建筑工程技术毕业论文-基坑支护工程中边坡坍塌原因分析及处理

PAGE6基坑支护工程中边坡坍塌原因分析及处理一、引言近三年建设部备案的重大施工坍塌事故中，基坑坍塌约占坍塌事故总数的50%。塌方事故造成了惨重的人员伤亡和经济损失。对施工坍塌的专项治理是近年来建筑安全工作的重点之一。基坑坍塌，可大致分为两类:基坑边坡土体承载力不足；基坑底土因卸载而隆起，造成基坑或边坡土体滑动；地表及地下水渗流作用，造成的涌砂、涌泥、涌水等而导致边坡失稳，基坑坍塌。支护结构的强度、刚度或者稳定性不足，引起支护结构破坏，导致边坡失稳，基坑坍塌。导致基坑坍塌的原因可归结为技术和管理两个层面，本文分析基坑坍塌事故发生的原因和特点，提出防范建议。二、基坑坍塌事故概况发生事故的企业，无施工资质和无施工许可证者占企业总数的近50％，10%左右的企业属三级或者三级以下施工资质。坍塌事故中，工业与民用建筑约占54%，道路、排水管线沟槽约占38%，桥涵、隧道的约占8％。放坡不合理或支护失效引发的事故约占74%，其中无基坑支护设计导致的事故约占60％。未编制施工组织设计引发的事故约占56％，施工组织设计不合理导致的事故约占19％，不严格按规范和施工组织设计施工导致的事故约占25％。发生坍塌的基坑（或边坡）深度从1.9米～22米，发生在1.9米～10米的事故约占78％，10米～20米的约占17％，20米以上约占5％。

三、基坑坍塌事故分析1、地质勘察报告不满足支护设计要求

地质勘察报告往往忽视基坑边坡支护设计所需的土体物理力学性能指标，不注重对周边土体的勘察、分析，这使得支护结构设计与实际支护需求不符。某办公楼基坑设计深度6米，仅对建筑物范围内的土体。进行了勘察，而基坑边坡淤泥质土层的相关指标，凭“经验”给出。因提供的边坡土体物理力学性能指标与事故后的勘察值严重不符，导致据此设计、施工的支护体系（4排搅拌桩）滑移、倾斜，造成基坑坍塌。2、无基坑支护结构设计基坑支护设计是基坑开挖安全的基本保证，应由有设计资质的单位进行支护专项设计。陕西省宝鸡市一大厦基坑，深8.8米，竟无基坑支护设计，施工中也未按规范要求放坡，导致基坑坍塌。

3、支护结构设计存在缺陷由于基坑现场的地质条件错综复杂，设计人员应根据现场实际情况进行支护结构设计。支护结构设计存在的缺陷，势必形成安全隐患，有的坍塌事故就是支护结构设计不合理所致。海口市某宾馆深基坑，地质条件复杂，采用的喷锚支护方案缺乏技术论证和针对性，当开挖到基坑底部时，基坑壁土体大范围坍塌。武汉市某基坑一人工挖孔护坡桩工程，地面以下6米左右有淤泥层。桩井设计深度13.5米，当挖至6米深时，尚未完工的相邻桩井突然塌陷，两桩井贯通，淤泥突然涌入该桩井，正在井下作业的1人被掩埋。

4、放坡不当基坑开挖前应根据地质和基坑周边环境情况，确定基坑边坡高宽比，计算边坡的稳定性。某营业楼基坑深16米，坑壁为杂填土和淤泥质粘土，采用1：1放坡加土钉墙的支护的措施，由于基坑边坡高宽比过大，开挖至约10米深时，还没有来得及进行土钉墙施工，基坑突然坍塌。

5、排、降、截、止水方法不当水患控制是基坑施工的重点，应采取合理、有效的控水方案。对控水方案的实施必须进行监测，并对可能出现的险情，制定应急措施。济南市两座商厦均因降水措施不当，造成基坑开挖时地面局部塌陷，支护结构和周围建筑物遭到不同程度的破坏。

