【摘 要】建筑進行基礎施工時基坑坍塌的事故時有發(fā)生，造成了經濟損失及人員傷亡，因此，分析事故原因，制定預防措施十分重要，文章分析了某工程基坑的坍塌原因與破壞機理，探討了基坑坍塌加固治理措施。
【關鍵詞】建筑基坑；邊坡坍塌；破壞機理
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，周邊水電管線設備等地下設施比較復雜。上部采用樁錨支護，主要支護措施有：微型樁、土釘、噴混凝土護面等，但其設計坡度極陡達到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計的要求進行分層開挖與支護，每層開挖深度為2m，開挖后對壁面進行修整，再進行邊坡噴錨施工。
2010年9月20日，東側FG坡段下挖施工至5m便出現嚴重坍塌，幸無人員傷亡。設計變更后該處采用人工挖孔樁作為支護加固措施。由于6m以下為堅硬巖層施工困難，經設計許可人工挖孔樁沒有嵌入基坑底面。目前重新下挖至7m處的支護效果良好，錨索設計與施工正在同步進行。基坑后期主要抗側力結構將由錨索代替，基坑的安全問題仍應高度重視(圖1)。
2.基坑的坍塌原因與破壞機理分析
2.1分析該基坑坍塌的原因
由基坑坍塌原因是設計缺陷、邊坡滲水、防雨不到位、離工質量缺陷及土質差且受地下設施限制造成，前期的概念設計是關鍵，要依據地質資料、氣象資料和工程實際情況選取合適的支護方案。而水患控制則是基坑工程施工的重點，應采取合理、有效的防水控水方案。
2.2坍塌坡段的破壞機理分析
基坑工程邊坡的破壞類型需到現場根據地形、地質特征及其破壞過程進行辨識，破壞原因包含基因與誘因。地質(邊坡的土質特點、地質構造)與地形特征、周邊環(huán)境和邊坡支護結構，屬于邊坡破壞的內在因素（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)生的時機與規(guī)模�；犹憩F為支護結構的強度、剛度或者穩(wěn)定性不足，從而引起支護結構的破壞，導致邊坡失穩(wěn)與坍塌。對此事故采取搶險處理或臨時加固的措施應迅速辨識邊坡破壞類型，以防止措施失當造成包括人員傷亡與財產損失(即二次災害)，破壞類型同時作為設計變更的考慮依據。由于理論上具有相同類型的邊坡基因，應有相同類型的破壞方式，因此，我們可根據不同的坍塌類型自身特殊的辨識指標進行判斷。基于臺灣張石角的理論，地滑可分為平面型地滑、弧型地滑、楔型地滑與翻轉地滑等幾種類型，再根據坍塌現場微型樁的傾斜方向，我們對該基坑東側FG段邊坡的破壞方式判定為翻轉地滑，即邊坡翻轉破壞。
邊坡翻轉破壞是有前兆的，基坑施工過程多次在坡頂出現貫通裂縫，尤其在雨后開裂極其嚴重。當裂縫出現時，支護單位雖然對其進行了注漿處理，來達到防雨水滲入進一步破壞土體的目的，但這并沒有從根本上解決問題。這些裂縫為何反復出現，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裂縫且有明顯的沉降的情況，我們將出現沉降的原因分析如下：
(1)由于支護面在受到土體側壓力的作用下會產生微量位移，從而導致了支護面與以后出現的破壞面之間的夾角變大；
(2)由于夾在支護面與破壞面之間的土體要保持體積恒定，這時在基坑邊上、支護面附近的土體因材質不同易出現貫通裂縫，所以在產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：側壓力作用下產生微量位移→坡頂出現裂縫→雨水侵蝕邊坡土體→土體原狀結構受破壞→夾土液化喪失粘結力形成薄弱面→形成上大下小的不穩(wěn)定結構→不利效應的足量積累最終導致坍塌。
(2)原復合土釘墻的受力原理為重力式擋土墻，但是在設計坡度過陡、鋼筋錨固長度較短的條件下，支護面猶如在受拉區(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，然而由于微型樁主要用于坡底抗剪，其抗彎能力極低。當裂縫出現時，注漿處理雖達到了防止雨水繼續(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，設計采用人工挖孔樁的方式增強了坍塌邊坡的穩(wěn)定性，從而防止了二次坍塌，前期作為懸挑構件支護的效果較好，但因實際施工困難、孔樁長度參差不齊且未能嵌入基坑底部，所以在基坑施工達到一定深度后，梳狀樁體將轉變成鋼絲網混凝土護面的豎向連梁與錨索共同工作，后期抗側力結構將全部由錨索代替，但對其位移應進行嚴格限制。
錨索施工在滿足設計承載力的前提下，還應加強對位移的監(jiān)測、控制對掌握基坑狀況和及時采取有效措施。下面對變更后支護結構的土壓力進行等效，通過力的矢量三角形變化(圖4)和位移假設法進行研究說明。
(1)當上部位移過大時，由支護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的前提下，應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量及連梁處節(jié)點防沖切的構造措施，尤其是第l道錨索的設計位置、承載力和密度要特別得到重視。
