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        北京某大廈地庫基坑坍塌事故原因分析與教訓(xùn)

        2013-12-06 06:32:32何世鳴
        關(guān)鍵詞:護坡樁樁間連梁

        何世鳴

        (北京建材地質(zhì)工程公司,北京100102)

        0 前言

        2008年6月13日(奧運前)一場大雨之后,14日上午9:05,北京某大廈地下車庫工程基坑南側(cè)發(fā)生坍塌事故,坍塌長度約25m。14日成立由市建委、安監(jiān)局等單位組成的事故搶險調(diào)查組,同時成立由本人擔任組長的7名專家(含院士、大師各1名)組成的專家組,負責對事故原因進行調(diào)查分析,為事故調(diào)查組提供技術(shù)支持。

        專家組所做的工作:6月14日—21日,部分專家組成員數(shù)次進入現(xiàn)場,參加事故搶險及現(xiàn)場人員筆錄、會議、拍照取證,收集、查閱、分析材料,研究、分析事故原因;22日,召開專家組會議,研究、分析事故原因,形成事故原因分析報告。

        1 工程概況

        該大廈地下車庫工程位于北京市海淀區(qū)中關(guān)村某單位院內(nèi)?;悠矫娉叽鐬?5.6m×54.9m,占地面積約為2 500m2,基坑底標高為-13.4m,地面標高為-0.8m,基坑實際開挖深度為12.6m,主要采用樁錨結(jié)構(gòu)進行支護,大口徑管井降水。

        設(shè)計方案中講明的周邊環(huán)境情況如下:(1)基坑南側(cè)有一座6層住宅樓,距離擬建結(jié)構(gòu)8.5m,基礎(chǔ)埋深為1.5m;(2)基坑?xùn)|側(cè)有一座14層住宅樓,距離擬建結(jié)構(gòu)物13.0m,基礎(chǔ)埋深為5m;(3)基坑北側(cè)有一座6層辦公樓,距離擬建結(jié)構(gòu)物10.2m,基礎(chǔ)埋深為4m;(4)基坑西側(cè)有一座6層辦公樓,距離擬建結(jié)構(gòu)物8.3m,基礎(chǔ)埋深為1.5m。

        現(xiàn)場周邊影響基坑的管線已經(jīng)改線,基坑的南側(cè)有一道煤氣管線,距離基坑2m,埋深1.0m,基坑的北側(cè)有一條暖氣管線,距離基坑1.0m,埋深1.0m,基坑西側(cè)有一條上水管線,埋深0.8m,距離基坑1.0m左右。

        基坑的北側(cè)有一條通行道路,距離基坑上口線1.5m,基坑的其他幾側(cè)為人行道路。

        依據(jù)該大廈巖土工程勘察報告,該次工程涉及的地層(南側(cè)坍塌處)如表1所示。

        表1 工程設(shè)計地層情況

        本場地地下水有1層,如表2所示。

        2 設(shè)計施工情況

        2.1 E段支護設(shè)計(南側(cè)及西側(cè))

        2.1.1 樁設(shè)計

        地面標高為-0.8m,基礎(chǔ)標高為-13.4m,該部位基坑深度為12.6m,樁頂位于-1.3m處;護坡樁長16.6m,嵌固深度4.5m;樁徑φ600mm;樁間距1.2m;樁身混凝土強度等級為C25。根據(jù)設(shè)計彎距計算護坡樁樁體配筋為表3。

        表3 樁體配筋表

        混凝土強度等級為C25。

        2.1.2 連梁設(shè)計

        連梁截面尺寸為:700mm×500mm;主筋:連梁兩側(cè)各3φ18,另配2φ18構(gòu)造筋;箍筋:φ6.5@200;混凝土強度等級為C25。

        2.1.3 樁間土處理

        樁間土錨噴設(shè)計參數(shù):噴射混凝土厚度(50±10)mm,噴射混凝土強度:C20,掛網(wǎng)規(guī)格:2mm厚鋼板網(wǎng),間隔1.5m加1φ14橫向拉筋。

