大连地区2007年基坑、边坡工程事故案例分析

大连地区2007年基坑、边坡工程事故案例分析1基坑、边坡事故的主要原因在土木工程中基坑、边坡工程的事故率往往高于其它类型的土木工程，究其原因大体可分为两类：自然因素和人为因素。1.1自然因素岩土体性质复杂，主要表现为不均匀性和可变性。不均匀性主要指，在水平和竖直两个方向，岩土体的差异很大。由于形成原因、成分、上覆压力、地下水条件等因素的不同，竖直方向岩土体表现为层状分布，每层的物理、力学性质都不同，极不均匀。从水平方向上看，不远的两点，其下的地层有可能变化很大，层厚不一，有的地层可能缺失，即使同一地层、同一深度，实测所得的物理、力学指标也有可能存在较大的差异。岩体的均匀性相对土体要好，但岩体存在结构面，结构面的存在一定程度上破坏了其均匀性，同时结构面的力学性质一般较差（主要是抗剪强度低），岩体中结构面的密度、结构面的产状控制了岩体的力学性质。可变性主要指，岩土体的物理、力学性质会随环境的变化而变化。气温变化、降雨、外力作用等因素的存在，使岩土体的物理、力学指标成为一个变量，不同条件下表现为不同的状态，这一点粘性土最突出。岩土体的不均匀性和可变性决定了作用于支护结构的土压力（下滑力），同样存在不均匀性和可变性，难以准确把握，出问题的可能性自然较大。1.2人为因素人为因素大体可分为三类：业主责任、设计责任和施工责任。1.2.1业主责任基坑、边坡工程不像建筑工程可为业主带来直接的经济效益，尤其是基坑工程都是临时结构，建筑物地下室完成土方回填后即完成了它的历史使命，所以有的业主对基坑、边坡工程重视程度不够，认为把钱花在支护结构上不划算，能少花尽量少花，并且存在侥幸心理，在不得已的前提下，尽量采用工程造价低的设计方案，对基坑、边坡工程投入不足，主观上增大了工程事故的发生几率。但随着工程事故的大量发生，整个工程界普遍提高了对基坑、边坡工程的重视程度，情况得到了很大的改观。1.2.2设计责任设计图纸是实现工程的依据，对工程的成败起着至关重要的作用，如果基坑、边坡工程设计处理问题，工程事故很难避免。设计责任主要体现为：设计方案不合理、设计条件不充分、计算参数选取错误、计算错误等原因使支护结构强度或刚度不足，造成工程事故。1.2.3施工责任施工责任主要体现为：施工单位抱有侥幸心理，为了片面追求经济效益，偷工减料，不按设计图纸施工，造成工程事故。2大连地区2007年基坑、边坡工程案例分析2.1大连世纪商园基坑事故分析2.1.1事故概况2007年5月8日，大连世纪商园基坑北壁（福寿街）东段发生基坑坍塌事故。早晨7点30分左右，福寿街排水管道断裂，管道漏水通过支护桩桩间流入基坑，桩间土开始剥落，支护桩向基坑内位移，马路地面开始出现裂缝，由于基坑已开挖至基坑底面（－21左右），已无回填所需的土方，无法对基坑危机采取有效的主动措施，只能采用人员疏散、道路封闭等被动措施。基坑水平位移以7mm/小时的速率发展，地面裂缝越来越大，土体不断向基坑内滑落，最终在12点10分，发生坍塌事故。由于坍塌发生前采取的应急措施得当，道路封闭、人员撤离及时，没有人员伤亡，但福寿街煤气管线、供水管线、排水管线、数条电缆、通讯光缆（其中一条为军用通讯光缆）断裂，附近居民生活受到严重影响，直接经济损失约300万元，目前福寿街仍在封闭中，社会反响强烈。基坑塌方前管道漏水桩间土流失桩间土局部失稳支护桩位移地面裂缝、沉陷锚索失效桩间土不断流失第一层锚索即将破坏基坑塌方塌方区修复2.1.2支护结构情况大连世纪商园基坑于2002年9月开始支护结构施工，原设计地下室三层，基坑开挖深度－16m，设计采用支护桩、三层预应力锚索，支护桩为人工挖孔桩，直径800mm，桩间距1.8、2.0m，支护桩嵌入基坑底面3.0m。