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某回填土场地基坑失稳原因和计算分析
发布时间:2021-11-04

  摘    要: 对施工场地不合理的堆载及回填土雨水入渗等因素导致某回填土场地基坑的失稳进行分析,探讨了回填土场地基坑施工应注意的问题,文章主要从基坑施工过程中和完成后对基坑的稳定性影响因素来分析,包括施工堆载等因素着手分析,对类似基坑工程具有指导意义。

  关键词 :     基坑;回填士;堆载;工程事故;

  在建设工程中,建设场地局限性矛盾日益尖锐,基坑成为现代建筑体系中的一大产物,故在基坑施工过程中或完成后,往往会出现各类工程事故;不仅仅是在勘察设计方面,反而在施工过程中由于施工不当引起的基坑安全事故实属不少。

  王曙光对中国典型的522 项基坑支护事故的统计分析[1],对深基坑工程事故做了很详细的统计分析:由于勘察不到位引起的基坑工程事故约占7 %~8 %,由于设计考虑不全面引起的工程事故约占40 %,由于施工不当引起的工程事故约占40 %,其它因素包括业主或工程监理管理不严谨、监测不到位、对地表水、地下水对基坑的影响认识不全面等综合因素的情况约占12 %~13 %。

  下面从某回填土基坑边坡坍塌事故实例来论述分析。

  1、 工程概况

  某住宅项目位于自贡市大安区,主楼29层,地下2层,采用桩基础,建筑面积约90 000 m2。该建筑基坑深度东侧为10 m,西侧为9.5 m。基坑东西长179 m,南北宽77 m。基坑周围无建筑物;基坑开挖后由于不合理堆载及回填土渗水等因素导致基坑局部垮塌。

  1.1、 地层及地下水条件

  基坑地层为第四系全新统素填土(Q4ml):紫红色、暗红色,松散~稍密,成分主要为砂岩、泥岩碎块石,含少量黏性土,碎块石粒径一般2.0~32.0 cm,最大达40.0~50.0 cm,厚度约20 m;下覆泥岩:岩层风化裂隙很发育,色泽陈旧,岩芯多呈碎块状、饼状,少量呈短柱状,岩块用手可折断,锤击声哑,岩体破碎,岩芯采取率约为60 %~70 %。

  场地地下水类型主要为第四系松散堆积体孔隙水及基岩网状风化裂隙水。场地上部土层为人工填土,人工填土透水性强,富水性差,下伏基岩主要为泥岩,属相对隔水层,富水性差。
 

某回填土场地基坑失稳原因和计算分析
 

  通过现场原位试验(动力触探)、对泥岩取样后进行室内岩石试验。基坑地层物理力学性质见表1。

  1.2、 支护情况及破坏情况

  该基坑支护施工时采用1∶0.5开挖放坡,并喷护200 mm×200 mm间 距的钢筋网+8cm厚的C20混凝土( 图1)。在完成基坑支护后,进行基础施工过程中基坑边坡发生了坍塌(图2)。

  表1 岩土力学性质指标建议值
表1 岩土力学性质指标建议值

  图1 原支护措施及基坑剖面
图1 原支护措施及基坑剖面

  图2 基坑边坡坍塌
图2 基坑边坡坍塌

  由图2可以发现,整个基坑网喷护坡已经完全被破坏,严重影响建筑基础的施工,从而直接造成施工工期延缓。

  2、 失稳原因分析

  2.1、 地层原因

  由于该场地是经过平整过后的地形,原地形为浅丘地貌,经过平整后,局部地段填方约为20 m,并且在进行平整场地时,基本就是随挖随填,完全没有经过筛分与压实,现场清晰可见约1 m的块石直接填筑(图3),未经任何碾压。恰好发生基坑工程事故这段,正是填方区最大的区域,极易发生地质此生灾害。

  图3 平整场地
图3 平整场地

  通过分析,基坑场地未经碾压夯实,级配很差,在后期施工荷载较大的情况下,极易发生沉降变形;且粒径较大的块石周围在填筑时,容易形成较大的空隙,在雨季,通过地表水及生活污水下渗,填筑体在水流的作用下,块石周围松散的填充物极易被水流带走或者在水压的作用下引起变形破坏,周而复始,空隙越来越大,越来越贯通,从而形成通道,进而造成土体的强度降低,变形加剧,逐步影响基坑稳定性,造成基坑坍塌的工程事故。

  再有施工单位现场管理的问题,施工单位为了降低成本和施工工期,基坑采用1∶0.5的开挖坡率,对于未经压实的回填土,此开挖坡率远远大于规范要求,虽然在施工中浇筑了钢筋网+8 cm厚的C20混凝土,经过事实论证是完全不可靠的。

  2.2 、坡顶超载

  在施工过程中,由于场地红线控制,堆载场地受限,施工临时荷载相当大一部分堆放在基坑旁,包括临时厕所距离基坑开挖线2 m,临时管道架设在基坑开挖线上等,等同于增加基坑荷载,抗力不变,从而降低基坑边坡稳定性(图4)。

