【摘 要】建筑進(jìn)行基礎(chǔ)施工時基坑坍塌的事故時有發(fā)生，造成了經(jīng)濟(jì)損失及人員傷亡，因此，分析事故原因，制定預(yù)防措施十分重要，文章分析了某工程基坑的坍塌原因與破壞機(jī)理，探討了基坑坍塌加固治理措施。
【關(guān)鍵詞】建筑基坑；邊坡坍塌；破壞機(jī)理
1.工程概況
某基坑工程深10.4m。表層土為雜填土，平均厚度約4m，周邊水電管線設(shè)備等地下設(shè)施比較復(fù)雜。上部采用樁錨支護(hù)，主要支護(hù)措施有：微型樁、土釘、噴混凝土護(hù)面等，但其設(shè)計(jì)坡度極陡達(dá)到86°，基坑施工階段又處于多雨時期。其專業(yè)分包單位基本按照施工組織設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行分層開挖與支護(hù)，每層開挖深度為2m，開挖后對壁面進(jìn)行修整，再進(jìn)行邊坡噴錨施工。
2010年9月20日，東側(cè)FG坡段下挖施工至5m便出現(xiàn)嚴(yán)重坍塌，幸無人員傷亡。設(shè)計(jì)變更后該處采用人工挖孔樁作為支護(hù)加固措施。由于6m以下為堅(jiān)硬巖層施工困難，經(jīng)設(shè)計(jì)許可人工挖孔樁沒有嵌入基坑底面。目前重新下挖至7m處的支護(hù)效果良好，錨索設(shè)計(jì)與施工正在同步進(jìn)行�；雍笃谥饕箓�(cè)力結(jié)構(gòu)將由錨索代替，基坑的安全問題仍應(yīng)高度重視(圖1)。
2.基坑的坍塌原因與破壞機(jī)理分析
2.1分析該基坑坍塌的原因
由基坑坍塌原因是設(shè)計(jì)缺陷、邊坡滲水、防雨不到位、離工質(zhì)量缺陷及土質(zhì)差且受地下設(shè)施限制造成，前期的概念設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，要依據(jù)地質(zhì)資料、氣象資料和工程實(shí)際情況選取合適的支護(hù)方案。而水患控制則是基坑工程施工的重點(diǎn)，應(yīng)采取合理、有效的防水控水方案。
2.2坍塌坡段的破壞機(jī)理分析
基坑工程邊坡的破壞類型需到現(xiàn)場根據(jù)地形、地質(zhì)特征及其破壞過程進(jìn)行辨識，破壞原因包含基因與誘因。地質(zhì)(邊坡的土質(zhì)特點(diǎn)、地質(zhì)構(gòu)造)與地形特征、周邊環(huán)境和邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)，屬于邊坡破壞的內(nèi)在因素（即為邊坡基因)：雨水、地震、人工堆碼與擾動等外在因素則為基坑邊坡坍塌的誘因。誘因與基因共同決定了邊坡坍塌發(fā)生的時機(jī)與規(guī)模�；犹憩F(xiàn)為支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度或者穩(wěn)定性不足，從而引起支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)與坍塌。對此事故采取搶險處理或臨時加固的措施應(yīng)迅速辨識邊坡破壞類型，以防止措施失當(dāng)造成包括人員傷亡與財(cái)產(chǎn)損失(即二次災(zāi)害)，破壞類型同時作為設(shè)計(jì)變更的考慮依據(jù)。由于理論上具有相同類型的邊坡基因，應(yīng)有相同類型的破壞方式，因此，我們可根據(jù)不同的坍塌類型自身特殊的辨識指標(biāo)進(jìn)行判斷�；谂_灣張石角的理論，地滑可分為平面型地滑、弧型地滑、楔型地滑與翻轉(zhuǎn)地滑等幾種類型，再根據(jù)坍塌現(xiàn)場微型樁的傾斜方向，我們對該基坑?xùn)|側(cè)FG段邊坡的破壞方式判定為翻轉(zhuǎn)地滑，即邊坡翻轉(zhuǎn)破壞。
