作为阻水帷幕，桩径φ700mm,搭接200mm,有效桩长为18m。
　　该综合楼西侧临某工业局大楼，东邻紧靠某教育中心楼房。为了确保基坑开挖、基坑施工期间基坑及邻近建筑物的安全，建设单位在基坑施工过程中采用了现场安全监测手段。
　　按照施工组织设计，基坑开挖先南后北。在基坑南部开挖至坑底-9.00m时，安全监测测得土体向基坑内侧的最大水平位移达到57mm，超过报警值（40mm）。一天后，基坑南侧支护桩半数出现横向裂缝，钢支撑与支护桩系梁连接件扭屈，支护桩连系梁断缝，钢支撑与支护桩连接件扭屈，支护桩连系梁断裂，支护桩外侧地面出现多条裂缝，地面裂缝最宽达到15mm左右，土层松动，局部塌陷，整个基坑南侧出现倒塌的迹象。
　　（2）事故原因分析
　　该基坑事故的主要原因是基坑支护设计方案欠妥，设计者对基坑周围实际环境调查分析不够，支护结构实际承受主动土压力大于设计值，设计支护结构地面附加荷载考虑不全面，基坑南侧邻近有土建施工临时设施房屋两排，钢材堆和加工区。
　　施工单位基坑开挖时违反了先撑后挖，分层开挖，支护桩附近留内压土台的施工原则，出现超挖、未撑就挖的现象，造成基坑卸载较快，基底回弹，支护变形过大。
　　钢支撑施工时，施工单位未在支护桩预埋铁件，用气锤敲碎桩混凝土，使其主筋外露，焊接围檩支架。因此损伤了支护桩的混凝土，结果支护变形增大，支护桩的裂缝均出现在受损的混凝土断面附近。
　　钢角支撑施工时，必须反复预加荷载，第一道和第二道钢角支撑内力会重分布。而施工单位加了第二道角支撑时，第一道角支撑卸载，未即时补荷载，这样支护变形，支护结构主要压力集中作用在第二道角支撑上，第一道角支撑未起作用，第二道角支撑与支护桩连系梁连接件发生扭曲破坏。
　　（3）事故处理
　　根据安全监测数据，在基坑内分块打垫层，以工程桩为支撑点在垫层内设置六根水平钢支撑，在基坑底浇捣了一根混凝土大梁，把支护桩连接在一起，同时也作为六根水平钢支撑点，基坑内还回填一部分挖土。在基坑南侧外采用三排压密注浆的方法，起了防水防渗和加固土层的作用。基坑内角支撑重新预加荷载，加固角支撑与支护桩连接件，基坑开挖施工静停一个月，加强安全监测。
　　根据安全监测数据表明所用事故处理措施是正确的，基坑南侧继续施工未出现险情。
　　结束语
　　深基坑工程一定要从勘察、设计、施工、监测各方面综合考虑，才能避免或减少安全质量事故的发生。
　　参考文献
　　[1]GB50497-2009.建筑基坑工程监测技术规范[S].
　　[2]JGJ102-99.建筑基坑支护技术规程[S].

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