一、整體失穩(wěn)
整體失穩(wěn)是指在土體中形成了滑動(dòng)面,圍護(hù)結(jié)構(gòu)連同基坑外側(cè)及坑底的土體一起喪失穩(wěn)定性,一般的失穩(wěn)形態(tài)是圍護(hù)結(jié)構(gòu)的上部向坑外傾倒,圍護(hù)結(jié)構(gòu)的底部向坑內(nèi)移動(dòng),坑底土體隆起,坑外地面下陷。
例:龍?zhí)犊罩谢▓@基坑事故
2005年9月3日12時(shí),武昌區(qū)彭劉楊路金榜名苑已開挖至設(shè)計(jì)深度5.2m的深基坑?xùn)|側(cè)(cd)段約40余米長的邊坡發(fā)生滑塌險(xiǎn)情。
凌晨,約30m寬位置坡頂出現(xiàn)開裂并出現(xiàn)沉降,坡腳水泥土攪拌樁出現(xiàn)斷裂。早晨7時(shí),下起大雨,半小時(shí)后該段出現(xiàn)塌滑。原因主要是基坑北側(cè)東端滑塌地段出現(xiàn)超挖,開挖后放置了較長時(shí)間;坑內(nèi)大量積水未及時(shí)抽排;坡腳土層受水浸泡,降低了土層強(qiáng)度,勢必導(dǎo)致邊坡蠕動(dòng)變形;緊鄰坑邊下水管長期漏水,邊坡蠕動(dòng)變形積累到一定程度后,坡頂?shù)缆废碌南滤莱霈F(xiàn)開裂,大量水浸入邊坡土體內(nèi),導(dǎo)致邊坡失穩(wěn) 。
二、坑底隆起
1.坑底隆起是一種向上的位移,產(chǎn)生的原因一是深層土的卸荷回彈,二是由開挖形成的壓力差導(dǎo)致的土體塑流。
2.由于土體是連續(xù)體,坑底的隆起和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移必然導(dǎo)致坑外土體產(chǎn)生沉降和水平位移,帶動(dòng)相鄰建筑物或市政設(shè)施發(fā)生傾斜或撓曲,這些附加的變形使結(jié)構(gòu)構(gòu)件或管道可能產(chǎn)生開裂,影響使用,危及安全。
3.一般解決的方法是被動(dòng)區(qū)加固,提高土的抗力,減少變形,同時(shí)解決整體穩(wěn)定和坑底隆起問題。
例:三金.鑫城國際C地塊事故
三、圍護(hù)結(jié)構(gòu)傾覆失穩(wěn)
圍護(hù)結(jié)構(gòu)傾覆失穩(wěn)主要發(fā)生在重力式結(jié)構(gòu)或懸臂式圍護(hù)結(jié)構(gòu),重力式結(jié)構(gòu)在坑外主動(dòng)土壓力的作用下,圍護(hù)結(jié)構(gòu)繞其下部的某點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng),圍護(hù)結(jié)構(gòu)的頂部向坑內(nèi)傾倒。抵抗傾覆失穩(wěn)的力矩主要由圍護(hù)結(jié)構(gòu)自身的重力形成,坑底的被動(dòng)抗力也是構(gòu)成抵抗力矩的因素。
例:武漢火炬大廈事故
武漢火炬大廈開挖深度10m,上部為老鉆土,下部為基巖,采用¢900mm人工挖孔嵌巖排樁支護(hù),開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后,由于老粘土局部浸水,強(qiáng)度降低,土壓力劇增,由于樁嵌人巖層,變形不易諧調(diào),造成十余根支護(hù)樁折斷,危及鄰近六層綜合樓,使該樓樓梯間懸空,情況危急。經(jīng)緊急回填,增設(shè)錨桿后。得以穩(wěn)定。
四、圍護(hù)結(jié)構(gòu)滑移失穩(wěn)
圍護(hù)結(jié)構(gòu)底部地基承載力失穩(wěn)是指重力式圍護(hù)結(jié)構(gòu)的底面壓力過大,地基承載力不足引起的失穩(wěn)。由于在圍護(hù)結(jié)構(gòu)的外側(cè)還作用著土壓力,因此其合力是傾斜的。在傾斜荷載作用下,地基土發(fā)生向坑內(nèi)的擠出,圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不均勻的沉降,可能導(dǎo)致部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)的開裂損壞。