邊坡翻轉(zhuǎn)破壞是有前兆的，基坑施工過程多次在坡頂出現(xiàn)貫通裂縫，尤其在雨后開裂極其嚴(yán)重。當(dāng)裂縫出現(xiàn)時，支護(hù)單位雖然對其進(jìn)行了注漿處理，來達(dá)到防雨水滲入進(jìn)一步破壞土體的目的，但這并沒有從根本上解決問題。這些裂縫為何反復(fù)出現(xiàn)，以及采取什么有效的防坍塌措施。針對坡段坍塌前多次在雨后出現(xiàn)裂縫且有明顯的沉降的情況，我們將出現(xiàn)沉降的原因分析如下：
(1)由于支護(hù)面在受到土體側(cè)壓力的作用下會產(chǎn)生微量位移，從而導(dǎo)致了支護(hù)面與以后出現(xiàn)的破壞面之間的夾角變大；
(2)由于夾在支護(hù)面與破壞面之間的土體要保持體積恒定，這時在基坑邊上、支護(hù)面附近的土體因材質(zhì)不同易出現(xiàn)貫通裂縫，所以在產(chǎn)生相對水平位移的同時，該部分土體(下稱夾土)在自重作用下將發(fā)生下沉(圖2)。
2.3邊坡坍塌必然性分析
(1)邊坡坍塌的流程為：側(cè)壓力作用下產(chǎn)生微量位移→坡頂出現(xiàn)裂縫→雨水侵蝕邊坡土體→土體原狀結(jié)構(gòu)受破壞→夾土液化喪失粘結(jié)力形成薄弱面→形成上大下小的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)→不利效應(yīng)的足量積累最終導(dǎo)致坍塌。
(2)原復(fù)合土釘墻的受力原理為重力式擋土墻，但是在設(shè)計(jì)坡度過陡、鋼筋錨固長度較短的條件下，支護(hù)面猶如在受拉區(qū)域無配筋的豎向懸臂梁，傾覆彎矩完全由單排φ100mm的微型樁承擔(dān)，然而由于微型樁主要用于坡底抗剪，其抗彎能力極低。當(dāng)裂縫出現(xiàn)時，注漿處理雖達(dá)到了防止雨水繼續(xù)滲入的目的，但并沒有提供維持土體穩(wěn)定的粘結(jié)拉力，故未能有效防止邊坡的坍塌(圖3)。
3.坍塌加固處理措施及分析
本事故中，設(shè)計(jì)采用人工挖孔樁的方式增強(qiáng)了坍塌邊坡的穩(wěn)定性，從而防止了二次坍塌，前期作為懸挑構(gòu)件支護(hù)的效果較好，但因?qū)嶋H施工困難、孔樁長度參差不齊且未能嵌入基坑底部，所以在基坑施工達(dá)到一定深度后，梳狀樁體將轉(zhuǎn)變成鋼絲網(wǎng)混凝土護(hù)面的豎向連梁與錨索共同工作，后期抗側(cè)力結(jié)構(gòu)將全部由錨索代替，但對其位移應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格限制。
錨索施工在滿足設(shè)計(jì)承載力的前提下，還應(yīng)加強(qiáng)對位移的監(jiān)測、控制對掌握基坑狀況和及時采取有效措施。下面對變更后支護(hù)結(jié)構(gòu)的土壓力進(jìn)行等效，通過力的矢量三角形變化(圖4)和位移假設(shè)法進(jìn)行研究說明。
(1)當(dāng)上部位移過大時，由支護(hù)體系受力矢量三角形的變化圖得知，錨索所受拉力將迅速增大，故在土體提供足夠錨固力及鋼索與混凝土良好粘結(jié)的前提下，應(yīng)保證錨索具有足夠的錨固長度和抗拉承載力(即鋼絞線截面)，以確保錨固體的注漿質(zhì)量及連梁處節(jié)點(diǎn)防沖切的構(gòu)造措施，尤其是第l道錨索的設(shè)計(jì)位置、承載力和密度要特別得到重視。