(2)當下部位移過大時，孔樁端部的支撐巖面受力面積減小而壓強增大，致使樁端巖石破壞圍護結構脫落失效。故除了確保樁端巖石自身的穩(wěn)定外還應限制坡底位移，即：實行信息化施工，尤其對支護結構的位移進行監(jiān)控，做到及時反饋和處理。
(3)關于支護面位移對土壓力的影響，我們可將開挖面以上其外側土體視作土彈簧。在初始狀態(tài)，支護面位移為零，土壓力P按靜止土壓力P0考慮。在擋土結構發(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；
D——墻體某點的水平位移，向坑內位移時取正值。
位移的發(fā)生過程是土壓力的釋放和重新分布的過程。當發(fā)生位移時，土體對支護體系的總側壓力雖然變小，但會產生使基坑安全狀態(tài)進入惡心循環(huán)的不利效應而最終導致護坡的坍塌。因此，在監(jiān)測到邊坡變形超過安全限值時，應迅速對變形嚴重的位置進行撐錨或其它有效地支撐加固，以防止位移進一步發(fā)展。基坑的變形雖釋放了土壓力，但其破壞了原設計的安全受力狀態(tài)(讓局部支撐構件超過極限承載力)，支護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重影響基坑的使用，故在前期設計時就應保證好支護體系的穩(wěn)定、強度和剛度，即支護結構的抗傾覆驗算、抗滑動驗算、危險截面應力驗算和位移驗算。
東側坍塌坡段設計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生，位移也在安全限度內。隨著基坑進一步下挖，能否滿足l5m深基坑的支護要求，則需繼續(xù)進行監(jiān)控。
4.結語
(1)深基坑施工占用資金多、工期長、難度大，基坑支護方案的選擇應綜合考慮造價、工期、安全及對周圍環(huán)境的影響，尤其當基坑周圍有建筑物、道路和管線時，邊坡的變形應嚴格控制。
(2)支護結構要依據土體的實際狀況進行設計，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)點構造，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行施工時，需特別注意坑壁地基土質的穩(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面豎向連梁對土體進行防護，其設計調整的空間大。這里要注意的是，在基坑逐步下挖施工過程中必須加強位移的監(jiān)測、分析與控制。
【關鍵詞】建筑基坑；邊坡坍塌；破壞機理
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，周邊水電管線設備等地下設施比較復雜。上部采用樁錨支護，主要支護措施有：微型樁、土釘、噴混凝土護面等，但其設計坡度極陡達到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計的要求進行分層開挖與支護，每層開挖深度為2m，開挖后對壁面進行修整，再進行邊坡噴錨施工。
2010年9月20日，東側FG坡段下挖施工至5m便出現嚴重坍塌，幸無人員傷亡。設計變更后該處采用人工挖孔樁作為支護加固措施。由于6m以下為堅硬巖層施工困難，經設計許可人工挖孔樁沒有嵌入基坑底面。目前重新下挖至7m處的支護效果良好，錨索設計與施工正在同步進行。基坑后期主要抗側力結構將由錨索代替，基坑的安全問題仍應高度重視(圖1)。
2.基坑的坍塌原因與破壞機理分析
2.1分析該基坑坍塌的原因
由基坑坍塌原因是設計缺陷、邊坡滲水、防雨不到位、離工質量缺陷及土質差且受地下設施限制造成，前期的概念設計是關鍵，要依據地質資料、氣象資料和工程實際情況選取合適的支護方案。而水患控制則是基坑工程施工的重點，應采取合理、有效的防水控水方案。
2.2坍塌坡段的破壞機理分析
基坑工程邊坡的破壞類型需到現場根據地形、地質特征及其破壞過程進行辨識，破壞原因包含基因與誘因。地質(邊坡的土質特點、地質構造)與地形特征、周邊環(huán)境和邊坡支護結構，屬于邊坡破壞的內在因素（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)生的時機與規(guī)模�；犹憩F為支護結構的強度、剛度或者穩(wěn)定性不足，從而引起支護結構的破壞，導致邊坡失穩(wěn)與坍塌。對此事故采取搶險處理或臨時加固的措施應迅速辨識邊坡破壞類型，以防止措施失當造成包括人員傷亡與財產損失(即二次災害)，破壞類型同時作為設計變更的考慮依據。由于理論上具有相同類型的邊坡基因，應有相同類型的破壞方式，因此，我們可根據不同的坍塌類型自身特殊的辨識指標進行判斷。基于臺灣張石角的理論，地滑可分為平面型地滑、弧型地滑、楔型地滑與翻轉地滑等幾種類型，再根據坍塌現場微型樁的傾斜方向，我們對該基坑東側FG段邊坡的破壞方式判定為翻轉地滑，即邊坡翻轉破壞。
