深基坑工程讲义一三

深基坑工程事故案例分析一、深基坑的概念及特点二、深基坑工程事故类型及处理措施三、土方开挖阶段事故预防四、深基坑工程事故预防及处理五、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事故调查结果公布

2008年11月15日下午3时15分，正在施工的杭州地铁湘湖站北2基坑现场发生大面积坍塌事故，造成21人死亡，24人受伤(截止2009年9月已先后出院)，直接经济损失4961万元。

其直接原因是施工单位违规施工、冒险作业、基坑严重超挖；支撑体系存在严重缺陷且钢管支撑架设不及时；垫层未及时浇筑。监测单位施工监测失效，施工单位没有采取有效补救措施。

1、杭州地铁深基坑事故概况杭州地铁事故基坑，长107.8m，宽21m，开挖深度15.7～16.3m。设计采用800mm厚地下连续墙结合四道（端头井范围局部五道）Φ609钢管支撑的围护方案。地下连续墙深度分别为31.5m～34.5m。基坑西侧紧临大道，交通繁忙，重载车辆多，道路下有较多市政管线(包括上下水、污水、雨水、煤气、电力、电信等)穿过，东侧有一河道，基坑平面图如下图所示。1.2工程概况根据勘察，北2基坑西侧坍塌区为深厚的淤泥质土层，平均厚度32m，最大厚度35m，天然含水率近50%，呈流塑-软塑状，土体力学性质差。地下潜水位为0.5m，无承压水。

土层序号土层名称层厚(m)含水率湿密度土粒比重天然孔隙比液限塑限塑性指数液性指数W(%)ρ(g/cm3)Gseωl(%)ωp(%)IPIL②2粘质粉土430.51.902.700.85④2淤泥质粘土1648.61.712.741.3741.822.319.51.35⑥1淤泥质粉质粘土1745.21.722.731.3037.521.516.01.48⑧2粉质粘土夹粉砂>933.01.832.720.9433.520.113.40.96各土层的物理指标土层固结快剪值三轴CU值cφCcuΦcu②2粘质粉土3.928.83.928.8④2淤泥质粘土13.510.612.313.2⑥1淤泥质粉质粘土1314.51313.8⑧2粉质粘土夹粉砂12.216.819.421.3各土层的力学指标基坑土方开挖共分为6个施工段，总体由北向南组织施工至事故发生前，第1施工段完成底板混凝土施工，第2施工段完成底板垫层混凝土施工，第3施工段完成土方开挖及全部钢支撑施工，第4施工段完成土方开挖及3道钢支撑施工、开始安装第4道钢支撑，第5、6施工段已完成3道钢支撑施工、正开挖至基底的第5层土方同时，第1施工段木工、钢筋工正在作业;第3施工段杂工进行基坑基底清理，技术人员安装接地铜条;第4施工段正在安装支撑、施加预应力，第5、6施工段坑内2台挖机正在进行第5层土方开挖。1.3