(2)當(dāng)下部位移過大時，孔樁端部的支撐巖面受力面積減小而壓強(qiáng)增大，致使樁端巖石破壞圍護(hù)結(jié)構(gòu)脫落失效。故除了確保樁端巖石自身的穩(wěn)定外還應(yīng)限制坡底位移，即：實(shí)行信息化施工，尤其對支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移進(jìn)行監(jiān)控，做到及時反饋和處理。
(3)關(guān)于支護(hù)面位移對土壓力的影響，我們可將開挖面以上其外側(cè)土體視作土彈簧。在初始狀態(tài)，支護(hù)面位移為零，土壓力P按靜止土壓力P0考慮。在擋土結(jié)構(gòu)發(fā)生變形后，作用在墻上的土壓力將隨之變化，但其最小值為主動土壓力Pao。
即P= P0—Khd (1)
式中: Kh——土彈簧剛度系數(shù)；
D——墻體某點(diǎn)的水平位移，向坑內(nèi)位移時取正值。
位移的發(fā)生過程是土壓力的釋放和重新分布的過程。當(dāng)發(fā)生位移時，土體對支護(hù)體系的總側(cè)壓力雖然變小，但會產(chǎn)生使基坑安全狀態(tài)進(jìn)入惡心循環(huán)的不利效應(yīng)而最終導(dǎo)致護(hù)坡的坍塌。因此，在監(jiān)測到邊坡變形超過安全限值時，應(yīng)迅速對變形嚴(yán)重的位置進(jìn)行撐錨或其它有效地支撐加固，以防止位移進(jìn)一步發(fā)展�；拥淖冃坞m釋放了土壓力，但其破壞了原設(shè)計(jì)的安全受力狀態(tài)(讓局部支撐構(gòu)件超過極限承載力)，支護(hù)體系因受力不均勻而被各個擊破最終失效。
鑒于基坑的變形會嚴(yán)重影響基坑的使用，故在前期設(shè)計(jì)時就應(yīng)保證好支護(hù)體系的穩(wěn)定、強(qiáng)度和剛度，即支護(hù)結(jié)構(gòu)的抗傾覆驗(yàn)算、抗滑動驗(yàn)算、危險截面應(yīng)力驗(yàn)算和位移驗(yàn)算。
東側(cè)坍塌坡段設(shè)計(jì)變更添加的人工挖孔樁前期由于具有足夠的嵌固深度，支護(hù)效果比較理想。目前已重新下挖至7m，我們通過觀測，該段坡頂暫無新裂縫產(chǎn)生，位移也在安全限度內(nèi)。隨著基坑進(jìn)一步下挖，能否滿足l5m深基坑的支護(hù)要求，則需繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)控。
4.結(jié)語
(1)深基坑施工占用資金多、工期長、難度大，基坑支護(hù)方案的選擇應(yīng)綜合考慮造價、工期、安全及對周圍環(huán)境的影響，尤其當(dāng)基坑周圍有建筑物、道路和管線時，邊坡的變形應(yīng)嚴(yán)格控制。
(2)支護(hù)結(jié)構(gòu)要依據(jù)土體的實(shí)際狀況進(jìn)行設(shè)計(jì)，在少擾動原狀土前提下，既要有良好的整體性、足夠的錨固及可靠的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，又要限制過大位移帶來的不利影響。
(3)對于坍塌后的基坑進(jìn)行施工時，需特別注意坑壁地基土質(zhì)的穩(wěn)定性分析和觀測，以免重蹈覆轍，從而對工程施工造成不必要的損失。
(4)采用人工挖孔樁加固措施的優(yōu)點(diǎn)在于：前期可以利用樁自身的抗彎承載力和嵌固深度，作為上部不穩(wěn)定土體的支撐體系，而后期可作為噴混凝土護(hù)面豎向連梁對土體進(jìn)行防護(hù)，其設(shè)計(jì)調(diào)整的空間大。這里要注意的是，在基坑逐步下挖施工過程中必須加強(qiáng)位移的監(jiān)測、分析與控制。