例:天恒大廈事故
天恒大廈開挖深度約5m,淤泥及淤泥質(zhì)土的厚度近20m,工程樁采用1000m鉆孔灌注嵌巖樁,開挖支護(hù)方案采用格構(gòu)式水泥土重力式擋墻,坑底被動(dòng)區(qū)采用格構(gòu)式水泥土暗撐。
當(dāng)時(shí)施工工期緊張,十?dāng)?shù)臺粉噴樁機(jī)晝夜施工水泥土擋墻及暗撐,樁的咬合情況及成樁質(zhì)量不佳,在齡期不足的情況下,匆忙開挖,加上坑邊堆載不當(dāng)、局部開挖接樁、暴雨襲擊等不利因素,導(dǎo)致大面積邊坡失穩(wěn)和坑底隆起,坑內(nèi)工程樁大多偏斜,塔吊基礎(chǔ)脫空、基礎(chǔ)下樁開裂。
經(jīng)過全面檢測,確認(rèn)傾斜樁的樁身完整性,采用了獨(dú)立承臺改為筏板,另增補(bǔ)56根鉆孔灌注樁,同時(shí)對坑底淤泥采用注漿加固。經(jīng)過近半年的努力,才成功處理完事故隱患。
五、圍護(hù)結(jié)構(gòu)滑移失穩(wěn)
圍護(hù)結(jié)構(gòu)滑移失穩(wěn)亦主要發(fā)生在重力式結(jié)構(gòu)中,在坑外主動(dòng)土壓力的作用下,圍護(hù)結(jié)構(gòu)向坑內(nèi)平移。抵抗滑移的阻力主要由圍護(hù)體底面的摩阻力以及內(nèi)側(cè)的被動(dòng)土壓力構(gòu)成。當(dāng)坑底土軟弱或圍護(hù)結(jié)構(gòu)底部的地基土軟化時(shí),墻體發(fā)生滑移失穩(wěn)。
例:華瑞大廈事故
華瑞大廈位于卓刀泉南路與雄楚大街交匯處,一幢26層高層建筑,基礎(chǔ)埋深約-10.8m;又ёo(hù)地面以下約6m,坡率1:03噴錨支護(hù),6m以下為人工挖孔樁錨桿支護(hù)。2005年6月26日,基坑西側(cè)產(chǎn)生滑坍,支護(hù)樁嚴(yán)重內(nèi)傾,部分護(hù)坡樁斷裂;西側(cè)坡頂?shù)孛娉两,坡面外鼓;南?cè)、東側(cè)坡頂?shù)孛?含人行道產(chǎn)生裂縫),險(xiǎn)情嚴(yán)重。事故的原因主要是紅粘土層遇水后強(qiáng)度迅速降低,導(dǎo)致淺層滑坡。
六、“踢腳”失穩(wěn)
“踢腳”失穩(wěn)在單支撐的基坑中,可能發(fā)生撓支撐點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng),圍護(hù)結(jié)構(gòu)上部向坑外傾倒,圍護(hù)結(jié)構(gòu)的下部向上翻的失穩(wěn)模式,故形象地稱為“踢腳”失穩(wěn)。在多支撐的圍護(hù)結(jié)構(gòu)中一般不會(huì)產(chǎn)生踢腳失穩(wěn),除非其它支撐都已失效,只有一道支撐起作用的情況。
例:海珠城廣場B區(qū)事故
2005年7月21日中午12點(diǎn)左右,廣州市海珠區(qū)江南大道中——海珠城廣場B區(qū)施工工地發(fā)生基坑坍塌,基坑南邊支護(hù)結(jié)構(gòu)坍塌,東南角斜撐脫落;又ёo(hù)坍塌范圍約104.55延米,面積約2007平方米,南側(cè)海員賓館的基礎(chǔ)樁折斷滑落,結(jié)構(gòu)部分倒塌。同時(shí)造成3人死亡、8人受傷。
產(chǎn)生原因:
1.施工與設(shè)計(jì)不符,基坑施工時(shí)間過長,基坑支護(hù)受損失效,構(gòu)成重大事故隱患。
2.南側(cè)巖層向基坑內(nèi)傾斜,軟弱強(qiáng)風(fēng)化夾層中有滲水流泥現(xiàn)象,施工時(shí)未及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)和施工方案,錯(cuò)過排除險(xiǎn)情時(shí)機(jī)。