2003年5月基坑开挖至－15m后停工，期间对基坑抽水维护并进行变形监控，2004年3月、2005年3月两次对预应力锚索进行张拉检验，重新施加预应力并更换了锚具夹片。按国家基坑设计规范，基坑支护结构有效使用期为2年，本工程有效期应于2005年5月到期。2006年5月，业主决定将地下室改为四层，基坑加深至－21m，此时原有支护结构已超期一年，支护结构最大水平位移达到50mm，基坑还要加深5m。在此指令下，对原有支护结构进行了加固，对所有预应力锚索进行了张拉检验，对检验不合格的锚索重新补设，并在第一层锚索下增设了一层预应力管式锚杆，在原支护桩内侧增设支护桩和两层预应力锚索，详见图纸。2.2大连锦绣小区锦华南园10号楼北侧边坡塌方事故分析2.2.1事故概况2007年6月28日凌晨4点15分，大连锦绣小区锦华南园10号楼北侧边坡发生坍塌事故，滑塌体上缘伸入10号楼基础底面，使10号楼北侧处于悬空状态，随后10号楼向北侧倾斜并向北侧滑动，对坡下的22号楼构成威胁。5点30分，10、22号楼居民全部疏散。晚6点左右楼房出现明显倾斜，倾斜角度在17度左右，向北位移近10米。29日上午10点根据专家意见决定对10号楼破碎解体，避免次生灾害。塌方后10号楼北侧悬空10号楼倾斜拆除10号楼2.2.210号楼及北边坡情况简介10号楼为五层砖混结构，只有一个单元，一梯两户，共十户居民。基础采用毛石砌筑的无筋扩展条形基础，基础持力层为粉质粘土。北侧为土质边坡，高度约23米，坡底、坡顶设毛石挡墙，挡墙之间为300缓坡，坡面草皮绿化，坡顶至10号楼净距为4.0m。详见示意图。10号楼及北侧边坡示意图2.2.3事故原因分析1.10号楼位于高边坡上，建筑物基础至坡顶距离较近，不满足国家地基基础规范的相关要求，应属于建筑规划失误。2.采用浅基础，建筑物位于潜在的滑裂面内，建筑物荷载直接作用于坡体，对坡体稳定不利。如采用桩基础，一方面可避免或减小对坡体的附加荷载；另一方面，即使边坡失稳，建筑物有桩基础支撑可能保全10号楼。3.坡顶挡墙埋深、截面太小，起不到抗滑作用，未能阻止边坡滑动。4.6月27日晚开始下小雨且时间较长，坡后土体进水后下滑力增大，抗滑力减小，导致边坡失稳。长时间的小雨有时更可怕。2.3大连某基坑塌方事故分析由于官方并未公开报道该基坑塌方事故，故在此隐去该工程名称。2.3.1事故概况2007年10月13日大连星海湾某基坑西壁发生坍塌事故，西侧道路1/3宽度塌落，西侧支护桩断裂、倾覆道路下直径1.0m的热力管线局部暴露在外。同时基坑南壁西段支护桩虽未倾覆但桩顶最大水平位移达到1.0m，基坑南侧污水处理厂排污管线断裂，使处理后的污水无法排泄，污水处理厂因此停止污水处理数日。2.3.2基坑设计情况本基坑深10.0m，上部4.0m按1:1放坡，采用100厚钢筋网喷射混凝土护面；下部6.0m采用支护桩、预应力管式锚杆支护结构，支护桩为800mm钻孔灌注桩，桩间距2.0m，桩嵌入基坑底面6.0m，锚杆四层。地层情况：0～5.0m为松散～稍密状态的杂填土；5.0～8.0m为流塑状态的淤泥；8.0～13.4m为松散～稍密状态的粉细砂；13.4～15.4m为稍密～中密状态的角砾；其下为强风化石英岩。该设计方案通过大连市建委组织的专家评审。塌方区支护结构剖面图另外，在2006年8月2日，基坑西侧北段（安阳街），下层增设的支护桩未按要求分三次间隔两桩施工，在业主工期的催促下，支护桩一次挖孔完成，浇注混凝土前，天降大雨，原有支护桩桩底失去支撑而下沉，桩顶冠梁断裂，土体从桩间流失，安阳街路面下沉形成大洞，安阳街对面居民楼紧急疏散，由于土方回填及时，并未造成基坑塌方事故。