【關(guān)鍵詞】建筑基坑；邊坡坍塌；破壞機(jī)理
1.工程概況
某基坑工程深10.4m。表層土為雜填土，平均厚度約4m，周邊水電管線設(shè)備等地下設(shè)施比較復(fù)雜。上部采用樁錨支護(hù)，主要支護(hù)措施有：微型樁、土釘、噴混凝土護(hù)面等，但其設(shè)計(jì)坡度極陡達(dá)到86°，基坑施工階段又處于多雨時期。其專業(yè)分包單位基本按照施工組織設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行分層開挖與支護(hù)，每層開挖深度為2m，開挖后對壁面進(jìn)行修整，再進(jìn)行邊坡噴錨施工。
2010年9月20日，東側(cè)FG坡段下挖施工至5m便出現(xiàn)嚴(yán)重坍塌，幸無人員傷亡。設(shè)計(jì)變更后該處采用人工挖孔樁作為支護(hù)加固措施。由于6m以下為堅(jiān)硬巖層施工困難，經(jīng)設(shè)計(jì)許可人工挖孔樁沒有嵌入基坑底面。目前重新下挖至7m處的支護(hù)效果良好，錨索設(shè)計(jì)與施工正在同步進(jìn)行�；雍笃谥饕箓�(cè)力結(jié)構(gòu)將由錨索代替，基坑的安全問題仍應(yīng)高度重視(圖1)。
2.基坑的坍塌原因與破壞機(jī)理分析
2.1分析該基坑坍塌的原因
由基坑坍塌原因是設(shè)計(jì)缺陷、邊坡滲水、防雨不到位、離工質(zhì)量缺陷及土質(zhì)差且受地下設(shè)施限制造成，前期的概念設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，要依據(jù)地質(zhì)資料、氣象資料和工程實(shí)際情況選取合適的支護(hù)方案。而水患控制則是基坑工程施工的重點(diǎn)，應(yīng)采取合理、有效的防水控水方案。
2.2坍塌坡段的破壞機(jī)理分析
基坑工程邊坡的破壞類型需到現(xiàn)場根據(jù)地形、地質(zhì)特征及其破壞過程進(jìn)行辨識，破壞原因包含基因與誘因。地質(zhì)(邊坡的土質(zhì)特點(diǎn)、地質(zhì)構(gòu)造)與地形特征、周邊環(huán)境和邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)，屬于邊坡破壞的內(nèi)在因素（即為邊坡基因)：雨水、地震、人工堆碼與擾動等外在因素則為基坑邊坡坍塌的誘因。誘因與基因共同決定了邊坡坍塌發(fā)生的時機(jī)與規(guī)模�；犹憩F(xiàn)為支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度或者穩(wěn)定性不足，從而引起支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)與坍塌。對此事故采取搶險處理或臨時加固的措施應(yīng)迅速辨識邊坡破壞類型，以防止措施失當(dāng)造成包括人員傷亡與財(cái)產(chǎn)損失(即二次災(zāi)害)，破壞類型同時作為設(shè)計(jì)變更的考慮依據(jù)。由于理論上具有相同類型的邊坡基因，應(yīng)有相同類型的破壞方式，因此，我們可根據(jù)不同的坍塌類型自身特殊的辨識指標(biāo)進(jìn)行判斷�；谂_灣張石角的理論，地滑可分為平面型地滑、弧型地滑、楔型地滑與翻轉(zhuǎn)地滑等幾種類型，再根據(jù)坍塌現(xiàn)場微型樁的傾斜方向，我們對該基坑?xùn)|側(cè)FG段邊坡的破壞方式判定為翻轉(zhuǎn)地滑，即邊坡翻轉(zhuǎn)破壞。