6、无施工组织设计

施工组织设计是施工的依据，施工方应根据工程地质及水文条件、现场环境等编制施工组织设计，经勘察、设计、监理方和相关部门审查后，方可施工。无施工组织设计，必然造成现场违章指挥，违章作业。兰州市一住宅楼人工挖孔桩工程，无施工组织设计，无有效的安全及技术措施，现场违章指挥，导致桩井坍塌，3名作业人员窒息死亡。

7、基坑开挖方案不合理

有的事故是由于基坑开挖方案不合理所致，如挖土进度过快，开挖分层过大，超深开挖；护坡桩成桩后即开挖土方；基坑挖到设计标高后未及时封底，暴露时间过长等。济南市某商厦基坑超深开挖，每次挖深达6米，且进度过快，土钉墙支护未与挖土同步，造成基坑局部坍塌。

8、不按施工组织设计施工

黑龙江公路部门一办公楼基坑，不按施工组织设计施工，导致基坑坍塌，造成3人死亡，2人受伤。南昌某广场综合楼工程，施工方擅自将C20混凝土挖孔桩护壁改成竹篾护壁，导致坍塌。9、对意外情况处理不当土方开挖过程中遇障碍物、管道等时，不及时报告，而是以侥幸心理继续施工。贵州某道路改造工程，开挖时遇一毛石混凝土结构化粪池，在未报告业主、设计和监理方的情况下，施工方擅自进行爆破，并在化粪池侧墙底部开洞排污，导致化粪池侧墙坍塌。

10、忽视周边环境、建筑物等对基坑的影响

基坑开挖前应了解基坑周边环境、建筑物、地表水排泄、地下管线分布、道路、车辆﹑行人等情况，并且采取相应措施。

（1）忽视导致土体应力增加的因素

基坑边上的堆土和机具以及动荷载，雨水﹑施工用水渗透等因素，使土体自重和土体剪应力增加。许昌市某市政沟槽平均深度3.5米，槽身的一侧有一与其平行的2.2米深、带盖引水渠。施工时渠内积满生活废水，开挖的土体和准备打支撑用的材料堆放在水渠盖板上。当挖至2.7米深时，由于渠内水面高于沟槽，水不断向开挖面渗透，加之水渠盖板上堆土和材料荷载的作用，水渠和堆土突然向沟槽一方坍塌。

（2）无视与基槽相邻的建筑物

《建筑地基基础设计规范》规定，新建建筑物的基础埋深不宜大于原有建筑物基础，或两基础之间的净距应该大于两基础高差的1～2倍，否则要采取分段施工﹑做护坡桩、地下连续墙或加固原有基础等措施，确保原有基础安全。乌鲁木齐某大厦因基坑施工迁移的排水管沟，深2.8米，其侧壁距已有的民房仅0.8米。因管线沟槽无任何支护措施，距民房过近，开挖深度超过民房基础底标高，民房地基受到严重扰动，造成民房及沟槽坍塌。

11、未对基坑开挖实施监控

对基坑开挖过程中的监控是通过布置观测点，监测基坑边坡土体的水平和垂直位移、水渗透影响、支护结构应力和变形等，以便及时预防和控制事故。重庆某小区工程，对高度近20米的基坑边坡不做监控，由于未能及时掌握土体变形情况，对基坑的突然坍塌毫无防备。

12、施工质量达不到设计要求

护坡桩缩颈、断桩，锚杆或土钉达不到设计长度，倾角与原设计符，灌浆质量差等，使支护结构承载力和对土体的支护达不到设计要求，形成事故隐患。

13、管理及技术人员缺乏专业常识

有的管理及技术人员缺乏专业常识，把围墙当挡土墙使用。新疆某大厦基坑开挖时，施工方将围墙当挡土墙使用，导致44人被倒塌的围墙压埋，造成19人死亡，25人受伤的重大安全事故。青海某给水管沟工程开挖深度仅1.9米，施工时工人将沟壁底脚掏空，并将土堆积在沟壁顶部，导致管沟南侧24米长的沟壁坍塌，3人身亡。

