随着城市化进程加快，地下空间的开发亦是必然趋势；大量深基坑工程如雨后春笋般涌现，给岩土工程技术人员带来了机遇，同时，也面临着新的挑战。基坑工程也呈现以下新特点：

基坑面积大，开挖深度深

由于地下商场、停车等地下空间需求的加大，地下空间最大限度开发，基坑开挖面积加大；在密集城市中心，由于地下空间有限，须不断向更深方向发展方能满足使用要求，四～五层地下室不断涌现，基坑开挖深度逐步加深。

周边环境复杂，保护要求高

新建基坑往往紧邻已有的高层建筑、保护性建筑、地铁、地下构筑物等，相邻地下室距离小于基础埋深高差的1～2倍范围内，须加强对基坑变形的控制以确保周边环境安全。同时，城市化发展带来的立体交通设施也不断增加，基坑开挖面临高架、立交桥等市政工程公共交通设施的保护，如处理不当将给社会带来严重的负面影响。

软土深基坑不断涌现

岩土工程在建设发展过程中不断涌现出新技术、新工艺、新设备、新材料，其发展从技术上给一些软土地区开发地下空间提供了技术保障，软土深基坑孕育而生。

基于基坑工程新特点，加上岩土工程是一门经验性较强的学科，从勘察、设计、施工到监测需要紧密结合，处理不当将会带来严重后果。近年来，全国各地因深基坑开挖引起的工程事故屡见不鲜，给社会的生产、生活带来了较大影响。对于岩土工程技术人员，工程经验是宝贵的财富，不断总结工程经验预防事故发生；特别是对一些失败工程的分析、总结显得尤为珍贵和重要。

二、 工程概况

2.1 项目概况

新建项目位于昆明市高新区，其中东、南、北三侧为市政道路，西侧为密集建筑物，属旧城改造项目。工程整体设二层地下室，场地现状地面高差2.8m，呈东高西低，东南角为最高点，西南角为最低点；地面标高变化及局部主楼深度加深等形成基坑开挖深度为7.9～11.0m。

场地东侧为城市交通主干道，并设有高架桥，地下室与道路基本平行。基坑内边线距道路边线约20.0m，距高架桥桥墩约30.0m；南侧亦为城市交通主干道，道路宽约33.0m，设有高架立交桥，高架桥距基坑内边线42.0m；北侧紧邻市政道路，道路宽约7.4m，基坑内边线距道路边线为2.0m；西侧北段分布有多栋三层的框架结构建筑物，基础型式为振动沉管灌注桩基础，距基坑内边线为4.6m；西侧南段距基坑边2m为一层的砖结构，宽8.6m，紧接为一层轻质钢结构的农贸市场，距基坑边20.0m分布五栋7层砖混结构建筑物，基础型式为振动沉管灌注桩基础，建筑物均平行于基坑布置。

2.2 地质概况

根据基坑设计施工图中描述，场地地貌处于昆明滇池湖积盆地，揭露地基土主要为第四纪冲、湖积淤泥质粘土、粘土、粉土、粉砂、砾砂层。上部20.0m范围主要分布①～④大层软～流塑状粘土与淤泥质粘土，局部夹粉土、砾砂透镜体，土层性质差，具体各土层物理力学指标详见下表。

 

2.3 水文概况

地下水埋深约2.0m，地下水类型主要为填土中孔隙型潜水及粉土、粉砂层中的微承压孔隙水，补给来源主要为大气降水及生活用水，虽具微承压性，承压水头高度较小，故仍作为潜水考虑。土层的平均综合渗透系数为0.03m/d。

2.4 基坑设计方案概况

基坑开挖深度7.9～11.0m，周边环境较复杂，地质条件较差，地下水位高，支护结构破坏后果严重，属软土区一级深基坑工程。支护方案采用：“Ф900（1000）排桩+二～四层预应力锚索”桩锚支护体系，桩顶以上有空间时采取放坡，放坡高度不大于3.0m；局部位置采用：“双排桩+一～二层预应力锚索”联合支护体系。

止水帷幕采用：“支护桩间设置Ф700@500的双管高压旋喷桩与支护桩搭接形成单层截水帷幕”，旋喷桩的布置平行于支护桩轴线向基坑外偏移，帷幕嵌固深度大于10.0m，且帷幕进入⑤层粘土，形成封闭式帷幕。

 

典型剖面图

三、 事故发生

2012年11月29日，项目西侧南段临农贸市场位置基坑发生垮塌，垮塌段长度达100m，支护结构、周边建筑物、周边土体均发生不同程度破坏，造成了严重的安全事故，事故现场情况见下图。

 

近照

 