邊坡翻轉(zhuǎn)破壞是有前兆的，基坑施工過程多次在坡頂出現(xiàn)貫通裂縫，尤其在雨后開裂極其嚴(yán)重。當(dāng)裂縫出現(xiàn)時，支護(hù)單位雖然對其進(jìn)行了注漿處理，來達(dá)到防雨水滲入進(jìn)一步破壞土體的目的，但這并沒有從根本上解決問題。這些裂縫為何反復(fù)出現(xiàn)，以及采取什么有效的防坍塌措施。針對坡段坍塌前多次在雨后出現(xiàn)裂縫且有明顯的沉降的情況，我們將出現(xiàn)沉降的原因分析如下：
(1)由于支護(hù)面在受到土體側(cè)壓力的作用下會產(chǎn)生微量位移，從而導(dǎo)致了支護(hù)面與以后出現(xiàn)的破壞面之間的夾角變大；
(2)由于夾在支護(hù)面與破壞面之間的土體要保持體積恒定，這時在基坑邊上、支護(hù)面附近的土體因材質(zhì)不同易出現(xiàn)貫通裂縫，所以在產(chǎn)生相對水平位移的同時，該部分土體(下稱夾土)在自重作用下將發(fā)生下沉(圖2)。
2.3邊坡坍塌必然性分析
(1)邊坡坍塌的流程為：側(cè)壓力作用下產(chǎn)生微量位移→坡頂出現(xiàn)裂縫→雨水侵蝕邊坡土體→土體原狀結(jié)構(gòu)受破壞→夾土液化喪失粘結(jié)力形成薄弱面→形成上大下小的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)→不利效應(yīng)的足量積累最終導(dǎo)致坍塌。
(2)原復(fù)合土釘墻的受力原理為重力式擋土墻，但是在設(shè)計(jì)坡度過陡、鋼筋錨固長度較短的條件下，支護(hù)面猶如在受拉區(qū)域無配筋的豎向懸臂梁，傾覆彎矩完全由單排φ100mm的微型樁承擔(dān)，然而由于微型樁主要用于坡底抗剪，其抗彎能力極低。當(dāng)裂縫出現(xiàn)時，注漿處理雖達(dá)到了防止雨水繼續(xù)滲入的目的，但并沒有提供維持土體穩(wěn)定的粘結(jié)拉力，故未能有效防止邊坡的坍塌(圖3)。
3.坍塌加固處理措施及分析
本事故中，設(shè)計(jì)采用人工挖孔樁的方式增強(qiáng)了坍塌邊坡的穩(wěn)定性，從而防止了二次坍塌，前期作為懸挑構(gòu)件支護(hù)的效果較好，但因?qū)嶋H施工困難、孔樁長度參差不齊且未能嵌入基坑底部，所以在基坑施工達(dá)到一定深度后，梳狀樁體將轉(zhuǎn)變成鋼絲網(wǎng)混凝土護(hù)面的豎向連梁與錨索共同工作，后期抗側(cè)力結(jié)構(gòu)將全部由錨索代替，但對其位移應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格限制。
錨索施工在滿足設(shè)計(jì)承載力的前提下，還應(yīng)加強(qiáng)對位移的監(jiān)測、控制對掌握基坑狀況和及時采取有效措施。下面對變更后支護(hù)結(jié)構(gòu)的土壓力進(jìn)行等效，通過力的矢量三角形變化(圖4)和位移假設(shè)法進(jìn)行研究說明。
(1)當(dāng)上部位移過大時，由支護(hù)體系受力矢量三角形的變化圖得知，錨索所受拉力將迅速增大，故在土體提供足夠錨固力及鋼索與混凝土良好粘結(jié)的前提下，應(yīng)保證錨索具有足夠的錨固長度和抗拉承載力(即鋼絞線截面)，以確保錨固體的注漿質(zhì)量及連梁處節(jié)點(diǎn)防沖切的構(gòu)造措施，尤其是第l道錨索的設(shè)計(jì)位置、承載力和密度要特別得到重視。
