深基坑工程技术讲座(9)──第九讲　深基坑工程常见事故(下_2).PDF

深基坑工程技术讲座9 沈保汉 北京市建筑工程研究院 第九讲 深基坑工程常见事故下2 911 与地下水治理不当有关的事故续 91111基坑周边发生的事故 1抽降软弱土层上下透水层的潜水或下 部的承压水引起软弱土层固结下沉,见图911。 图911 地下水抽取所引起软弱土层固结下沉 深基坑降水时常会带出很多土粒、 同时使 软弱土层产生固结下沉,加上基坑挖土,将引 起基坑周围一定范围和不同程度的工程环境 变化。若处理不当,严重者将对基坑附近建筑 产生位移、 沉降和破坏,其中最普遍的是地面 建筑和地下建筑地下室、 地下贮水池和地下 停车场等的沉降变形、 水平位移和倾斜;道路 及各种地下管沟的开裂和错位;以及边坡失稳 等。 实例1 海口宏威大厦,基坑设计开挖深 度为8165m ,基坑平面尺寸为52108m。北侧 邻近既有建筑物,采用土钉墙竖向4层土钉, 水平间距112m ,土钉采用Φ25钢筋,长度8～ 9m ,土钉孔径130mm ,边坡表面采用 6200 钢筋网片,分三次喷射混凝土,总厚度150mm; 其余三侧采用放坡开挖坡度57 ; 基坑开挖 采用坑内井点降水,北侧布置5口降水井,井径 800mm ,井深14m ,井内水位在- 10m以下不 等。基坑降水使北侧既有建筑物地基中的地 下水形成漏斗形的水力坡降,该建筑物位于大 海边,地下水极其丰富,加之淤泥质粘土的渗 透系数小,形成的降水坡度很陡。开挖至- 315m时,水力坡降造成既有建筑物不均匀沉 降,向基坑方向倾斜了0128m ,一段时间以后, 基坑北侧边坡大面积坍塌。总之,采用土钉 墙、 不作止水帷幕而大规模深层降水和开挖是 造成相邻建筑物倾斜的主要原因。 2井水干涸 如果基坑现场周边没有利用承压水的深 水井,那末抽取承压水后,就会使原来的井中 水位大大降低,出水困难,甚至达到干涸状态。 3盐水化 在近海岸处存在淡水与盐水海水的平 衡状态,如果对该处的承压水进行抽取,那末 上述平衡状态遭到破坏,盐水浸入淡水域,使 该处的井无法使用,见图912。 图912 由于抽取地下水呈现盐水化 91112与上层滞水有关的事故 上层滞水主要赋存于填土层和上部松散 地层的包气带之中,无统一水面,水位随季节 变化,一般情况下要受大气降水补给。目前, 不少单位对上层滞水的治理还不够重视,以致 在以下特殊条件下,上层滞水也可导致基坑事 故。 1城市的上下水设施破损,成为局部上 层滞水的重大补给源,给深基坑工程造成危 害。这类事故,在深基坑工程中带有一定的普 遍性。 84 第24卷 6 建筑技术开发 1997年12月 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 实例2 太原某银行营业大厦,基坑深度 为1013m ,基坑平面尺寸为90m40m;地表向 下为填土 1 13～413m厚 , 以下直至20m埋深 均为粉土;地下水位- 410m;北区采用悬臂式 双排灌注桩档土支护梅花形布置 , 桩径 018m ,间距118m ,排距019m;南区采用悬臂式 单排灌注桩档土支护,桩径018m ,桩距112m; 桩长分别为21m东侧和17m其余三侧 ; 西 侧和南侧设旋喷桩止水帷幕;基坑内设18口降 水井,井深40m ,井径014m;基坑东南侧设有直 径为210m城市排洪管道。基坑开挖完毕开始 作基础垫层时,突然天降大雨,排洪管内流量 剧增。由于排洪管道在拐弯处未没反推力支 护,加之周围填土密实度不够,洪水改变流向 时产生的巨大推力撞开混凝土排洪管道的接 口,造成洪水泄露。加之基坑东侧未设止水帷 幕,使得管道的漏水直接冲击挡土支护桩,带 走桩间粉土,从而造成部分桩体倾斜,地面塌 陷,相邻砖混结构车库倒塌近30m ,4层招待所 的基础外露,处境危险。 2上层富水的填土、 粉土和淤泥质土的 存在加大了治理上层滞水的难度和投资,特别 是当上层滞水和天然地表水有水力联系时,如 果治理不当,便可能给基坑,甚至是不太深的 基坑带来巨大的水患。 