  图4 堆载示意
图4 堆载示意

  2.3 、坡脚开挖

  由于基坑开挖后,放坡位置超过基础设计位置,在坡脚处进行开挖,以达到施工操作面,从地质角度分析,“坡脚卸载,坡顶堆载”的操作方式是严格不允许的,严重影响基坑边坡稳定性,坡脚卸载,等同于降低抗力,从而降低基坑边坡稳定性。

  2.4 、降雨入渗及厕所渗水

  基坑周围排水不畅是该基坑工程事故的又一原因。由于此基坑边坡地层为素填土,经平场地而未经碾压夯实而成,级配很差,直径约1 m的块石直接填筑,易形成较大的孔隙,经降雨入渗及基坑边修建的厕所渗水,极易在基坑边坡中形成流通和积水,进一步增大了边坡水压力,降低了边坡土体的抗剪强度参数内摩擦角和内聚力,从而降低了抗力,进一步加剧边坡位移的发展。

  3 、基坑边坡稳定性计算分析

  本文采用条分法验算基坑整体稳定性,按下式进行验算:

  γRS=∑(q+γh)bcosαitanφ+∑cL+Mp/R∑(q+γh)bsinαi

  式中:γRS为基坑整体稳定性抗力分项系数;Mp为每延米中的桩产生的抗滑力矩;γ为土的重度kN/m3;h为土条高度m;αi为土条地面中心至圆心连线与垂线的夹角°;φ、C为土的固结快剪峰值抗剪强度指标,°、kPa;L为每一土条弧面的长度;q为地面超载kPa;b为土条宽度m。

  计算采用的是基坑边坡坡率为定值1∶0.5(与施工时的边坡坡率一致),通过变量内摩擦角和粘聚力计算,计算结果如下图5所示。

  图5 计算结果对比
图5 计算结果对比

  由图5计算结果可见,在粘聚力一定的情况下,基坑稳定性系数γRS随内摩擦角的增大而增加;在内摩擦角一定的情况下,基坑稳定性系数γRS随粘聚力的增大而增加。

  本基坑工程的力学指标由表1可知:粘聚力8 kPa,内摩擦角10 °;在基坑开挖坡比为1∶0.5的情况下,通过计算得出的稳定性系数只有0.433。由此可知,基坑边坡开挖坡率和强度对稳定性影响因素是比较大的。

  通过上述第二章节的原因分析中,回填土雨水下渗对基坑边坡强度影响很大,不仅降低了内摩擦角,也降低了回填土粘聚力,进一步降低基坑稳定性系数,故造成了基坑边坡坍塌的工程事故。

  综上所述,施工过程不当、现场监管不到位、对回填土基坑认识不到位、为降低支护成本使用简易的放坡网喷是事故发生的主要原因。

  4 结论

  (1)从本工程的施工方法以及现场管理可以看出,相关人员在回填土基坑施工领域的基本知识和经验均有所欠缺。
  (2)对于回填土地基基坑的施工,尤其要探明地层情况,不能按照理想中的情况来施工,施工管理者要重视工程风险管理,必须加强相关的技术培训,确保基坑工程安全。
  (3)重视水对基坑的影响。对于基坑边坡失稳,多数情况下,都与水有直接或间接的关系,尤其本文中的回填土基坑,要格外注意。多数回填土场都未经压实,多存在空隙,除降雨外、施工临时生活污水和其他来源的地表水等等都是补给源,致使回填土含水率增加,物理-力学性质发生恶化。并且回填土基坑开挖后,暴露在大气中,裂隙张开,不断增大,水迅速下渗入裂隙中,造成裂隙继续扩大,土体整体性急速下降,土体强度急剧降低,最终导致基坑失稳破坏。
  (4)基坑边坡坡率为定值时,通过变量内摩擦角和粘聚力计算,在粘聚力一定的情况下,基坑稳定性系数γRS随内摩擦角的增大而增加;在内摩擦角一定的情况下,基坑稳定性系数γRS随粘聚力的增大而增加。

  参考文献

  [1]王曙光.深基坑支护事故处理经验录[M].北京:机械工业出版社, 2005.
  [2]薛丽影.杨文生,李荣年深基坑工程事故原因的分析与探讨[J]岩土工程学报, 2013.Xue Liying,Yang Wensheng and Li Rongnian Reasons for Accidents in Deep Foundation Pit Engineering. Journal of Geotechnical Engineering,2013.
  [3]唐传政,彭晓秋,王越武汉某市政通道基坑I程事故险情分析处理与经验教训[J]岩土工程学报, 2012,34(增刊):735-738.
  [4]唐传政,能秋梅浅议武汉地区地下空间建设中的施工技术问题[C]/中国城市地下空间开发高峰论坛论文集武汉: 武汉理I大学出版社.
  [5]张哮浅谈地下空间工程施工技术利J].施工技术, 2010(12)-.291-296.
  [6] JGJ 120-99建筑基坑支护技术规程[S].

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