(2)當(dāng)下部位移過大時，孔樁端部的支撐巖面受力面積減小而壓強(qiáng)增大，致使樁端巖石破壞圍護(hù)結(jié)構(gòu)脫落失效。故除了確保樁端巖石自身的穩(wěn)定外還應(yīng)限制坡底位移，即：實(shí)行信息化施工，尤其對支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移進(jìn)行監(jiān)控，做到及時反饋和處理。
(3)關(guān)于支護(hù)面位移對土壓力的影響，我們可將開挖面以上其外側(cè)土體視作土彈簧。在初始狀態(tài)，支護(hù)面位移為零，土壓力P按靜止土壓力P0考慮。在擋土結(jié)構(gòu)發(fā)生變形后，作用在墻上的土壓力將隨之變化，但其最小值為主動土壓力Pao。
即P= P0—Khd (1)
式中: Kh——土彈簧剛度系數(shù)；
D——墻體某點(diǎn)的水平位移，向坑內(nèi)位移時取正值。
位移的發(fā)生過程是土壓力的釋放和重新分布的過程。當(dāng)發(fā)生位移時，土體對支護(hù)體系的總側(cè)壓力雖然變小，但會產(chǎn)生使基坑安全狀態(tài)進(jìn)入惡心循環(huán)的不利效應(yīng)而最終導(dǎo)致護(hù)坡的坍塌。因此，在監(jiān)測到邊坡變形超過安全限值時，應(yīng)迅速對變形嚴(yán)重的位置進(jìn)行撐錨或其它有效地支撐加固，以防止位移進(jìn)一步發(fā)展�；拥淖冃坞m釋放了土壓力，但其破壞了原設(shè)計(jì)的安全受力狀態(tài)(讓局部支撐構(gòu)件超過極限承載力)，支護(hù)體系因受力不均勻而被各個擊破最終失效。
鑒于基坑的變形會嚴(yán)重影響基坑的使用，故在前期設(shè)計(jì)時就應(yīng)保證好支護(hù)體系的穩(wěn)定、強(qiáng)度和剛度，即支護(hù)結(jié)構(gòu)的抗傾覆驗(yàn)算、抗滑動驗(yàn)算、危險截面應(yīng)力驗(yàn)算和位移驗(yàn)算。
東側(cè)坍塌坡段設(shè)計(jì)變更添加的人工挖孔樁前期由于具有足夠的嵌固深度，支護(hù)效果比較理想。目前已重新下挖至7m，我們通過觀測，該段坡頂暫無新裂縫產(chǎn)生，位移也在安全限度內(nèi)。隨著基坑進(jìn)一步下挖，能否滿足l5m深基坑的支護(hù)要求，則需繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)控。
4.結(jié)語
(1)深基坑施工占用資金多、工期長、難度大，基坑支護(hù)方案的選擇應(yīng)綜合考慮造價、工期、安全及對周圍環(huán)境的影響，尤其當(dāng)基坑周圍有建筑物、道路和管線時，邊坡的變形應(yīng)嚴(yán)格控制。
(2)支護(hù)結(jié)構(gòu)要依據(jù)土體的實(shí)際狀況進(jìn)行設(shè)計(jì)，在少擾動原狀土前提下，既要有良好的整體性、足夠的錨固及可靠的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，又要限制過大位移帶來的不利影響。
(3)對于坍塌后的基坑進(jìn)行施工時，需特別注意坑壁地基土質(zhì)的穩(wěn)定性分析和觀測，以免重蹈覆轍，從而對工程施工造成不必要的損失。
(4)采用人工挖孔樁加固措施的優(yōu)點(diǎn)在于：前期可以利用樁自身的抗彎承載力和嵌固深度，作為上部不穩(wěn)定土體的支撐體系，而后期可作為噴混凝土護(hù)面豎向連梁對土體進(jìn)行防護(hù)，其設(shè)計(jì)調(diào)整的空間大。這里要注意的是，在基坑逐步下挖施工過程中必須加強(qiáng)位移的監(jiān)測、分析與控制。