四、防范基坑坍塌建议

第一，严格贯彻、执行《建筑法》、《建设工程安全生产管理条例》及相关技术规范、规程的规定，从源头上、施工过程中全面降低安全事故发生的几率。第二，基坑支护结构设计和基坑开挖施工组织设计，除正常的审查外，还应经建设行政主管部门认可的专家委员会和技术咨询机构审查通过,方可作为施工依据。

第三，重视基坑监测，消除安全隐患。按《建筑地基基础设计规范》、《建筑边坡工程技术规范》要求对基坑实施监测，掌握基坑边坡土体及已有建筑物的水平和垂直位移、水渗透影响、支护结构的变形和应力等情况。一旦监测值接近规范容许值和所测指标突变时，应及时向业主、监理、设计方报告，并根据监测情况及时调整支护结构和施工方案。

第四，改善技术交底工作。必须重视和改善安全和技术交底工作，落实逐级、逐项安全和技术交底制度。交底时应在施工组织设计基础上作技术细化，强调安全注意事项；用通俗的语言，使作业人员理解、掌握，并按照安全和技术要求作业。

第五，加强施工监管。基坑开挖过程中，必须有技术人员现场指挥和监理方的监管。施工和监理方要把监督重点放在事故多发的环节，尤其是基坑支护结构施工﹑基坑放坡﹑排水降水﹑开挖土体的堆放等方面。4.6防范次生事故造成的伤害。事故发生后，因次生事故、抢险措施或防护不当，造成更多伤亡的现象也较为突出，这暴露出施工现场管理和技术人员对事故的发展和危害，缺乏科学的判断；现场事故救援水平低及救援装备欠缺。基坑施工前，应作次生事故分析预测，施工现场应按应急预案，配备经培训合格的急救人员和急救器材。五、案例分析1.工程概况某基坑工程深10.4m。表层土为杂填土，平均厚度约4m，周边水电管线设备等地下设施比较复杂。上部采用桩锚支护，主要支护措施有：微型桩、土钉、喷混凝土护面等，但其设计坡度极陡达到86°，基坑施工阶段又处于多雨时期。其专业分包单位基本按照施工组织设计的要求进行分层开挖与支护，每层开挖深度为2m，开挖后对壁面进行修整，再进行边坡喷锚施工。2010年9月20日，东侧FG坡段下挖施工至5m便出现严重坍塌，幸无人员伤亡。设计变更后该处采用人工挖孔桩作为支护加固措施。由于6m以下为坚硬岩层施工困难，经设计许可人工挖孔桩没有嵌入基坑底面。目前重新下挖至7m处的支护效果良好，锚索设计与施工正在同步进行。基坑后期主要抗侧力结构将由锚索代替，基坑的安全问题仍应高度重视。2.基坑的坍塌原因与破坏机理分析（1）分析该基坑坍塌的原因由基坑坍塌原因是设计缺陷、边坡渗水、防雨不到位、离工质量缺陷及土质差且受地下设施限制造成，前期的概念设计是关键，要依据地质资料、气象资料和工程实际情况选取合适的支护方案。而水患控制则是基坑工程施工的重点，应采取合理、有效的防水控水方案。（2）坍塌坡段的破坏机理分析基坑工程边坡的破坏类型需到现场根据地形、地质特征及其破坏过程进行辨识，破坏原因包含基因与诱因。地质(边坡的土质特点、地质构造)与地形特征、周边环境和边坡支护结构，属于边坡破坏的内在因素（即为边坡基因)：雨水、地震、人工堆码与扰动等外在因素则为基坑边坡坍塌的诱因。诱因与基因共同决定了边坡坍塌发生的时机与规模。基坑坍塌表现为支护结构的强度、刚度或者稳定性不足，从而引起支护结构的破坏，导致边坡失稳与坍塌。对此事故采取抢险处理或临时加固的措施应迅速辨识边坡破坏类型，以防止措施失当造成包括人员伤亡与财产损失(即二次灾害)，破坏类型同时作为设计变更的考虑依据。