3.基坑坡頂嚴(yán)重超載,致使基坑南邊支護(hù)平衡打破,坡頂出現(xiàn)開裂。
4.基坑變形量明顯增大及裂縫增長時(shí)未能及時(shí)作加固處理。
七、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性破壞
圍護(hù)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性破壞是指圍護(hù)體本身發(fā)生開裂、折斷、剪斷或壓屈,致使結(jié)構(gòu)失去了承載能力的破壞模式。如支撐體系不當(dāng)或圍護(hù)結(jié)構(gòu)不閉合;也可能是設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)荷載估計(jì)不足或結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度估計(jì)過高,支撐或圍檁截面不足導(dǎo)致破壞;此外,結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)處理不當(dāng),也會(huì)因局部失穩(wěn)而引起整體破壞,特別在鋼支撐體系中,節(jié)點(diǎn)多,加工與安裝質(zhì)量不易控制。節(jié)點(diǎn)處理包括支撐和墻體的連接處,如不設(shè)置圍檁或連接強(qiáng)度不夠。
例:杭州蕭山湘湖段地鐵施工事故
2008年11月15日15時(shí)20分,杭州蕭山湘湖段地鐵施工現(xiàn)場發(fā)生塌陷事故。風(fēng)情大道坍塌形成了一個(gè)長75米、寬21米、深15.5米的深坑,附近的河流決堤,河水倒灌,一度水深達(dá)6米多。正在路面行駛的11輛車陷入深坑,數(shù)十名地鐵施工人員被埋,遇難工人數(shù)達(dá)到21名,同時(shí)造成了風(fēng)情大道中斷,距事故現(xiàn)場僅一墻之隔的蕭山區(qū)城西小學(xué),校園東邊的圍墻已全部垮塌。附近民房傾斜破壞,地面下管線破壞等一系列連鎖破壞效應(yīng)。
初步判定基坑破壞形式,基坑產(chǎn)生整體失穩(wěn),坑底隆起,從而使得圍護(hù)墻傾斜,而鋼支撐與圍護(hù)墻連接剛度很弱,基本可以看作鉸接,當(dāng)對撐的兩側(cè)軸力不在一條線上時(shí),鋼支撐非常容易產(chǎn)生失穩(wěn)破壞,從而產(chǎn)生類似多米諾骨牌效應(yīng),導(dǎo)致最后基坑失穩(wěn)破壞,坑邊土體塌陷,支撐破壞。
八、支、錨體系失穩(wěn)破壞
支、錨體系失穩(wěn)破壞包括兩種不同的破壞模式。錨桿的破壞主要表現(xiàn)為錨桿的拔出、斷裂或預(yù)應(yīng)力松弛,土錨的破壞大多是局部的;支撐的失穩(wěn)很可能是整體性的,其形態(tài)因體系不同而不同,支撐體系大多是超靜定的,局部的破壞會(huì)造成整體的失穩(wěn),尤其是鋼支撐體系,局部節(jié)點(diǎn)的失效概率比較大。
九、止水帷幕功能失效和坑底滲透變形破壞
止水帷幕功能失效和坑底滲透變形破壞是指止水帷幕喪失擋水功能,產(chǎn)生滲漏、涌水、流土或流砂。由于水土流失使基坑外地面下沉、塌陷,導(dǎo)致鄰近建筑物的開裂和損壞。
引起圍護(hù)結(jié)構(gòu)止水帷幕功能失效的主要原因是施工因素,其次是設(shè)計(jì)因素和材料的因素。由于施工質(zhì)量低劣,止水帷幕有空洞或裂縫,成為漏水的通道是最普遍的現(xiàn)象;止水帷幕設(shè)計(jì)過短,沒有全部切斷透水層也是漏水的可能原因。由于止水帷幕失效產(chǎn)生過大的水力坡降引起坑底滲透變形破壞。如不及時(shí)制止,由滲透變形引起的坑外土體的位移和陷落是嚴(yán)重的。
止水帷幕功能失效
坑底滲透變形破壞