深基坑工程講義一三

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