（岩土工程专业论文）软土地基基坑工程事故原因分析.pdf

摘要 随着城市建设的不断发展，高层建筑的兴起和地下空间的开发利用，基坑 开挖工程日益增多。但由于基坑工程具有的特点造成了基坑事故发生的频率较 _ _ r 高。基坑工程既涉及专圭三堡和缝翅王蓬又涉及到基坑厨围环境情况，影响因 素很多。本文简要回顾了近年来基坑开挖事故的现状并对发生事故的原因从 勘测、设计、施工、监测等几个方面进行分析研究，并对基坑事故发生后提出 了一些切实可行的应急措施和事故发生前的预防措施。根据事故原因分析和研 究、结合具体工程实例进行详细的分析，并提出针对软土地基中基坑开挖的原 _ _ _ - - _ _ - 一 则和方法。 i l l a b s t r a c t w i t ht h ec o n t i n u o u sd e v e l o p m e n t so ft h eu r b a n c o n s t r u c t i o n ，t h es p r i n g i n gu po ft h eh i g h r i s ea n dt h e o p e nin gu po ft h eb a c k g r o u n ds p a c e ，t h ed e e pe x c a v a ti o n p r o j e c ti si n c r e a s i n gg r e a t l y t h ef r e q u e n c yo ft h e e x c a v a t i o nf a i l u r ei sh i g hb e c a u s eo ft h ep r o p e r t i e s o ft h ee x c a v a t i o np r o j e c t t h ee x c a v a t i o np r o j e c t 1 n v o 上v e s e n 9 1 n e e r l n g g e o t e c h n i c a l a n dt h e e n g i n e e r i n g，s t r u c t u r e e n v i r o n m e n ta r o u n dt h e e x c a v a tio n s ot h a tt h e r ea r em a n yi n flu e n ci n gr e a s o n s i nit f h i sp a p e r r e t r o s p e c ts i m p i yt h ec u r r e n t s i t u a t i o n i n e x c a v a t i n g f a i l u r eb a s e do nt h e s u r v e y i n g ，d e s i g n i n g ，c o n s t r u c t i o na n ds u p e r v i s i n g i n t h es a m eti m es o m ep r a t ti c a le m e r g e n c ym e a s u r e s a r e p u tf o r w a r di n t h i sp a p e rb e f o r et h ef a i l u r eo ft h e e x c a v a ti o n a c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i sa n dt h es t u d yo f t h ee x c a v a t i o nf a i l u r ea n dc o m b i n i n gt h ea n a l y s i so f t h ec o n c r e t ee x a m p l e ，t h ep r i n c i p l ea n dm e t h o d sf o r t h es o f tc l a yg r o u n de x c a v a t i n ga r eg i v e ni nt h ep a p e r 浙江大学硕士学位论文2 0 0 0 芷 第一章绪论 1 1 引言 随着我国城市建设的不断发展，在许多大中城市大量兴建高层建筑、地下 铁道等各种工业与民用建筑，由此出现了大量的深基坑工程。