土钉喷锚支护常见事故的原因及对策探讨卢

1、土钉（喷锚）支护常见事故的原因及对策探讨摘要：通过对25个土钉（喷锚）支护的深基坑工程事故案例进行分析，对有代表性的事故现象进行了分类和统计，结合案例特点揭示带有规律性的事故原因，并给予说明和解释。同时，本文还介绍了武汉市为预防基坑事故采取的对策和取得的效果。关键词：深基坑；土钉；喷锚；事故摘自：建筑技术.2009.第五期土钉（喷锚）支护结构不阻碍主体施工，能发挥边坡土体的自立能力，卸载后坡面土体能继续排水、固结，可进一步提高土体与喷网组成挡墙的稳固性；喷网、上下排水设施、降水井构成了对边坡土体的防水保护；嵌人坡体的土钉（锚杆）能对挡墙产生锚拉力，形成“外支撑”【1】。武汉市的阜华大厦基坑选用

2、了喷锚支护，被闲置了8年之久，却从未出现过险情。正是由于它有太多的优点，而被过多地利用，2005年的武汉市出现了使用土钉（喷锚）支护的深基坑事故频发的高峰。本文针对2002 至2007 年选用该支护形式基坑的事故案例进行分析并讨论原因和对策。1 近年来基坑事故工程 1.1工程事故案例见表1。1.2事故案例的统计与说明发生在老粘土地质区域的案例为14起，占总数的58.3% ，达半数以上。所有案例均采用土钉（喷锚）支护；仅两起（案例9）表1 工程事故案例编号地质情况支护结构出事情况原因分析1武昌老枯土喷锚+局部排桩“喷锚，段一侧边坡大面积失稳 强降雨及下水道偏水； 马道堆积钢筋；遭翩挖3m2武昌老

3、粘土喷锚两侧边坡被水冲垮 边坡堆载过重； 降雨及下水道漏水3枯土下卧软土粉喷桩复合喷锚两侧边坡局部被水冲垮 土方超挖； 强降雨及邻近煤气管道沟漏水4武昌老粘土下卧观音土喷锚一侧边坡垮塌 土方超挖3m； 地下自来水管漏水： 强降雨5杂填土下卧软土喷锚支护局部排桩“喷锚”段一侧边坡失稳，周围地面明显下沉 边坡载荷过大： 勘察资料不准6沙性土下卧淤泥质土喷锚支护局部预应力锚杆水泥土档墙“喷锚”段两侧边坡垮塌，周围地面下沉强降雨及邻近市政地下管道漏水7粘土下卧淤泥质土浆喷桩复合喷锚两侧边坡分三次垮塌 强降雨及地下管道漏水 施工质量差8填土下卧软土浆喷桩复合喷锚边坡失稳，毁坏周围房屋和道路强降雨及废弃下

4、水道漏水9填土下卧软土上部喷锚放坡，下部桩锚，局部全坑深桩锚两侧部分放坡区失稳，边坡位移过大 放坡区深度过大： 地质勘察资料不准10武昌老粘土喷锚一侧边坡分两次垮塌 降雨及废弃下水道渗水； 土方超挖； 勘察资料不准11深厚复杂软土深层搅拌桩局部插钢管复合喷锚“插管”段边坡失稳，邻近路面严重塌陷 废弃下水道漏水 软土层处理不当12深厚复杂软土粉喷桩复合喷锚局部排桩附加角撑“喷锚”段三侧边坡部分失稳，邻近路面开裂 降雨及电缆沟漏水； 施工质量差； 软土层处理不当13武昌老粘土上部喷锚放坡，下部桩锚两侧边坡垮塌，毁坏工程桩，推断支护桩 强降雨； 放坡坡率过陡； 锚杆未按要求注浆14武昌老粘土喷锚一侧