实例3 石家庄某高层建筑,基坑深度 2015m ,基坑平面尺寸为120100m;地层土质 自地表以下分别为填土 2m 厚 , 粉质粘土夹 粉土 3 15m厚 , 细砂 6 15m厚、 粉质粘土夹 粉土 8 10m厚 , 中粗砂夹卵石 9 10m厚 ; 基 坑西侧12m处有一解放前修建的南北向的毛 石砌筑的下水道圆拱形直径018m ,沟道底在 地表下215m处 , 常年渗水;基坑南侧10m处 有地下人防通道地表下7m处 , 常年积水并 外渗。档土支护结构做法地表下- 515m段 挡土砖墙加钢筋混凝土框架,以下为d 016m 钢筋混凝土桩,桩长20m ,入土5m ,桩距110m , 挡土墙设三层锚杆。工程勘察在旱季做的,深 基坑施工处于雨季。施工完西部坑底混凝土 垫层后,西侧挡土桩间成片掉土,并有渗水现 象,砖砌挡土护墙外倾超过10cm ,坑顶地面出 现裂缝。三天后西北部的部分腰梁槽钢脱落, 部分锚杆螺母松动,第四天桩间土脱落加快, 挡土支护结构倒塌,挡土桩折成三段,折点分 别在第二、 三层锚杆处,折点处混凝土破碎,钢 筋弯曲,第一层锚杆从土中完全拔出,第二、 三 层锚杆锚头拉脱,腰梁扭曲断开。与此同时, 下水道塌陷,大量水涌入基坑。事故原因① 西侧下水道严重渗漏造成上层滞水较为丰富, ② 雨季施工,雨水渗透与原上层滞水发生水力 联系,使土体的含水量增高,土的力学指标向 不利方向变化,主动土压力随之增大,主动土 压力合力点上移;③设计参数C , 取值偏大, 为工程留下隐患。以上几条综合效应导致西 侧深基坑倒塌。 3地表杂填土下有厚层或超厚层的饱和 淤泥或淤泥质土,此层中的上层滞水抽排较 难,处理不当,也会造成深基坑事故。 实例4 汉 口 某28层 综 合 楼、 挖 深 5103m ,一层地下室,悬臂钻孔桩档土支护,由 于该场区淤泥、 淤泥质土厚达22m ,开挖后挡 土桩变形较大;抢险过程中又将支撑支于周边 承台之上,而又未将所有承台连成整体共同受 力,导致部分工程桩桩顶位移7～20cm;分析该 事故原因,除以上所述外,建设方为节省成本, 将原本封闭的挡土支护桩体系改为部分放坡 开挖,即整个体系,部分开口,受力不利。 4承压隔水层粘土层上有一层较厚的 粉土层例如3～5m ,并直接为杂填土薄层所 覆盖,而其中含上层滞水时,如果上层滞水治 理不妥,也会造成事故。 91113 其他原因引起的事故 深基坑工程中因地下水引发的事故原因 是多方面的,有的是综合因素的结果;有的是 勘察、 设计、 施工、 监理或监测中某一方面失误 或不周的结果;有的则与建设方有关;有的则 是突发的 “天灾” 所造成的;以下作简要说明。 1某些业主或工程技术人员,认识不到 地下水问题的严重性,忽视地下水的防治问 题。 2某些工程技术人员,由于商业活动的 需要,不能客观地选用合理有效的地下水防治 方法。 3地下水位下的粉土、 粉砂夹层往往是 引起潜蚀、 管涌或流砂的主要物质,必须对此 认真对待,否则将会造成事故。以武汉地区为 例,在填土层和上部粘土层中的粉土、 粉砂夹 层中,含有大量的上层滞水或地下潜水。以往 在勘察过程中,对这些粉土、 粉砂夹层未能作 详细的独立划分,没有充分地反映出场地水文 94 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 地质条件特征,因而未引起设计、 施工的足够 重视,不但未采取止水措施,坑壁支护措施也 过于简陋,开挖施工中,监测工作又跟不上。 开挖后,由于坑内外产生较大的水头差,地下 水的水动压力骤增,出现侧壁渗水、 涌水冒砂, 使粉土、 粉砂大量流失,造成边坡坍塌,地面下 沉,引发相邻房屋开裂,地下管线破坏等事故。 这类事故,具有一定的普遍性。 