而深基坑工稃是 一项风险较大的工程，它涉及到土力学、基础工程、结构工程和土工试验等学 科的知识。基坑工程是临时工程，其大部分集中在建筑密度大、人口密集、交 通 j 挤的城市中，基坑1 。程施工条件差、地质情况千变万化，因此基坑工程可 以说是一个多学科交叉、多种复杂因素交织在一起的系统工程。在软土地基中， 往往由于某一环节的疏忽而导致基坑工程产生土体滑移、桩体变形过大、坑底 涌起、基坑失稳、周围建筑物倾斜等工程事故。限确的基坑支护设计应俸现在 以下三个方面： l 保证基坑周围土体的稳定性，这是基坑丌挖的必要条件； 2 确保邻近建筑物和市政设施的i f 常安全使 j ，控制十体的变形： 在安全的条件下做到造价低、施工方便、工程进度快。 要真f 做到基坑支护的稳定、安全、经济这三方面的统一，确实是比较困 难的。j 丁有理论的迸一步发展和实践经验的不断积累彳能逐步实旌 个优化 的基坑工程方案。基坑1 程是一个古老的传统工程问题，早在本世纪3 0 年代， t e r z a g h i 和p e c k 等人已开始研究基坑中的岩土工程问题，在这以后世界各固都 埘基坑工程进行深步的研究，并不断提出新的理论和分析方法，结合基坑工 程成功、失败的经验，不断完善各种分析方法。随着我国改革开放事业的不断 深化，从8 0 年代开始基本建设蓬勃发展，高层建筑愈来愈多，相应的基坑 二程 也随之增多，9 0 年代随着旧城改造的加快发展，在闹市区丌挖带来了许许多多 的蚪境工程问题，而如何适应新的问题促进了新技术的产生和发展，但由于基 坑设计缺乏统一的标准，而基坑工程又是实践性比较强的岩土工程问题，因此 z l ：实际工程中，发3 i f i t ：多基坑工程事故有必要对工程事故进行分析研究。既 然基坑工程具有较火的风险性，必然会出现许多失败的工捍，作为岩土工程技 术人员只有吸取失败的教训，防患于未然，才能少犯类似的错误，从而在新的 - 程中完善和发展新的技术。 浙江大学硕士学位论文2 0 0 0 证 图卜6锚杆式支护结构 5 拱形支护结构 该支护结构采用钢筋砼灌注桩，水泥搅拌桩，钢筋砼预制桩或组合其两种 桩型形成的支护结构如图i - 7 ，水泥土拱抗压强度较大合理利用其材料性能， 是一种理想的支护形式，拱脚用钢筋砼灌注桩或钢筋砼预制桩，承受水泥土拱 传递过来的土压力。 图卜7 拱形支护结构 6 地下连续墙 支护结构采用地下钢筋砼连续墙与“逆作法”施工结合起来，地下连续墙 作为缺础外墙，地下室粱板作为支撑，地下部分施工r 一】以自上而下与上部结构 同时施工。把地下连续墙筑成挡土、防水以及承重的墙，形成种深基础和多 层地下室施工的有效方法。虽然地下连续墙有一些缺陷如墙面粗糙、造价偏高 对泥浆要进行处理，但是该支护结构，适用范围很广，几乎适用于其他支护形 式不能支护的深基坑。 1 3 本文的主要工作 本文主要根据当前软土地基中发生的基坑支护工程事故，从不同角度分析 事故发生的原因。结合某些典型基坑工程事故，具体从勘测、设计、施工、监 测等方面作详细的分析，指出工程事故的直接原因和间接原因，并对某一用石 灰桩和低强度桩联合支护的重力式挡土墙支护结构，分析其支护失败的原因。 本文最后对宁波甬江路槽基坑工程进行分析并对儿种基坑抗隆起稳定验算方 法进行比较，指出了软土地基中较为适用的验算方法。分析了基坑开挖时一旦 发现事故苗头，应采取相应的技术措施来防止事故的进一步发展，杜绝事故的 发生。 l l 浙江大学硕士学位论文2 0 0 0 年 第二章基坑事故原因分析 2 1 概述 基坑工程设计、施工具有许多不确定的因素，诸如土压力计算与实际情况 的出入，如何采用水土合算与水土分算，作用在支护结构上的荷载变化、土体 变形、支护结构变形、地基土的变异性以及土压力分布的不断变化、环境条件 的变化、开挖方式以及开挖时空效应等等。基坑工程事故般可分为：基坑失 稳、支护结构局部破坏、土体变形过大、周围环境破坏等。