远照

 基坑西侧垮塌部位拟开挖深度为7.9m，支护方案采用“Ф900@1800旋挖支护桩+二层Ф300直径扩孔预应力锚索” 。支护桩嵌固深度11.0m。第一层预应力锚索设置于冠梁下2.7m，水平间距为1.8m，锚索总长18.0m，自由段长8.0m，锚索预应力为150KN。第二排预应力锚索设置于冠梁下5.2m，水平间距1.8m，锚索总长18.0m，自由段长8.0m，锚索预应力为220KN。 

事故发生时基坑开挖工况：当完成第一层锚索张拉锁定后，在进行第二层预应力锚索施工工况工作面土方开挖时（为分段开挖），开挖深度至6.0m，即第二排锚索标高下0.8m，支护结构变形过大，位移不收敛导致基坑垮塌。

事故发生时现场情况：支护桩整体向基坑内倾覆，经检查支护桩桩身未发生剪切破坏，由于锚索拉拔失效，造成基坑坍塌。紧邻基坑边的单层砖砌体建筑物向基坑内位移并整体下沉，最大下沉量达2.1m。距离基坑边约13m周边土体发生滑动，地面开裂并下沉。支护结构及周边环境现场照片及基坑破坏简图详见下图。

支护结构近照



周边环境近照

基坑支护破坏简图

四、 事故分析

事故发生后，立即对基坑垮塌段进行反压回填，其他相邻位置回填至-3.0m，并组织专家组进行调查。建设单位另委托勘察单位对场地重新勘察，对支护桩桩长及桩身质量进行检测，并抽取12根预应力锚索进行抗拔承载力试验。

根据现有的“基坑支护设计施工图”、“垮塌段设计计算书”、“第三方监测报告”、“支护桩低应变检测中间成果”、“锚索检测中间结果”、“基坑支护设计施工图评审意见”及事故发生后，重新勘察提供的勘察报告，对基坑坍塌段进行反复复核验算，并结合工程经验从基坑工程主要涉及的勘察、设计、施工和监测四大部分对事故进行分析、总结。 

勘察：

      工程勘察目的为探明不良地质及水文条件，各土层的分布情况，并结合室内、原位试验手段提供各土层物理力学参数；其提供的参数是基坑支护设计的主要参照依据，一定程度决定着基坑支护设计的成败。经对比两版勘察报告提供的各土层物理力学指标，两次勘察所得结果差异较大。

 

注：1 由于两版勘察由不同单位完成，土层编号上有所差异，此表结合土层分布及性质进行归并以便对比。

    2 三轴剪切试验第一版为不固结不排水剪，第二版为固结不排水剪指标。

    3 括号外为第一版勘察数据，括号内为第二版勘察数据。

   两版勘察对比分析，土层抗剪强度指标差异较大，结合工程经验，分析可能出现的工况，并采用两版参数组合模拟计算分析。计算工况图详见如图5、图6，验算结果对比表详见表。

 

第一版勘察参数计算成果图　第二版勘察参数计算成果图

计算工况图（考虑锚索有效）

 

第一版勘察参数计算成果图　第二版勘察参数计算成果图

计算工况图（考虑锚索失效）

注：此验算为基坑坍塌工况，即基坑开挖至6.0m时的工况。采用两版勘察所得参数进行验算，并考虑锚索有效与锚索失效。

验算结果对比表

 

设计：

根据收集的计算书及设计施工图纸，结合《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）、《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）、《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）等相关规范及工程经验，分析本次事故，认为设计中存在以下原因：

周边超载取值与实际不符

周边环境条件是基坑设计的重要依据，特别是周边建筑物荷载作用在支护结构上，对设计计算结果影响较大。设计图纸未准确反映基坑周边环境，计算书中仅考虑一个距基坑边7.0m，作用宽度8.0m，深度2.0m的30kpa超载。而现场距离基坑边线仅2.0m存在一单层砖砌体结构，距离基坑边30m有一市政道路，其荷载值均未考虑，作用深度取2.0m计算偏于不安全；且基坑边20m存在7层建筑物，在软土基坑中未考虑其荷载的影响欠妥。

   土层参数取值不合理
 
    本项目地基土以湖积相沉积层为主，基坑上部20.0m范围内土层分布以欠固结、软～流塑状的饱和软粘土和泥炭质土（泥炭质粘土）为主；按《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）规定，饱和软土层宜取三轴不固结不排水剪切指标进行计算。而本设计中按直剪固结快剪值的0.85倍选取，例如第④软～流塑状粘土三轴不固结不排水指标为Cuu=14.85kpa，φuu=2.213°，而取直剪固结快剪的0.85倍C=28.02kpa，φ=7.87°，取值较高。设计单位应结合室内试验、原位测试指标分析岩土工程设计参数的合理性，存在疑问时应充分与勘察单位沟通，不得盲目选取。

       锚索锚固土层不合理

    该坍塌段的设计施工图中，采用了两排预应力锚索，设计角度分别采用10°和15°，锚固段均为10.0m，第一层锚索锚固段土层为③软～流塑状淤泥质粘土和③1层软塑粘土，该软土层中锚固力基本为零。规范规定锚固段不宜设置在该类土层中。

