武汉部分地区属于典型的软黏土地区, 地下水位高, 软土强度低、变形大、压缩性高、具有明显的流变性, 基坑工程的“时空效应”显著, 基坑工程建设风险远高于其他地区, 若控制不当则易导致基坑工程险情或事故的发生。近年来, 基坑事故时有发生, 一些学者做了大量研究工作:如冯柳等从统计学角度对基坑事故发生的概率进行了研究;张旷成等从岩土工程地质角度对基坑坍塌事故进行了分析。而本文将以上海某基坑坍塌事故为例, 从设计、施工、监理、监测角度对基坑坍塌事故进行全方位剖析, 进一步提出降低基坑工程风险的对策。

某车辆段出入段线位于武汉市江岸区后湖镇杨柳村, 金潭大道以北与盘龙大道以东一带。原本是东西湖区养殖场, 原始地貌多为鱼塘、藕塘、排水沟、污水沟及部分菜地并且出入段线周边无建筑物和管线。场地地面标高在19.040～24.210m (以孔口标高计) , 整个场地地势起伏较大, 场地地貌形态属长江冲积二级阶地。R8DK0+083.355—R8DK0+776段基坑深度7～16.1m, R8DK0+776—R8DK1+018段基坑深度<7m;根据本区间的工程特点、基坑形状、地质条件和环境保护要求, 区间围护结构采用SMW工法桩+内支撑和局部放坡开挖的围护形式。

2017年3月27日凌晨出入段线 (R8DK0+718—R8DK0+745) 段靠府河侧原SMW工法桩出现失稳, 围护结构往基坑外侧失稳, 周边地面塌陷。事故发生后施工单位第一时间对失稳基坑进行回填处理。

事故发生时, 某车辆段出入线监测点的布置情况如图1所示。根据施工方监测数据显示, 截止到2016年8月23日:QCX30变化量最大的点为QCX30-01, QCX30-02, 累计向基坑外偏移值为135.56mm (靠近府河大堤侧) , 变化速率已稳定, 监测数据如表1所示;QCX29变化量最大的点为QCX29-01, QCX29-02, 累计向基坑外偏移值为51.73mm, 变化速率已稳定, 监测数据如表2所示。桩体测斜QCX29, QCX30测斜管位于失稳区两侧, 基坑失稳前该两处监测点数据均已超预警值;基坑失稳后测斜管被破坏。

2015年12月底, 府河大堤填土开始至出入段线小里程开始填长约400m, 宽50m, 高出原地面10m的填土区域, 且府河填土范围至出入段线红线边, 距离围护结构较近, 由此给出入段线基坑周边堆载急剧增加, 导致产生基坑深层滑移基底隆起是导致本次失稳的主要原因。

首先, 出入段线 (R8DK0+718—R8DK0+745) 失稳段原处于鱼塘, 在征地前该处在填土过程中未对鱼塘底淤泥进行清淤, 且根据地质报告显示, 整个出入段线基底处于深厚 (3) ₄软土, 该段软土淤泥质土厚度达18m, 实际在钻孔灌注桩成孔过程中地质显示淤泥质土达20m深, 原SMW工法桩桩底处于淤泥质土层。其次, 连日的阴雨天也是造成深层滑移的影响因素。

首先, 应当委托有相应资质的监测单位对失稳段及相邻段支护结构变形进行精确测量, 确保深层滑移影响范围, 测量基坑周边地形及地面裂缝的分布, 为支护结构加固设计提供依据。其次, 在施工过程中, 应当加强支护结构及临近地面的变形监测及现场巡查, 加强监测频率, 如发现问题要组织相关人员及时处理。

设计单位应根据基坑周边地面裂缝位置估计滑动面的空间分布, 采用反分析估算滑动面的残余强度进行加固设计。并且在加固设计的同时应考虑府河河堤超载的影响。在失稳段土方回填完成后, 设计单位针对失稳段进行了重新设计, 具体施工方案如下。

1) 围护结构采用1 500@1 700钻孔灌注桩, 桩间挂钢筋网喷射10cm厚C20混凝土, 钢筋网为8@200×200, 第1道支撑采用40钢筋混凝土支撑, 第2道支持采用800, t=16mm钢管撑, 围护桩间采用800@1 700旋喷桩, 两端与既有围护衔接处采用800@600旋喷止水帷幕, 止水帷幕深度为12m。

2) 为确保地基稳定, 基底采用800@700旋喷桩加固 (可根据现场坑内情况调整) , 加固深度为坑底下12.15m, 进入 (7) 层≥0.5m。

在回填作业中, 施工单位应该适当增加坑内回填的范围及高度, 回填高度距地面≤3m, 填筑范围为已浇筑底板的上方。地面裂缝应及早封闭。

由于失稳段坑底搅拌桩加固已破坏, 可先浇筑底板, 在底板留孔 (孔径80～100mm) , 最后在底板面采用单管高压旋喷桩加固基底软土。

失稳段北侧宜增设大直径钻孔支护桩, 新增支护桩应向失稳段两侧适当延长, 为加快工期新增支护桩及冠梁可提高混凝土强度等级。根据南侧支护结构的变形情况确定南侧支护结构是否需要加固处理, 建议南侧应当进行堆土卸载, 必要时可在南侧工法桩外增设大直径钻孔桩桩垛。

施工单位根据设计单位编制的失稳段修复方案进行钻孔灌注桩施工。在灌注桩施工完成后, 满足开挖条件后进行土方开挖, 在开挖期间未出现异常情况。最后, 开挖完成后进行主体结构施工。

根据设计单位出具失稳段修复方案进行钻孔灌注桩施工完成后基坑两侧补设桩体测斜ZTCX01, ZTCX02监测点, 布置情况如图2所示。

根据施工方监测数据显示, 截止到2017年7月8日:ZTCX01变化量最大的点为ZTCX01-15, 累计向基坑内偏移值为6.93mm, 变化速率已稳定, 监测数据如表3所示;ZTCX02变化量最大的点为ZTCX02-01, ZTCX02-02, 累计向基坑内偏移值为7.64mm (靠近府河大堤侧) , 变化速率已稳定, 监测数据如表4所示。

结合武汉市某车辆段出入线的基坑实际施工情况, 对目前这种软土层基坑开挖进行综合的风险控制分析, 有利于施工的正常有序进行, 同时还可以为将来类似的工程提供施工经验, 具有重要的指导意义。在此, 笔者建议在基坑围护工程施工过程中应努力做到以下几点。

1) 在软土层基坑施工时应对该施工区域的地质情况进行详细勘探并且及时掌握场地周边施工环境的变化, 从而及时给出更符合实际工程施工的方案和措施。

2) 在施工现场不同部位埋设监测点, 并进行严格保护, 能有效地对其施工过程将要出现的风险进行很好的反馈, 并能让现场施工人员能及时采取处理措施, 可以有效避免险情发生。

3) 项目部应针对性做好应急预案, 现场施工人员应进行相关培训, 增强风险意识, 在施工过程中, 制定合理的施工方案。

4) 现场应备足各项应急物资, 在发生险情后能够第一时间进行处理, 以期最大限度地减小险情带来的后果。