当然造成这些事故 的原因可从勘察、设计、施工、监测等方面来分析。基坑工程不仅要确保边坡 的稳定和支撑的可靠，还要不影响周围的邻近建筑物和附近的道路、地下管线， 这就进步要求满足变形的控制要求。 2 2 基坑事故原因分析 2 2 1 勘测方面 由于基坑工程一般都是临时性结构，如何选取合理的参数和计算模型是一 个涉及到安全、经济的关键问题。因此基坑勘测是否与基坑土质实际情况相接 近是成功的前提条件。岩土具有一些特殊性，其边界条件很难确定，其可靠度 比较模糊。勘测方面的失误，必然会给基坑工程带来事故隐患，基坑工程的勘 测问题表现为以下几个方面： 1 勘测报告提供的土体的土性指标与实际不一样且差距较大，导致土压力 计算结果不真实，支护结构的不安全。 2 勘测单位以常规的工程勘测来对待基坑勘测，因此往往不重视水文地质 的勘测，对土层的渗透系数及坑底地下承压水等水文状态缺乏专门的试验。 3 由于基坑工程的特点，不少勘测单位对基坑的布孔点较少，没有查明基 坑范围内的软弱土层、暗滨、年久失修的地下化粪池或泄洪管道等特殊土层， 缺乏对特殊土层的全面了解容易造成锚杆因承载力低而被拔出。 4 另外地质勘测资料中对于上层滞水、承压水未经试验而作出的判断往往 带有地区经验性，基坑开挖时引起的较大的水头差，造成渗水、涌砂、流土最 终导致基坑工程支护倒塌。近年来由于支护结构本身强度不足造成的破坏越来 2 浙江大学硕士学位论文 2 0 0 0 正 越少，而由于对地下水了解不清或根本没有处理地下水而造成的工程事故却占 有相当大的比例，因此对地下水的勘测要引起足够的重视。 在软土地基中常用的基坑止水帷幕有深层水泥搅拌桩形成的止水帷幕和高 压旋喷水泥形成的止水帷幕。当然也有采用素砼排桩或素砼嵌桩的止水方法， 还有低强度复合桩如石灰桩等方法。某些工程由于素砼桩之间或素砼土桩与支 护桩之间搭接不好形成空隙，某些工程由于支护墙后土体透水性较大的土层产 生局部管涌，也有一些工程由于地下障碍物造成止水桩搭接不理想而影响止水 帷幕的质量。因此地质勘测中应充分重视对水文地质情况的仔细分析，提供可 靠的地质资料，以避免不必要的基坑工程事故。同时结合开挖过程中的全过程 监测发现地质实际情况与勘测有较大出入时随时更改设计，调整设计参数， 对渗透性较好的地基中的深基坑，应有针对性地采用不同的降水方案。丌挖前 的降水可以提高土体强度，减少支护桩后的压力，防止涌砂等现象的发生。 但降水也会造成临近建筑物的沉降和地下管线的位移，因此某些情况下在基坑 外侧御旨回灌井点是非常必要的。在软土地笨的深基坑中，由于淤泥质士渗透 性较惹，设计时一般没有考虑止水措施，而且桩与桩之问距离相差一般为3 0 0 4 0 0 m m ，虽然淤泥土的渗透性很小( 从i 0 。7 c m s ) ，但某些流塑状的淤泥土在渗透 水压的作用下，很容易造成流土现象，道路的大面积下沉主要是由于基坑丌挖 过程中造成基坑坑底隆起引起的，因此对于软土地区的基坑工程勘测应做到以 下几点： l 勘测范围应扩大到基坑边界外2 倍以l 的基坑开挖深度范围，勘测点间 距一般应在2 0 m 左右，勘测孔深度应大于2 倍的基坑开挖深度。 2 对地表浅层遇到的暗滨、古河道、失修的管道等地下障碍物，要进行仔 细勘测，多布浅孔，查明成因、厚度及昴面变化情况。 3 对基坑范围内的地下水，应进行水文地质勘测，查明上层滞水、潜水、 承压水和隔水层的埋深、分布情况。 4 基坑工程的测试应进行如下内容： ( 1 ) 土的天然重度天然含水量与孔隙： ( 2 ) 颗粒分析试验，用以评价土层的管涌，层砂，潜蚀的情况； ( 3 ) 压缩试验，对基坑应进行回弹试验，用以考虑基坑的开挖卸荷和加载 情况： 浙江大学顺i 岸位论文 2 0 0 0 钜 ( 4 ) 抗剪强度试验，确定土的粘聚力c 和内摩擦角矽。对于饱和软粘土采 用三轴剪切试验。当加荷速率较快时，采用不固结不排水试验( l f t j ) ，当土体 排水速率较快且施工较慢时，可采用固结不排水试验( c u ) ： ( 5 ) 现场抽水或注水试验，用以测定土的渗透系数： ( 6 ) 平板载荷试验或旁压试验同时用以测定地基基床系数和静止侧压力系 数； ( 7 ) 查明基坑周围环境情况。 