2.1.3事故原因分析表面上看，基坑坍塌事故是由于管道漏水所致，但仔细分析原因有以下几点：1.支护结构超期使用，虽进行过加固，但支护结构水平位移已形成，通过加固手段无法消除位移。2.多年来积累的支护结构水平位移（约65mm），超过路面管道的承受能力，造成管道断裂而漏水，首先引起桩间土局部失稳，小范围下滑体连通后形成的下滑体规模越来越大，土体滑裂面逐步向基坑外侧开展并向基坑内滑动，最终支护结构无法承受逐渐增大的土体下滑力，而整体倾覆，形成塌方事故。3.管道漏水渗入土体后，使得土体含水量逐渐增大，最终处于饱和状态，土体重度增大，而其抗剪强度却大幅下降，下滑力增大，抗滑力降低，对支护结构严重不利。从整个事故过程来看，业主应对塌方事故负有主要责任，首先原有支护结构严重超期，其次基坑又加深5m。基坑西壁坍塌基坑南壁西段支护桩严重位移2.3.3基坑工程施工情况基坑施工桩顶土方开挖时未按设计要求1:1放坡，实际约按1:0.5放坡，无形中增大了桩顶荷载。支护桩施工中将原设计钻孔灌注桩改为人工挖孔桩，挖孔桩开挖至粉细砂层中，由于地下水水位较高，水量较大，同时粉细砂较松散，开挖困难，安全风险较大，无法挖至桩底设计标高，在未争得设计单位同意的前提下，自行减短桩长，留下重大隐患。支护桩施工中施工单位未按原设计2.0m间距布桩，实际支护桩桩间距达到2.2m。不但增大了支护桩、锚杆所承受的荷载，同时由于桩后土质较差，桩间土多处局部失稳。锚杆施工中，盲目追求工程进度，在第三、四层锚杆尚未施工的情况下，基坑西侧土方强行开挖至基坑底面，最终造成锚杆破坏、支护桩折断，坑壁坍塌。2.3.4事故原因分析1.业主盲目追求工程进度，指示或放任施工单位野蛮施工。2.施工单位擅自修改设计，未按设计图纸施工。3.未对支护结构进行位移监测，在地面裂缝已经很严重的情况下，抱有侥幸心理，没有及时采取抢险应急措施。3经验与教训基坑和边坡工程是土建工程事故的重灾区，如何避免这类工程事故的发生，需要整个工程界好好总结经验、教训，只有这样才能使昨天的灾难变成今天的财富。通过对上面三个工程事故的分析，可以得到以下几点经验和教训：1.整个工程界，包括业主、设计单位、施工单位、监理单位应共同提高对基坑、边坡工程的重视程度。尤其是业主不应该单纯从造价、工期的角度出发，选择基坑、边坡工程设计、施工单位，或对设计、施工单位的下达不科学的指令，左右设计、施工单位的正常工作。2.设计单位设计前应仔细查看现场、收集信息，充分了解周边环境状况，包括周边建（构）筑物的结构形式、基础形式、埋深及位置关系；周边地下管线的形式、埋深及位置关系；周边道路的重要程度、车流量等。设计中应充分考虑周边环境对基坑、边坡工程的影响。目前在设计中普遍存在对周边环境情况不够重视的情况。3.设计前应充分研究地质资料，尤其是地层抗剪强度指标和地下水情况，明确地质报告确定指标的依据和时间，如存有异议，应与勘察单位联系，对指标进一步确认，必要时应补充现场试验。尽可能使计算参数符合工程实际状况。对于较复杂的基坑、边坡工程勘察单位应增加专项的勘察工作。4.设计中应充分考虑到地层、地下水、周边环境的最不利状态，以最不利条件作为计算依据。如雨季、越冬、周边环境复杂或对支护结构位移要求较高的基坑、边坡工程应适当降低岩土体抗剪强度指标，或适当提高支护结构安全度。5.提倡基坑、边坡工程设计图纸审查制度，建筑行政主管部门（行业协会）应组织专家对工程设计的安全性、合理性进行审查，把好设计关。6.施工单位应严格按设计图纸施工，遇到与设计不符的情况应立即通知设计单位。7.对基坑工程和重要的边坡工程应建立监测制度，随时掌握支护结构的工作状态，如位移或位移速率达到报警值，应及时采取应急措施。