由于理论上具有相同类型的边坡基因，应有相同类型的破坏方式，因此，我们可根据不同的坍塌类型自身特殊的辨识指标进行判断。基于台湾张石角的理论，地滑可分为平面型地滑、弧型地滑、楔型地滑与翻转地滑等几种类型，再根据坍塌现场微型桩的倾斜方向，我们对该基坑东侧FG段边坡的破坏方式判定为翻转地滑，即边坡翻转破坏。边坡翻转破坏是有前兆的，基坑施工过程多次在坡顶出现贯通裂缝，尤其在雨后开裂极其严重。当裂缝出现时，支护单位虽然对其进行了注浆处理，来达到防雨水渗入进一步破坏土体的目的，但这并没有从根本上解决问题。这些裂缝为何反复出现，以及采取什么有效的防坍塌措施。针对坡段坍塌前多次在雨后出现裂缝且有明显的沉降的情况，我们将出现沉降的原因分析如下：1)由于支护面在受到土体侧压力的作用下会产生微量位移，从而导致了支护面与以后出现的破坏面之间的夹角变大；2)由于夹在支护面与破坏面之间的土体要保持体积恒定，这时在基坑边上、支护面附近的土体因材质不同易出现贯通裂缝，所以在产生相对水平位移的同时，该部分土体(下称夹土)在自重作用下将发生下沉。3、边坡坍塌必然性分析边坡坍塌的流程为：侧压力作用下产生微量位移→坡顶出现裂缝→雨水侵蚀边坡土体→土体原状结构受破坏→夹土液化丧失粘结力形成薄弱面→形成上大下小的不稳定结构→不利效应的足量积累最终导致坍塌。原复合土钉墙的受力原理为重力式挡土墙，但是在设计坡度过陡、钢筋锚固长度较短的条件下，支护面犹如在受拉区域无配筋的竖向悬臂梁，倾覆弯矩完全由单排φ100mm的微型桩承担，然而由于微型桩主要用于坡底抗剪，其抗弯能力极低。当裂缝出现时，注浆处理虽达到了防止雨水继续渗入的目的，但并没有提供维持土体稳定的粘结拉力，故未能有效防止边坡的坍塌(图3)。4、坍塌加固处理措施及分析本事故中，设计采用人工挖孔桩的方式增强了坍塌边坡的稳定性，从而防止了二次坍塌，前期作为悬挑构件支护的效果较好，但因实际施工困难、孔桩长度参差不齐且未能嵌入基坑底部，所以在基坑施工达到一定深度后，梳状桩体将转变成钢丝网混凝土护面的竖向连梁与锚索共同工作，后期抗侧力结构将全部由锚索代替，但对其位移应进行严格限制。锚索施工在满足设计承载力的前提下，还应加强对位移的监测、控制对掌握基坑状况和及时采取有效措施。下面对变更后支护结构的土压力进行等效，通过力的矢量三角形变化和位移假设法进行研究说明。当上部位移过大时，由支护体系受力矢量三角形的变化图得知，锚索所受拉力将迅速增大，故在土体提供足够锚固力及钢索与混凝土良好粘结的前提下，应保证锚索具有足够的锚固长度和抗拉承载力(即钢绞线截面)，以确保锚固体的注浆质量及连梁处节点防冲切的构造措施，尤其是第l道锚索的设计位置、承载力和密度要特别得到重视。当下部位移过大时，孔桩端部的支撑岩面受力面积减小而压强增大，致使桩端岩石破坏围护结构脱落失效。故除了确保桩端岩石自身的稳定外还应限制坡底位移，即：实行信息化施工，尤其对支护结构的位移进行监控，做到及时反馈和处理。关于支护面位移对土压力的影响，我们可将开挖面以上其外侧土体视作土弹簧。位移的发生过程是土压力的释放和重新分布的过程。当发生位移时，土体对支护体系的总侧压力虽然变小，但会产生使基坑安全状态进入恶心循环的不利效应而最终导致护坡的坍塌。因此，在监测到边坡变形超过安全限值时，