1 基坑工程事故实例 例一：安徽省建材商厦深基坑支护事故，该基坑采用钢桩锚杆结构。地下 室施工到一半时路面发生大面积塌陷，钢桩水平位移达6 0 c m ，路面排水管断裂， 桩问大量水土涌出，自行车道的围墙断裂、倒塌、锚杆失效。 该事故的原因之一是由于勘测失误，在西边行车道下埋有市政给排水管道 及一个化粪池，由于该化粪池年久失修，渗漏严重，由于支护系统未采取1 ：水 措施，造成桩问水土流失，桩后土体出现孔洞由于水大量进入土体后， 二体 抗剪强度及锚杆抗拉力急剧下降，同时土压力上升，再加动水压力，造成锚杆 失效。事收的原凼之是未做开挖监测，不能发现事故隐患，不能余下有效地 调节基坑的丌挖速度。 例二：某大楼地上1 5 层，地下室一层，开挖深度为4 8 m ，基坑采用4 排中6 0 0 的水泥搅拌桩形成支护结构，该基坑平面布置见图2 一l 。 图2 - 1 基坑平面布景图 当基坑挖至第二层到基底时，支护体与土体脱离，出现较大的裂缝，顶部 4 浙江大学硕士学位论文2 0 0 0 芷 最大经移1 2 0 0 1 m ，基坑底部向内移动也近9 0 0 r a m ，且墙体严重开裂，基坑内大 量涌土，支护墙外出现滑塌下陷区，深度为5 0 7 0 c m 。 该事故原因之一是由于地基勘测不仔细，留下事故隐患，因为基坑支护墙 正好处于淤泥质粘土层中，而这一层土恰恰是基坑支护墙持力的部位，由于未 能提供该层的强度指标，在设计中盲目凭借其他工程的经验选定设计参数，致 使设计盲目，导致支护结构潜伏事故的隐患。事故原因之二是设计中盲目选取 土质的设计参数，所选参数值明显偏大，淤泥质粘土的强度指标取到粘聚力 c = 1 2 k p a ，内摩擦角庐= 1 2 0 ，实际西= 6 8 0 左右，这样计算后的抗倾覆和抗滑移 安全系数均小于l 。事故原因之三是在工程桩打桩过程中严重扰动了淤泥质软粘 土，在土中形成了较高超静孔隙水压力，大大降低了土体的强度。由于土中的 超静孔压还未全部消散，软土地基的土体强度还未恢复，其实际值比设计值小， 不可避免地造成工程事故。 例三某泵站基坑工程开挖深度l1 2 m ，放坡l ：3 。开挖接近l o m 时边坡 土体开始出现裂缝，接着南侧边坡发生大规模塌方，并不断扩展，继而北侧也 发生塌方。此时采取了削坡，清底打草包等措施均无济于事，塌方土不断涌入 基坑，同时地基土体出现明显的隆胀和严重扰动。 陔事故原因之一是该场地第五层为粉质粘土，具有不均匀的膨胀，属中等 膨胀土，膨胀力虽小，但膨胀速度很快。但勘测报告中没有反映出第五层土的 胀缩性。因为膨胀土是一种颗粒高分散、对含水量变化极为敏感的高塑性粘土， 密度比较小，压缩性低，渗透性差，土体膨胀力的大小取决于土体结构、粘土 矿物成分及相应的含水量，膨胀土遇水膨胀后结构改变，土体强度必然降低。 从基坑开挖后土样的测定结果看，含水量由原来的2 6 3 增至3 8 9 ，压缩系数 由0 2 6 m p a 。增加到0 4 0m p a ，粘聚力由原来的6 0 k p a 降为2 5 k p a ，内摩擦角 由2 0 。降为1 4 。由于勘测失误，使得基坑施工和基坑设计都没有对第五层土采 取相应的技术措施，导致开挖时出现大面积塌方事故。 2 小结 通过以上工程实例，我们可以从中总结出在软土地基基坑工程中由于勘 测失误造成的工程事故不少，其主要是由于提供的土质强度指标不切实际，造 成基坑设计偏于不安全，另外由于对基坑周围的地下管线、古河道、泄洪管、 浙江大学硕上学位论文2 0 0 0 芷 化粪池等地下设施情况没有摸清，开挖时的渗水造成坑底隆起、士体滑移破坏。 因此合理确定土质指标既安全又经济地进行基坑支护设计的前提，对于不同条 件下的地质情况要考虑不同的指标，切不可盲目照抄照搬，同时设计时应考虑 到由于施工的变化而造成土的变化这种不利情况，做到信息化施工，根据监测 的的结果和情况，随时调整设计参数。基于基坑工程勘测的特殊性，软土地基 基坑工程勘测的任务书应包括如下资料： 1 提供建筑平面布置图； 2 提供拟建建筑物的上部结构类型、荷载以及基础类型： 3 提供基坑开挖的深度、基坑底标高、基坑的尺寸等情况； 4 ，提供场地及周围环境条件的资料。 