邊坡翻轉破壞是有前兆的，基坑施工過程多次在坡頂出現貫通裂縫，尤其在雨后開裂極其嚴重。當裂縫出現時，支護單位雖然對其進行了注漿處理，來達到防雨水滲入進一步破壞土體的目的，但這并沒有從根本上解決問題。這些裂縫為何反復出現，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裂縫且有明顯的沉降的情況，我們將出現沉降的原因分析如下：
(1)由于支護面在受到土體側壓力的作用下會產生微量位移，從而導致了支護面與以后出現的破壞面之間的夾角變大；
(2)由于夾在支護面與破壞面之間的土體要保持體積恒定，這時在基坑邊上、支護面附近的土體因材質不同易出現貫通裂縫，所以在產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：側壓力作用下產生微量位移→坡頂出現裂縫→雨水侵蝕邊坡土體→土體原狀結構受破壞→夾土液化喪失粘結力形成薄弱面→形成上大下小的不穩(wěn)定結構→不利效應的足量積累最終導致坍塌。
(2)原復合土釘墻的受力原理為重力式擋土墻，但是在設計坡度過陡、鋼筋錨固長度較短的條件下，支護面猶如在受拉區(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，然而由于微型樁主要用于坡底抗剪，其抗彎能力極低。當裂縫出現時，注漿處理雖達到了防止雨水繼續(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，設計采用人工挖孔樁的方式增強了坍塌邊坡的穩(wěn)定性，從而防止了二次坍塌，前期作為懸挑構件支護的效果較好，但因實際施工困難、孔樁長度參差不齊且未能嵌入基坑底部，所以在基坑施工達到一定深度后，梳狀樁體將轉變成鋼絲網混凝土護面的豎向連梁與錨索共同工作，后期抗側力結構將全部由錨索代替，但對其位移應進行嚴格限制。
錨索施工在滿足設計承載力的前提下，還應加強對位移的監(jiān)測、控制對掌握基坑狀況和及時采取有效措施。下面對變更后支護結構的土壓力進行等效，通過力的矢量三角形變化(圖4)和位移假設法進行研究說明。
(1)當上部位移過大時，由支護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的前提下，應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量及連梁處節(jié)點防沖切的構造措施，尤其是第l道錨索的設計位置、承載力和密度要特別得到重視。
(2)當下部位移過大時，孔樁端部的支撐巖面受力面積減小而壓強增大，致使樁端巖石破壞圍護結構脫落失效。故除了確保樁端巖石自身的穩(wěn)定外還應限制坡底位移，即：實行信息化施工，尤其對支護結構的位移進行監(jiān)控，做到及時反饋和處理。
(3)關于支護面位移對土壓力的影響，我們可將開挖面以上其外側土體視作土彈簧。在初始狀態(tài)，支護面位移為零，土壓力P按靜止土壓力P0考慮。在擋土結構發(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；
D——墻體某點的水平位移，向坑內位移時取正值。
位移的發(fā)生過程是土壓力的釋放和重新分布的過程。當發(fā)生位移時，土體對支護體系的總側壓力雖然變小，但會產生使基坑安全狀態(tài)進入惡心循環(huán)的不利效應而最終導致護坡的坍塌。因此，在監(jiān)測到邊坡變形超過安全限值時，應迅速對變形嚴重的位置進行撐錨或其它有效地支撐加固，以防止位移進一步發(fā)展。基坑的變形雖釋放了土壓力，但其破壞了原設計的安全受力狀態(tài)(讓局部支撐構件超過極限承載力)，支護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重影響基坑的使用，故在前期設計時就應保證好支護體系的穩(wěn)定、強度和剛度，即支護結構的抗傾覆驗算、抗滑動驗算、危險截面應力驗算和位移驗算。
東側坍塌坡段設計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生，位移也在安全限度內。隨著基坑進一步下挖，能否滿足l5m深基坑的支護要求，則需繼續(xù)進行監(jiān)控。
4.結語
(1)深基坑施工占用資金多、工期長、難度大，基坑支護方案的選擇應綜合考慮造價、工期、安全及對周圍環(huán)境的影響，尤其當基坑周圍有建筑物、道路和管線時，邊坡的變形應嚴格控制。
(2)支護結構要依據土體的實際狀況進行設計，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)點構造，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行施工時，需特別注意坑壁地基土質的穩(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面豎向連梁對土體進行防護，其設計調整的空間大。這里要注意的是，在基坑逐步下挖施工過程中必須加強位移的監(jiān)測、分析與控制。