事故概况首先西侧中部地下连续墙横向断裂并倒塌，倒塌长度约75m，墙体横向断裂处最大位移约7.5m，东侧地下连续墙也产生严重位移，最大位移约3.5m。由于大量淤泥涌入坑内，风情大道随后出现塌陷，最大深度约6.5m。地面塌陷导致地下污水等管道破裂、河水倒灌造成基坑和地面塌陷处进水，基坑内最大水深约9m。下图所示为一组事故现场照片。根据勘查结果对对基坑土体破坏坏滑动面及地下下连续墙破坏模模式进行了分析析，并绘制相应应的基坑破坏时时调查平面图与与施工工况图以以及基坑土体滑滑动面与地下连连续墙破坏形态态断面图。2.1破坏模模式分析2、杭州地铁铁深基坑事故的的原因分析据靠近西侧地下下连续墙静力触触探试验表明，，在绝对标高-8m～-10m处(近基坑底部)，qc值为0.20MPa（qc仅为原状土的30％左右），土体体受到严重扰动动，接近于重塑塑土强度，证明明土体产生侧向向流变，存在明明显的滑动面。。西侧地下连续墙墙墙底（相应标标高-27.0左右），C1孔静探qc值约为0.6MPa（qc为原状土的70％左右），土体体有较大的扰动动，但没有产生生明显的侧向流流变，主要是地地下连续墙底部部产生过大位移移而所致。杭州地铁破坏模模式示意图2.2勘察问题由于勘察工作量量不足，加上勘勘察人员对土性性的认识的不足足，造成基坑工工程勘察资料不不详细或土的物物理力学指标取取值偏高，使设设计计算失误引引起的事故。如如杭州地铁工程程在勘察方面主主要有以下一些些问题：不符合规范要求求1）基坑采取原状状土样及相应主主要力学试验指指标较少，不能能完全反映基坑坑土性的真实情情况。2）勘察单位未考考虑薄壁取土器器对基坑设计参参数的影响，以以及未根据当地地软土特点综合合判断选用推荐荐土体力学参数数。3）勘察报告推荐荐的直剪固结快快剪指标c、Φ值采用。平均值值，未按规范要要求采用标准值值，指标偏高。。4）勘察报告提供供的④2层的比例系数m值（m=2500kN/m4)与类似工程经验验值差异显著。。提供的土体力学学参数互相矛盾盾，不符合土力力学基本理论。。1）推荐用于设计计的主要地层土土的三轴CU、UU试验指标、无侧侧限抗压强度指指标与验证值、、类似工程经验验值差异显著。。试验原始记录已已遗失，无法判判断其数据的真真实性。2.3设计问题由于基坑设计涉涉及到多种学科科，如土力学、、基础工程、结结构力学和原位位测试技术等，，需要对场地周周围环境、施工工条件、工程地地质条件、水文文地质条件详细细了解和掌握，，是一门系统科科学，具有复杂杂性。所以目前前基坑支护的设设计方案与措施施大多数是偏于于保守的，即便便如此，如果设设计的人员经验验不足，考虑不不周，也易引起起相应的事故。。对522例基坑事故统计也也说明基坑设计的的不足，是引发事事故的重要原因。。杭州地铁工程在在设计方面主要有有以下一些问题：：计算参数的选择1）设计单位未能根根据当地软土特点点综合判断、合理理选用基坑围护设设计参数，力学参参数选用偏高降低低了基坑围护结构构体系的安全储备备。2）设计中考虑地面面超载20kPa较小。基坑西侧为为一大道，对汽车车动荷载考虑不足足。根据实际情况况，重载土方车及及混凝土泵车对地地面超载宜取30kPa，与设计方案20kPa相比，挖土至坑底底时第三道支撑的的轴力、地下连续续墙的最大弯矩及及剪力均增加约4%~5%，也降低了一定的的安全储备。考虑不周，经验欠欠缺1）设计图纸中未提提供钢管支撑与地地下连续墙的连接接节点详图及钢管管节点连接大样，，也没有提出相应应的施工安装技术术要求。没有提出出对钢管支撑与地地连墙预埋件焊接接要求。2）从地质剖面和地地下连续墙分布图图中可以看出，对对于本工程事故诱诱发段的地下连续续墙插入深度略显显不足，对于本工工程，应考虑墙底底的落底问题。3）设计提出的监测测内容相对于规范范少了3项必测内容。2.4施工问题题基坑土方超挖以及及支撑施加不及时时，支撑体系存在在薄弱环节，基坑坑边超载过大等均均容易引起基坑失失稳。由于在以上上因素的作用下，，会引起基坑围护护结构变形较大，，容易导致支撑破破坏或地下水管破破裂，进而引发事事故的发生。如杭杭州地铁工程在施施工方面主要有以以下一些问题。（1）土方超挖土方开挖未按照设设计工况进行，存存在严重超挖现象象。特别是最后两两层土方（第四层层、第五层）同时时开挖，垂直方向向超挖约3m，开挖到基底后水水平方向多达26m范围未架设第四道道钢支撑，第三和和第四施工段开挖挖土方到基底后约约有43m未浇筑混凝土垫层层。