勘测时应对支护结构可能设置的区域，提供对支护结构产生作用的土层以 及受基坑开挖影响的土层的资料。勘测应涉及到基坑丌挖深度的2 3 倍，对软 粘土、淤泥质土应测定其灵敏度，对老粘土与残积土应测定其膨胀性指标。勘 测还应对土层中的暗浜、溶洞、古井、地f 障碍物等情况了解清楚。 对于勘测中的水文地质情况应提供地下水的类型、埋藏条件、施工中地下 水的变化，同时心查明隔水层及过渡层的位置。总之，对于在软粘土中的基坑 丌挖，地质勘测应提供合理的土层参数，并对基坑支护提出建议以及注意事项。 2 2 z 设计方面 支护结构的选择既要保证整个支护系统在整个地下工程施工过程中的安 全，又要控制支护结构和土体的变形，确保周围建筑和市政公用管线的安全。 由于基坑设计错误而造成的基坑工程事故占有相当大的比例，因此必须既要结 合设计理论又要吸取事故的教训。设计时应结合每一个具体的工程情况，切忌 盲目照搬照套，由于有些工程对参数的选择不当，造成计算依据的不正确最终 导致支护结构存在隐患，一旦变形过大或缺乏止水措施容易造成工程事故。设 计方面对于支护结构方案选型缺乏针对性，盲目套用其它工程的支护形式，片 面追求节省资金，采用不可靠的支护方案，造成基坑工程事故的发生，因为不 同的基坑，虽然开挖深度相近，但周围环境和地质情况的不一样，因此不同地 方的基坑应采用不同的基坑开挖形式。在软弱土层的深基坑开挖中，首先遇到的 是土压力的确定问题，目前工程界对此认识不一，特别是在施工期和应用期采用 浙江大学硕学位论文2 0 0 0 王 水土合算还是水土分算。基坑周边土体中的孔隙水压力、有效应力和抗剪强度 是随时间变化的，而这些参数的确定方法是影响水土压力的主要因素。 采用有效应力法计算的土压力时，将水土分开考虑，概念清晰，但由于难 于获得有效应力强度指标，且无法考虑土体在不排水剪切时的超静孔压的影响， 因此不经常采用。对于有效应力强度指标c ，的常用试验方法为三轴排水试 验或直接慢剪试验，对于渗透系数k ( 1 3 ( 满足要求) 丘d ( 2 ) 抗倾覆稳定验算 k w b + e p h p 1 1 6 1 1 0 ( 满足要求) e 。h 。 从上二面的验算可以认为如果重力式挡土墙本身的强度满足要求，该基坑 应该是安全的。但该低强桩是采用石灰桩以及由水泥和泥土搅拌并插入竹片形 成的，由于施工工艺差且没有类似的成功经验，一旦桩的成型较差，就会造成 挡土墙强度不足而导致基坑工程滑坡破坏。 2 该基坑工程大部分采用低强度桩作为重力式档土墙，在靠近邻近建筑物 处布置了一些挖孔桩，由于这些支护桩属于悬臂桩且缺乏整体连接，因此整个 工程的整体性很差，用石灰桩来加固土体理论上应该是可行的，但是本场地属 于淤泥质土的软土地基，用石灰桩作为支护结构，存在短时削内胶结差，强度 低的特性，加之旋工质量低劣，造成桩体过早丌裂，雨水渗透导致主动土压增 加、卜体滑坡。大量的原位测试及士工试验结果表明，石灰桩仅对桩地一定范 围内的土体显示了加固效果，而桩周以外的桩洲土在加固后力学性能并无明显 的改变。生石灰体积膨胀的主要原因是固体分解空隙体积增大，体积表面积 增大，表面附着物增多，使固体颗粒体积也相应增大，而体积膨胀与生石灰的 细度、水灰熟化温度、有效钙量和外部约束有关，c a 0 体积膨胀主要来自孔隙体 积的增加，石灰桩在土中由于土的约束以及桩材料的变异性，密实度不同。石 灰桩在周围没有约束的条件下，对桩周围饱和软粘土或粉土有一定的挤密效应。 由于石灰桩在旧城区改造的基坑开挖工程中的质量难以保证当石灰桩之间的 桩距偏大时，桩与桩之间的淤泥质土得不到加固，天气下雨的雨水渗漏导致主 动土压力的不断加大，支护体的整体性很造成基坑大面积塌方。 3 鏊坑开挖从荫 尔一次性挖到底，由于软土地区土体具有流变性和触变 性的特点一次挖到底迅速改变了原来土体的平衡状态，人大降低了土体的抗 剪强度，使软土产生较大的水平位移，造成基坑滑坡，为了维持软土基坑的稳 定性应分层开挖。 4 由于本工程没有监测措施，在整个施工过程中没能有时反馈基坑施工的 信息，当发现问题时采取措施已为时已晚了。 