4不少勘察单位忽视专门水文地质勘察 工作;对深基坑施工中因地下水引发的事故认 识不足,以常规勘察去对待深基坑工程的勘 察;建设单位没有进行专门水文地质的费用; 简单地以上层滞水情况对待潜水的复杂水文 地质条件;对于承压水的顶板,承压水头的大 小所建议的水文地质参数,多数引用经验数 值,没有进行专门试验。这些都是引起事故的 原因。 5在水文地质资料不清的情况下,进行 降水井的设计,降水井的数量及深度均考虑不 周,结果基坑开挖后,达不到降水标高,基坑无 法继续下挖被迫停工。 6基坑施工的时间跨度大,没有作坡体 或坑顶防水处理面及坡顶或坡脚排水沟,遇到 大雨,雨水渗入土中,使挡土结构的主动土压 力和水压力剧增,轻则冲刷挡土结构背侧土, 边坡土体流失,危胁邻近建筑物;重则冲跨挡 土支护结构,或造成边坡失稳。这类事故已是 屡见不鲜。 7由于排水计划失误、 排水措施不当或 坑周排水系统堵塞等造成无法排水,造成地表 水位上升的水患。 8暴雨后坑周水位急剧上升,加上挡土 支护结构本身存在隐患,促成事故的发生。94 年夏天,一场暴雨,使深圳的30余栋高层建筑 深基坑档土支护结构遭到不同程度的损坏。 9采取降水过程中,由于水位控制不当, 造成地下结构上浮。 10基坑内外侧过量抽水,基坑背侧饱和 软粘土的天然结构急速地受到破坏,强度明显 降低,压缩性急剧增大,造成地面沉降,对邻近 建筑物、 道路及地下管线将产生严重影响。 11位于三北东北、 西北、 华北地区的 基坑越冬施工时,应考虑边坡冻胀的可能性。 在寒冷季节,饱和软粘土会严重地隆起,并且 强度明显下降而压缩性增大,如果上层滞水层 疏干不彻底,加上防冻措施不力,边坡土会严 重冻胀,冻胀力可能促进挡土支护结构破坏。 12为抢工期,让挤土式工程桩与挡土支 护桩及止水隔渗桩同时施工,结果在挤土桩的 侧向挤压力影响下,使止水工程质量难以保 证。基坑开挖后坑壁出现多处漏水,引起地面 下沉,道路开裂,危及邻近建筑物的安全。这 类事故也屡见不鲜。 13高阶地老粘土地区的水文工程地质 条件比较简单,处于这类地区的基坑本来只要 采取一些简单措施就可解决问题,如果对此掉 以轻心,也可酿成灾难。武昌火炬大厦基坑局 部倒塌正是此原因。 912 与开挖过程管理不当的有关事故 1放坡开挖时坡角过陡 放坡开挖是基坑开挖常用的一种形式,适 用于硬质、 可塑性粘土和良好砂类土,见本技 术讲座2。均质砂类土基坑开挖时,其坡角 应小于内摩擦角;粘性土基坑开挖时,其斜坡 稳定性主要取决于滑动计算。放坡开挖时,地 下水位需降低到基坑底面以下。实际深基坑 施工时,往往抱有侥幸心理,违反上述要求,出 现了本来可以避免的事故,各地均有实例。 2桩位移和倾斜 对先打桩后挖土的工程,由于打桩的挤土 和动力波 的作用,使原处于静平衡状态的地基 土遭到破坏。对粉细砂可能会形成砂土液化, 地下水大量上升到地表面,原来的地基强度遭 到破坏。对于饱和粘性土由于形成很大的挤 压应力,孔隙水压力升高,形成超静孔隙水压 力,土的抗剪强度明显降低。如果打桩后紧接 着开挖基坑,由于开挖时的应力释放,再加上 挖土高差形成一侧卸荷和侧向推力,土体易产 生一定的水平位移,从而造成原先打入的桩产 生水平位移和倾斜。 实例5 中山市地处珠江下游冲积平原, 较厚的淤泥和淤泥质土广为分布,饱和度一般 为100 ,值一般低于5 。许多高层建筑的地 下室和一些工业设施的基坑正处在此淤泥层 中,其中相当一部分高层建筑采用打入式钢筋 混凝土预制桩作为工程桩。在基坑开挖过程 中频频出现预制桩倾斜事故。其原因① 在饱 和淤泥中密集沉入大片桩群引起振动、 挤土和 超孔隙水压力等效应;②未等孔隙水压力下 降、 消失,也未对此采取措施便开挖基坑;③ 盲 05 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 目施工,在坡度近于90 的情况,一挖到底,开 挖高度超过4m。其结果,致使边坡突然破坏, 同时致使预制桩倾斜,甚至桩体断裂。 