5、边坡下部被冲垮 强降雨及下水道漏水； 放坡坡率过陡15武昌老粘土喷锚一侧边坡局部被冲垮强降雨及废弃下水道漏水16深厚复杂软土局部桩锚粉喷桩复合喷锚“喷锚”段一侧边坡失稳，另一侧局部被冲垮强降雨及下水道漏水； 软土层处理不当17深厚复杂软土粉喷桩复合喷锚一侧边坡局部失稳邻近路面严重塌陷下水道漏水； 地质勘察资料不准18武昌老粘土夹带软土浆喷桩复合喷锚一侧边坡分两次垮塌，另一侧严重漏水 土方超挖； 强降雨及下水道偏水； 地质勘察资料不准19枯土下卧软土土钉挂网放坡大部分边坡失稳 设计欠妥； 施工质量差； 强降雨20武昌老粘土土钉挂网放坡一侧边坡失稳 强降雨； 施工质量差21老粘土土钉挂网放坡多处边

6、坡失稳 设计欠妥； 施工质量差； 环境资料不全 强降雨22武昌老粘土喷锚局部排桩一侧边坡垮塌 强降雨及下水道漏水； 边坡载荷过大23老粘土喷锚一侧边坡被冲出空洞 强降雨及热力管道沟漏水24武昌老粘土夹带杂填土喷锚局部排桩一侧边坡局部垮塌 勘察资料不准： 下水道漏水25老粘土土钉挂网放坡多处边坡失稳 勘察资料不准； 强降雨： 坡顶未封闭l3属“上部喷锚放坡、下部桩锚”的复合形式；9起采用了对重点保护区段的“局部加固”措施，加固区段均未发生险情。与降雨有关的19起，占总数的76%；存在着地下管道、箱涵漏水作为水源的18起，占72%。“超挖”4起，占16%，有施工质量问题的为6起，占24%；地质勘察

7、资料不准、软土层处理不当和设计欠妥的共有13起，占52%，一半以上在软土或复杂地质结构区域；除案例14、19、20、21、25外，其余深度均超过6m。2 事故原因分析2.1 地表水的破坏作用依据边坡的自立和锚固要求，在抗剪强度高的老粘土地域中使用土钉（喷锚）支护应该最为理想，但58.3%的案例却发生在此地域，再结合“强降雨”的76% 和 “地下管道、箱涵漏水”的72%，可见地表水对边坡的自稳能力有强烈的破坏作用。首先，喷网对外起防水作用，若内侧有水源（下水道漏水、坡顶未良好封闭），也会阻碍水的排出，形成出水量小于进水量的状态，根据K.Terzaghi的有效应力原理【2】，随着土体含水量的增加，

8、杭剪强度会明显下降，案例21因坡顶未封闭，雨水渗入使土体软化，最终引发边坡的失稳（图1）。其次，老粘土的裂隙易发育性使管道、箱涵的漏水常顺着土中的缝隙流出，强降雨使水压和流速猛增，缝隙被冲刷成滑移面，与渗水共同作用形成滑坡；如果渗水不充分，可能出现“上稳下垮”的破坏形式，只在边坡下部“撕”开口子（图2)，案例14的边坡下卧软土层，水源也在下部。其三，老粘土具有超固结特点和湿胀干缩潜势，渗水不仅破坏土的固结特性，产生的膨胀力也足以克服支护的锚固力，使喷网被“挤”破，边坡丧失自立能力，发生在此地质条件下的案例均呈现出锚固力失效的特征。图2 下部被水冲垮，上部完好图l 坡顶未良好封闭（箭头所指）2.