浙江人学硕上学位论文 3 1 工程概况 第三章某基坑工程事故原因分析 宁波甬江水底隧道北岸引道工程路槽土体开挖，设计采用地下连续墙支 护，全长2 6 8 m ，槽宽约1 0 5 m ，沿隧道轴线分为1 0 个大墙段，共6 7 个单元槽 段，每单位槽段长4 m ，连续墙厚0 8 m ，其中l 8 墙段设钢筋混凝土支撑，支 撑段西为8 0 0 m m 8 0 0 m m 。 3 2 工程地质 该基坑场地属宁波甬江海口附近海相冲积平原，地下2 0 m 以上为饱和、 流塑状灰色淤泥，地下2 0 3 0 m 为饱和流塑状灰色淤泥质粉质粘土、淤泥质 粘土偶含碎石，再下层为粉细砂与粉质粘土互层，中细砂层。层淤泥质粘 土为承压含水层顶板，承压水头高度为2 0 6 5 m ，承压水稳定水位标高为一 0 7 0 m 。基坑发生事故后对地基进行重新勘测，各土层物理力学指标见下表： 基坑土体物理力学指标 y k 门 土层名称层厚( m ) w ( k n m 3 中 c ( k p a ) 可 ( )( c m s ) ) 杂填十ll 3 4 01 8 0 淤泥质粉 2 l9 3 4 04 1 41 8 3 l ，1 0 6 2 3 3 5 质粘十 3 粉质粘士 l 232 9 11 9 30 8 2 66 81 9 ，0 淤泥质粘 4l7 2 94 1 61 8 809 8 32 31 l _ 0 24 l 5 粉质粘1 03 23 6 91 85l 、0 1 3712 l0 1 0b 淤泥质粉 26 4 65 2 884 0 41 8 11 1 1 61 0 21 2 0 质粘十 l o 一7 淤泥质粘 1 3 27 1 6 7 1 1 1 35 4 7 91 7 56 81 3 o 4l o 一7 8粉细砂未穿透 浙江人学硕卜学位论文2 0 0 0 年 3 2 基坑工程施工概况 该基坑在1 9 8 7 年9 月1 9 8 8 年l o 月由某施工队采用钻孔法成槽工艺， 完成9 7 幅地下连续墙施工，经开挖发现某些墙段出现钢筋露筋、混凝土裂缝、 蜂窝麻面、接缝夹泥等 ：程质量隐患，对这些工程质量隐患提出了补强措施。 剩下的3 7 幅墙由另一施工队于1 9 9 1 年7 月1 9 9 1 年l o 月采用液压导板抓斗 成槽工艺完成。 图3 - 1 基坑破坏示意图 整个基坑的开挖情况如下：上部o 3 m 用机械开挖。下部用人工开挖， 笫4 7 幅以南改用水冲法丌挖。土方的开挖是由浅到深的方向进行，并在每单 元设置4 5 0 m i n x 4 5 0 r a m 的临时支撑。i i 至段土方开挖工作到1 9 9 2 年i 月2 8 f = 1 ，己挖到离设计标高0 2 0 m ，开挖深度为9 5 m 1 0 5 m ，1 月2 9 日凌晨，西 n i i i 至v i 段第3 7 幅至4 8 幅长达4 8 m 的地下连续墙发生整体滑移，基坑内上 体隆起，最大高度为3 m ，墙体下沉2 5 m ，部分i 临时支撑端头挤压撕裂，有的 端头挤入墙内，第二层钏筋混凝土支撑大部分剪断，第层钢筋混凝土支撑 大部分拉脱、跌落。基坑外滑塌区域南北长达6 0 m ，东西长达1 5 m ，原地面下 沉，最低处下沉3 5 m ，内外地层界线错开，形成一个比较典型的基坑土体滑移 破坏的事故，基坑破坏示意图见图3 一l 。土体滑动面与水平线成7 0 。角滑动 面从地下连续墙下通过。地下连续墙滑塌区域的设计情况如下： 浙江大学倾l 学位论文 2 0 0 0 焦 槽段墙段( m )路槽以墙体插 v j 单元槽 编号上墙高h入深度d段支撑 ( n o( m )数量 长 宽 * 百 ( c m ) i l l 2 4 0 82 0 ，6 91 0 2 7 1 0 4 2 1 0 l 2 8 0 1 1 1 69 5 30 8 58 0 2 4o 81 9 1 99 3 8 9 8 1 1 0 5 2 8 0 1 0 2 78 ，9 20 8 78 0 v2 d 0 8 1 5 6 9 8 ，4 9 9 1 0 1 0 7 2 8 0 9 3 88 2 lo 8 88 0 黜 凸 品 