施工：

基坑施工进一步验证勘察、设计与实际是否相符，基坑开挖复核地质条件与勘察的吻合情况，一些参数需要试验性施工来验证是否符合设计要求。

       锚索基本试验

工程锚索施工前应通过现场抗拔试验确定特定地质条件、施工工艺下锚固体与土体之间的粘结强度和变形。特别是本项目采用了机械扩孔或水泥浆旋喷压力扩孔的特殊成孔新工艺，同时锚索锚固段设置在软土层中，更应通过基本试验确定施工工艺的适用性及锚索极限承载力。

      重要工序检验
      
       施工过程的质量检验是确保工程安全的重要环节，但是在实际工程中往往没有引起重视，尤其是在基坑工程类似的临时性工程中，因其工程使用期较短，地下室施工完毕后便完成使命，且其竣工资料不需要在档案馆备案，从管理上留下隐患。

对于基坑工程稳定性起决定性的支护桩桩长检测，亦是在事故发生后检测，根据支护桩低应变抽检检测结果，部分桩长未达设计要求。

规范及设计中明确要求，上一道工序未检测合格时，不得进入下一道工序施工。由于本项目基坑坍塌发生在第二层锚索施工面开挖工况，第一层锚索未验收，无法判断其承载力是否满足要求，给事故埋下伏笔，且对事故从技术角度分析和总结留下疑问。

监测：

鉴于基坑工程不确定因素多，在工程使用过程中与设计工况存在一定差异，信息化施工是确保基坑及周边环境安全的主要内容，而监测是信息化施工的重要手段。多数基坑发生事故前是有预兆的，通过严密的监测，变形超标即应报警，及时调整方案以预防事故发生。

监测报警不及时

根据第三方监测报告显示，事故发生前2天垮塌部位多个桩顶监测点水平及竖向位移值突然增大，当期桩顶水平位移量最大11.9mm，累计位移量最大达16.5mm，最大变化速率为2mm/d，达到规范及设计监测报警值。虽累计位移值未达报警值，但变化速率已达报警值，监测报告未反映及分析各点位变化速率，两大报警系统仅分析累计值不全面，同时，未及时提出危险报警。事故前的监测曲线如下图：

 

基坑位移曲线图 

 

基坑位移变化速率曲线图 

上述曲线4-7#监测点位于基坑垮塌区域，1-3#和8-11#为两侧监测点。从位移量及速率曲线表明，在基坑事故发生前位移量及速率曲线均出现陡变。

监测频率与施工工况结合不紧密

监测频率应根据施工工况的变化确定，应能反映基坑的重要变化过程。特别是土方开挖工况前后必须进行监测，而本项目按一周监测1～2次显然不能及时反映基坑工况变化的过程，针对性不强。规范中明确当发生位移量突然增大时，应对重点部位进行连续加密监测，直至连续三天的监测数值稳定，如位移不收敛则及时报警并采取措施。本项目事故发生前出现异常，但未跟踪监测。

监测范围及监测方法

基坑西侧单层砖砌体建筑物距基坑边仅2.0m，属基坑开挖影响范围内建筑物，按规范要求须进行监测，而监测中未含此内容。监测方案关于支护结构深层水平位移监测项目中，支护桩设计桩长为18.83m，而测斜管埋设深度仅为9.5m，规范要求测斜管深度不应小于支护桩的深度，导致支护结构深层水平位移监测数据存在缺陷，无法为事故分析提供全面参考数据。

五、 综述

通过对本项目事故分析，基坑工程中勘察、设计、施工、监测是紧密结合的，在建设工程中应严格把控各阶段成果，并通过信息化监测手段预防事故发生。

土层物理力学指标是基坑设计的重要依据，在进行工程勘察时要细致，加强原状土样保护，确保提供参数的可靠性；设计过程中使用时须综合室内、原位试验等多项成果数据判断取值合理性，切勿盲目采用。

锚索做为支护结构中抵抗土压力的重要构件，其参数能否达到设计要求，对基坑施工的成败起着关键作用。当锚索设置在复杂地质条件中或采用特殊施工工艺，应通过现场试验确定其适用性，同时，施工前进行基本试验验证其设计承载力。施工过程中按要求组织验收试验。

信息化监测可及时反映深基坑工作变形数据，通过数据分析，查找变形原因，起到预报、预防基坑失事的作用。，监测方案应充分结合支护方案及周边环境，监测项目和监测点布置有针对性，监测频率要结合施工工况且能反映监测对象的重要变化。

经两版勘察参数对比验算，计算变形量远小于实际监测。在深厚软土层中被动区抗力较小，且需要较大的被动变形才能有效发挥，建议对软土层中被动区抗力进行折减。

      （ 本文摘自2016海峡两岸岩土工程/地工技术交流研讨会分会场报告，报告人：孔继东）