3挖土各阶段超挖 实例6 上海某工程主楼基坑面积为45m 45m ,开挖深度911m ,基坑挡土支护结构为 拉森钢板桩,桩长22m ,三道钢管支撑系统,基 坑内喷射井点降水,靠旧民房区回灌井点。由 于土方超挖及钢板桩刚度不够,致使钢板桩产 生最大位移达30,钢板桩接缝漏水,致使邻 近民房开裂严重,有一条贯穿性裂缝达7,该 房屋因开裂过大而拆除。 实例7 北京隆福大厦新楼的基坑工程, 其基坑开挖、 挡土桩施工及锚杆施工分别由不 同施工队承包,由于相互配合不好,导致严重 超挖,使挡土支护结构变形很大。 4开挖周边荷载不适当地增加 边坡堆载堆土、 堆料、 停机械等给边坡 增加附加荷载,如事先未经详细计算,易形成 边坡失稳。 实例8 上海浦东某深基坑工程,未降水 开挖,一次挖到基底标高,挖土机行进的土体 较陡,加上载土汽车行驶,基坑内土体发生滑 动,导致围护墙体向基坑方向倾斜,工程桩向 挖土的相反方向位移。 实例9 上海浦东另一深基坑工程,挖土 时,在基坑边堆放了近400 ,000钢材,增大了 挡墙背后的主动土压力,从而加剧了基坑失稳 的危险性。 5挖土速度过快 挖土应分层进行,高差不宜过大。对于软 土地区的基坑开挖,基坑内土面高度应保持均 匀,高差不宜超过1m。进行薄层开挖无疑是 维持软土地区基坑稳定的一项重要措施。但 不少地区却往往违反这条基本原则而自食苦 果。挖土速度快即卸载快,迅速改变了原来土 体的平衡状态,降低了土体的抗剪强度,呈流 塑状态的软土对水平位移极敏感,易造成滑 坡。 实例10 福州某大厦深基坑,深度11m , 基坑平面尺寸51126012m;地表下地层土质 依次为杂填土 1 16m厚 , 粘土 1 14m厚 , 淤 泥 6 15m厚 , 粉质粘土 4 15m厚 , 淤泥质土 6 10m厚 , 粉质粘土 3 10m厚 , 淤泥质土 2 16m厚 , 以下为残积砂质粘土;基础工程桩 和深基坑挡土桩均采用打入式钢筋混凝土预 制桩;两道水平支撑底标高分别为- 2110m 和- 71 13m 。该场地淤泥土呈流塑状态,打桩 后紧接着开挖基坑,在基坑开挖短时间内,未 能有效地排水固结。第一道支撑完成后,沿着 西侧继续开挖,一次挖深达515m ,高差大,且 开挖面又太陡,引起多次滑坡。 6邻近打桩挤土造成基坑围护破坏 实例11 上海浦东成片土地开发,相邻工 程互相影响。某二个工程,一工程基坑开挖, 另一工程打桩,相距仅1415m ,由于打桩速度 快,每天打13～18根,结果因打桩引起超孔隙 水压力,造成严重的挤土作用,导致相邻深基 坑工程的水泥搅拌桩墙体位移11638m ,围护 墙体破坏,部分工程桩产生较大位移,处理该 事故耗资数百万元,延误工期半年之久。 7对邻近建筑物未进行养护处理 在深基坑开挖前,为防止邻近建筑物倾 斜、 龟裂或倒塌,应对其进行养护处理如地基 处理等。此项工作不仅是未雨绸缪的防患措 施,而且也是必要的作业。实际中,业主往往 以节省费用为由,不愿进行养护处理,一旦邻 近建筑物发生问题,此时耗资就更多了。 8深基坑施工因各种原因资金不到位, 方案修改等拖延,使挡土支护结构的应力与 应变随时间而递增。 9深基坑开挖过程,挖土机械等碰撞支 撑系统、 锚杆系统及挡土桩,造成不应有的损 失支撑破坏,锚头掉落,桩身撞裂等。 10基坑开挖到设计标高,清底不当引发 事故。 实例12 南宁某大厦深基坑工程,开挖到 设计标高,发现局部地基土软弱,于是清理挡 土桩根部淤泥,造成一排直径为116m的挡土 桩倒塌。 11基坑底面暴露时间过长 深基坑土体开挖后,地基卸载,土体中压 力减少,土的弹性效应将使基坑底面产生一定 的回弹变形隆起。如果基坑底面暴露时间 过长,加之基坑积水,粘性土因吸水使土的体 积增大,不但抗剪强度降低,回弹变型亦增大。 因此,坑底应及时满封闭。 15 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. 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