9、2 较低的结构安全冗余度统计数据的52%表明了在设计依据不够充分的清况下，选用土钉（喷锚）支护就意味着边坡失稳概率的增大，而9起“局部加固”“均未发生险情”的效果也验证了这一观点，遇见复杂地质结构或对勘察资料存有疑问时，如果全部而不是局部地改用“加固”体系，这些事故就可能避免。此外，勘察资料主要服务于建筑物的基础设计，勘测点间距取20m即可满足规范要求，但“边坡局部垮塌”的长度可以不超过10m，存在着“粗”与“细”的不协调，案例24 的失稳区紧挨着邻近建筑物已回填的基坑，失稳滑出的是杂填土（图3) ，根本不具有勘察资料提供的（老粘土）自立和锚固性能。由此可见，这种柔性支护结构确有对地质条件过于

10、敏感的弱点，不能给予边坡较高的安全冗余度。图3 垮塌处的残留结构和填土2.3 超挖或过大的放坡深度表中案例只指坑底超挖，与放坡深度过大没有根本区别，只是前者不能将实际的边坡深度（如靠近边坡的承台坑或电梯井）计人计算书，否则无法通过边坡自稳能力校核；后者虽能通过校核，而未充分顾及环境、气候因素（水源等）对自稳能力的影响。案例4基坑原设计深度4m多，但桩基础被改为整板基础，坑深增加了3m，支护形式不改，雨后滑坡成为必然。案例8的设计放坡深度超过了6m，采取了坡脚打搅拌桩的加固措施，实际上只起到了抗隆起、保护工程桩的作用，滑坡仍严重地破坏了周围的房屋和小区道路。此类问题也发生在“上坡下桩”的复合结构

11、中，上部实施放坡可以减少下部支护桩的长度，提高了桩身的稳定性，但放坡深度必须加以控制，案例9 的深度超过了7m ，达到下部的软土层，桩顶冠梁缺少稳固的定位，锚杆也找不到有效的锚固端，结果是两侧边坡局部失稳，还发生了拉断煤气管道等重大险情，而紧靠市政道路的一侧边坡只因桩顶提高了2m，未发生任何险情。2.4 偷工减料案例18原设计选用了预应力锚杆，按规范要求应建立锚固端团，伸至条分法滑动圆弧之外，但施工时全部换成49mm的有缝管形摩擦型锚杆，且不增加密度和锚杆长度，仅使用自钻式嵌人。锚杆能被整排拔出的现象（图4）表明，杆长缩短、取消预应力、无注浆锚固等偷工减料行为会使支护结构失去抗滑移性能、锚固力

12、下降，导致挡土墙的自稳能力丧失。同理，将钢筋网换为薄钢板网、喷面减薄等行为也会严重地降低边坡的自立能力。图4 成排的锚杆被拔出箭头所指）3 对策的制定深基坑工程事故之所以难以控制，就在于其发生之后也不一定能明确地弄清主要原因，但是归纳专家现场会的意见（表1中的“原因分析”)，往往能总结出某些规律。首先，地表水的作用尤为突出，常需两大因素的共同参与 强降雨和边坡本身的缺陷，前者无法控制，是南方城市的共性问题，而后者可以整治，具体措施是：(1）事先发现水源；(2）假设水源存在，进行边坡最不利情况下的自稳性杖核；(3）采取信息法施工，有意识地寻找并解决水源问题。其次，深度超过6m 的基坑容易发生失稳

13、，也颇具规律性。针对武汉市多雨的气候条件，若要保证土钉（喷锚）支护的边坡具有充分的自立和锚固能力，不仅要重点防护地表水的侵蚀，还要严格控制放坡深度及施工质量，进而明确了制定对策的思路，主要体现于以下几个方面。3.1限定土钉（喷锚）支护的使用条件(1) 在雨季施工且深度超过6m 的基坑，慎用土钉（喷锚）支护；(2) 锚杆和土钉不得伸出规划红线之外。3.2控制地表水的不利影响(1) 设计方案中要有详细的环境评估报告，标明附近既有建筑物的排水管网，设计单位应进行现场踏勘；(2）及时、严格地封闭坡顶，必要时应加宽封闭面，并实施养护。3.3其他措施(1) 在审查基坑设计方案时，重新复核地质勘察资料，如发现问题，及时要求补勘。(2)完善施工质量的监督机制，将施工情况纳人工程监理的质量控制范畴，实