土方超挖导致致地下连续墙侧向向变形、墙身弯矩矩和支撑轴力增大大计算土层参数情况类型最大变形（mm）第一道支撑力（kN）第二道支撑力（kN）第三道支撑力（kN）第四道支撑力（kN）最大负弯矩（kN-m/m）最大正弯矩（kN-m/m）最大剪力(kN/m)抗倾覆坑底隆起墙底承载力固结快剪值不超挖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与设计工况相比，，如第三道支撑施施加完成后，在没没有设置第四道支支撑的情况下，直直接挖土至坑底，，第三道支撑的轴轴力增长约43%，作用在围护体上上的最大弯矩增加加约48%，最大剪力增加约约38%；超过截面抗弯承承载力设计值1463kN•m/m。支撑体系问题1）现场钢支撑活络络头节点承载力明明显低于钢管承载载力钢支撑体系均采用用钢管结合双拼槽槽钢可伸缩节点，，施加预应力后后钢楔塞紧传递荷荷载但该节点的设设计、制作加工、、检测、验收、、安装施工等均无无标准可依，处处于无序状态现场取样试验结果果表明，正常施施工状态下该节点点的承载力为3000kN，明显低于上述钢钢管的承载力计算算值5479kN。如果在未设置第4道支撑的情况下直直接挖土至坑底，，第3道钢管支撑的最大大轴力均超过钢管管支撑轴心受压承承载力设计值3000kN如果进一步考虑活活络头偏心、钢楔楔没塞满活络头间间隙等节点薄弱因因素，实际作用用于第3道支撑的轴力与钢钢管节点的承载能能力之间的差距将将更大。现场钢支撑体系的的破坏状态表明：：大部分破坏均均为该节点破坏，，充分说明该伸缩缩节点不满足与钢钢管等强度、等等刚度的连接要求求。2）钢管支撑与工字字钢系梁的连接不不满足设计要求设计要求钢管支撑撑在系梁搁置处，，需采用槽钢有效效固定，实际情况况部分采用钢筋（（有的已脱开）固固定、部分没任何何固定措施，这使使得钢管计算长度度大大增加，钢管管弯曲现象不同程程度存在，最大弯弯曲值达11.76cm，由于偏心受压降降低了钢管支撑的的承载力。两端铰支、中间无无支点钢管抗压强强度设计值钢材型号连接方式稳定系数φφfA(kN)Q235轧制0.6334057焊接0.5533541两端铰支、中间有有一支点钢管抗压压强度设计值钢材型号连接方式稳定系数φφfA(kN)Q235轧制0.9155865焊接0.8555479从以上计算可以看看出，在本工程中中，21.05m无支点的钢管相对对中间有一支点的的钢管的抗压强度度设计值减小了约约1/3，相差较大。设计要求系梁垂直直方向每隔三跨设设一道剪刀撑，边边跨应设置，实际际情况未设，降低低了支撑体系的总总体稳定性。3）钢立柱之间也未未按设计要求设置置剪刀撑钢支撑安装位置相相对设计位置偏差差较大，最大达83.6cm,平均为20.6cm；相邻钢管间距与与设计间距偏差最最大达65.0cm。安装偏差导致支支撑钢管受力不均均匀和产生了附加加弯矩。4）部分钢支撑的安安装位置与设计要要求差异较大5）钢支撑与地下连连续墙预埋件未进进行有效连接钢管支撑与地连墙墙预埋件没有焊接接，直接搁置在钢钢牛腿上，没有效效连接易使支撑钢钢管在偶发冲击荷荷载或地下连续墙墙异常变形情况下下丧失支撑功能。。2.5监测问题基坑工程不确定性性因素多，应实施施信息化施工，监监测是基坑信息化化施工中必不可少少的手段，对基坑坑工程，监测单位位应科学、认真测测试，及时、如实实报告土体位移、、地面沉降、支撑撑轴力等测试成果果。对于杭州地铁铁工程在施工方面面主要有以下一些些问题：电脑中的原始数据据被人为删除，通通过对监测人员使使用的电脑进行的的数据恢复，发现现以下3个问题。（1）2008年10月9日开始有路面沉降降监测点11个，至11月15日发生事故前最大大沉降316mm，监测报表没有相相应的记录。（2）11月1日49号（北端头井东侧侧地连墙）测斜管管18m深处最大位移达43.7mm，与监测报表不符符。（3）2008年11月13日CX45号测斜管最大变形形数据达65mm，超过报警值(40mm)，与监测报表不符符。通过以上可以发现现，电脑中的数据据与报表中的数据据不一致，实际变变形已超设计报警警值而未报警，可可以认为监测方有有伪造数据或对内内对外两套数据的的可能性。（1）提供的监测报表表中数据存在伪造造现象，隐瞒报警警数值，丧失了最最佳抢险时机。（2）监测方案中的监监测内容和监测点点数量均不满足规规范要求。监测项目规范要求设计方案施工监测方案实际监测内容周围建筑物沉降和倾斜(地表沉降)√√√√（地表沉降）周围地下管线的位移√×××土体侧向变形√×××墙顶水平位移√√√√墙顶沉降√√√√支撑轴力√√√√地下水位√√√√立柱沉降√×××孔隙水压力△×××墙体变形△√√√墙体土压力△×××坑底隆起△√××监测项目设计图纸数量施工监测方案数量实际监测