宝 n 8 星 1 填土y ：1 8 州田3c = i o k n m 2 巾烈淋 帚一层又再 2 淤泥蜃粉质粘土r = 1 8 3 d l m 3c = 3 5 丑2 毒- 2 皋 第二层支撑 呷 5 粉质粘土y = 1 8 5 k n l m 3c = 2 1 k n m 20 = 7i 6 淤泥质粉质轱土y = 1 8i k n m 3c - 2 矾m 2m = i 0 2 夏军务i 妓 7 淤泥质粘土y = 1 7 5 k n m 3c = 1 3 】( n m 2 巾= 6 8 圈3 2 地下连续墙断面及土层资料 典型的地下连续墙段滑塌情况如下 槽壁 墙体变化 固定支撑临时支撑基坑变化备注 编号 下沉约2 5 m ， 西倾，上 稍西倾，基 东侧上升 4 l 少许踢脚，钢撑搁于下坑涌土与临1 2 m ，西侧 筋网片拉出撑上时支撑相触无变化 下沉约2 o m ，西倾，上稍西倾，基东侧上升搁三 4 2 少许踢脚，两撑搁于下 坑涌土与临i 2 m ，西侧角短 侧有液态泥，撑上时支撑相触无变化支撑 并不断增加 一根 浙江大学i o ih 学位论文 2 0 0 0 圭e 下沉约1 8 m ， 西倾，破西倾，基坑东侧上升 明显踢脚倾坏，跌落涌土与临时l _ l m ，西侧 4 3 斜，钢筋网片成折线状支撑相平无变化 拉出，两侧有 液态泥 3 3 基坑工程事故原因分析 3 3 1 基坑的抗隆起稳定验算 一同时考虑c 、巾的抗隆起稳定验算 y ：( d n 。) + c n c y 。+ d ) + q 同时考虑c 、西的计算示意图如下 图3 - 3基坑抗隆起示意图 式中d _ 墙体插入深度： 日基坑开挖深度； 口- 地面超载： * i l t _ 人学硕士学位论文 y 坑外地表至墙底，各土层天然重度的加权平均位： ，：- 坑内丌挖面以下至墙底，各土层天然重度的加权平均值； 。、一地基极限承载力的计算系数； d 2 8 ，9 2 m ， h 2 1 0 2 7 m ，q ：2 0 k n m 2 ， y l = 1 8 0 k n m 。，2 ：1 7 7 k n m ， c = 1 3 k n m 2 审= 6 8 0 用p r a n d t l 公式求得： 虬2 1 8 4 5 2 7 0 8 6 k = 1 0 5 1 3 0 ( 满足要求) 用此种方法验算的抗隆起安全系数时，由于墙后的滑动土体边的土体的抗 剪作用对抗隆起的有利方面没有考虑，故安全系数k ，可适当降低。 二按“上海基坑工程设计规程”推荐的抗隆起验算 图3 4抗隆起验算示意图 该验算方法是假定滑动面通过支护墙的墙底，并以最下道支撑作为转动中 塑型塑竺竺笙兰 型竺 心，按下式进行验算： k l = m m s l 式中m | 【抗隆起力矩， m r l 2 r l k 。t a n ( 1 ) + r 2 t a n 巾+ r 3 c d = 8 9 2 m ， h = 1 0 2 7 m ， q = 2 0 k n m 2 ，y = 1 8 o k n m 3 ， c = 1 2 6 k n m 2 中= 8 0 0 o l2 0 3 3 ，o2 = 2 4 8 求得r i = 1 6 1 1 2 ，r 2 = 2 0 5 0 1 r 3 = 2 6 4 m 。，= 7 9 5 4 k n m m s l = o 5 ( yh o + q ) d 2 = 5 1 4 0 k n i l l 故可以求得k l = m r l m s l = 7 9 5 4 5 1 4 0 = i 5 5 1 7 0 ( 满足要求) 三按t e r z a g h i 和p e c k 的方法验算 t e r z a g h i 认为，对于基坑底部的水平断面来说，基坑两侧的荷载就如作 用在该断面上的均布超载，这个超载有使基坑底发生隆起现象的趋势。该方法 假定粘土的内摩擦角巾= o ，滑动面为圆筒面与平面组成。 p v = yh 一2 c h b h 2 1 0 2 7 m ，q = 2 0 k n m 2 ，y = 1 8 o k n m 3 ，c = 1 2 6 k n m 2 b = i o 5 m p 。1 8 0 i 0 2 7 一1 4 1 4 1 2 6 1 0 2 7 l o 5 = 1 6 7 4k n m 2 以粘聚力c 表示的粘土的地基极限承载力q 。为 q d = 5 7 c = 5 7 1 2 6 = 7 1 8 则抗隆起的安全系数为 k = q d p v = 7 1 8 1 6 7 4 - - 0 4 3 浙江人学顺i 学位论曼 原勘测该层土的c = 1 2 k n m 2 ，中= 1 5 4 0 ，h = i o 2 7 m ，q = 2 0 k n m 2 ， y = 1 8 o k n m 3 则抗隆起的安全系数为 k = q d p 。= 6 8 4 i 6 7 4 = 0 4 l 从以上的计算结果可以看出t e r z a g h i 和p e c k 的计算方法对于软土地基的基坑 工程，基坑底土一般难于达到稳定，除非对支护墙大量增加酏筋。而对于支护 墙的配筋计算涉及到作用在上的水平推力和墙前的原有土压力的分布。对于这 种计算方法的滑动面的滑动半径与基坑的宽度有关，本工程的插入深度为 8 9 2 m ，一般情况下土体的滑动半径与插入深度相接近，而本方法假定的滑动 半径为b 2 = 7 4 2 m ，如果b = 3 0 m ，则b 2 = 2 1 2 m ，这与实际情况相差太远。 假定这种方法计算的支护墙的刚度特别大且该墙的配筋也足够大，则基坑底的 土就不会隆起，而实际情况是基坑发生隆起、支撑断裂，但地下连续墙并未因 受弯破坏。因此可认为t e r z a g h i 和p e c k 的计算结果对于软土地基的基坑工程 偏于保守的。 四改进的基坑抗隆起的计算方法 “j 7 聋蚺心入j弗一j 云又佯 第二层支撑 一 宝 e 一 c 图3 - 5改进的基坑抗隆起的计算方法示意图 假定滑动转动支点在离基坑底h 。处，土体滑动面经过地下连续墙的墙底， 则土体的滑动半径r = d + h i ，墙后土体的滑动面与土体水平面成q1 角，设作用 在墙后土体的外荷载为q 。墙后土体的抗剪强度分别为t 。和t 。，墙前土体的 抗剪强度分别为t 。，土体的内聚力为c 和内摩擦角中均为各土体加权平均值。 由于基坑开挖卸载使土体处于超固结状态，故中。可适当提高至1 4 巾c u 。 3 7 出j 一十- 体滑动时的位移方向和支护墙的位移方向一致，导致了实际的士压力大 于主动土压力而小于静止土压力，为方便起见可取 0 = yz t a n 2 ( 4 5 。一中2 ) 则在斜面剐j 上的法向应力为 盯。= ( ，rs j n a i + 。s i n a , t a l l 2 ( 。s 。一粤) r 。= ( c ，s i n 口l + a ，s i n a it a n 2 ( 。s 6 一譬) t a n 。+ c = 1 胸吣+ g )| 4 5 。一等| f t a n ”c a 。= ( + g ) + r y ( s i n ( 口，一a ：) ) 】c 。s ( 口一口：) t a n2 f4 5 。 f b c = 盯盯t a n 二+ c 2 仃。= 只rs i ng c l - - 口2 ) c 。s ( 口，一“：) t a n2 ( 。s 。一譬 tc e = o ：8 t a n 母、+ c 、 所以抗滑j n r r d 工 rf j ( x + r2 rb ? d a 2 + 砭r 2 r c ：d a ! 一a _一d = p ”+ 留p s m 二q 点t a n 氟出+ r q s m a 。氧t a n 西d x + g 出) ：( 竺兰! ：；堡兰i 善，t 。珐+ r qs i 。口。点t 姐以。+ c i 。) 一 t a n 磊。墨! ! ! 呈竺! 刍! 竺亟丝。盟 s 1 n d s l n a r h2 y 舌二t a n p l + 尺q h 和n 一十g l 2s l n 口 、 破= | 2 幔妒 q 一一一 吼l 警 浙江人掌硕l 学他沦文 已站f 8 c d a ! = er ! 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