        2.1.4 錨桿設(shè)計

        第一道預(yù)應(yīng)力錨桿長18.5m,自由段8m,錨桿角度為15°,錨桿間距:兩樁一錨;預(yù)應(yīng)力錨桿位于-4.3m處,錨桿主筋:2根1 860鋼絞線,錨桿設(shè)計拉力150kN,鎖定力105kN。

        第二道預(yù)應(yīng)力錨桿長25m,自由段長6m,錨桿角度為15°(相鄰錨桿調(diào)整上調(diào)5°),錨桿間距:一樁一錨,預(yù)應(yīng)力錨桿位于-9.3m處,錨桿主筋:2根1 860鋼絞線,錨桿設(shè)計拉力300kN,鎖定力210kN。

        2.2 F段支護設(shè)計(東側(cè))

        2.2.1 樁設(shè)計

        地面標高為-0.8m,基礎(chǔ)標高為-13.4m,該部位基坑深度為12.6m,樁頂位于-1.3m;護坡樁長16.6m,嵌固深度4.5m,樁徑φ600mm,樁間距1.2m,樁身混凝土強度等級為C25。根據(jù)設(shè)計彎距計算護坡樁樁體配筋為表4。混凝土強度等級為C25。

        2.2.2 連梁設(shè)計

        連梁截面尺寸為:700mm×500mm;主筋:連梁兩側(cè)各3φ18,另配2φ18構(gòu)造筋;箍筋:φ6.5@200;混凝土強度等級為C25。

        表4 樁體配筋表

        2.2.3 樁間土處理

        樁間土錨噴設(shè)計參數(shù):噴射混凝土厚度(50±10)mm,噴射混凝土強度:C20,掛網(wǎng)規(guī)格:2mm厚鋼板網(wǎng),間隔1.5m加1φ14橫向拉筋。

        2.2.4 錨桿設(shè)計

        第一道預(yù)應(yīng)力錨桿長17.0m,自由段7m,錨桿角度為15°,錨桿間距:兩樁一錨,預(yù)應(yīng)力錨桿位于-4.3m處,錨桿主筋:2根1 860鋼絞線,錨桿設(shè)計拉力150kN,鎖定力105kN。

        預(yù)應(yīng)力錨桿長24m,自由段6m,錨桿角度為15°(相鄰錨桿調(diào)整上調(diào)5°),錨桿間距:一樁一錨,預(yù)應(yīng)力錨桿位于-9.3m處,錨桿主筋:2根1 860鋼絞線,錨桿設(shè)計拉力250kN,鎖定力175kN。

        2.3 G段支護設(shè)計(北側(cè))

        該部位采用土釘墻結(jié)合護坡樁進行設(shè)計

        2.3.1 樁設(shè)計

        地面標高為-0.8m,基礎(chǔ)標高為-13.4m,該部位基坑深度為12.6m,樁頂位于-3.0m,護坡樁長13.9m,嵌固深度3.5m,樁徑φ600mm,樁間距1.2m,樁身混凝土強度等級為C25。根據(jù)設(shè)計彎距計算護坡樁樁體配筋為表5。

        表5 樁體配筋表

        混凝土強度等級為C25。

        2.3.2 連梁設(shè)計

        連梁截面尺寸為:700mm×500mm,主筋:連梁兩側(cè)各3φ20,另配2φ16構(gòu)造筋,箍筋:φ6.5@200,混凝土強度等級為C25。

        2.3.3 樁間土處理

        樁間土錨噴設(shè)計參數(shù):噴射混凝土厚度(50±10)mm,噴射混凝土強度:C20,掛網(wǎng)規(guī)格:2mm厚鋼板網(wǎng),間隔1.5m加1φ14橫向拉筋。

        2.3.4 錨桿設(shè)計

        第一道預(yù)應(yīng)力錨桿長20m,自由段7m,錨桿角度為15°,錨桿間距:兩樁一錨,預(yù)應(yīng)力錨桿位于-3.2m處,錨桿主筋:2根1 860鋼絞線,錨桿設(shè)計拉力200kN,鎖定力140kN。

        第二道預(yù)應(yīng)力錨桿長22m,自由段5m,錨桿角度為15°(相鄰錨桿調(diào)整上調(diào)5°),錨桿間距:一樁一錨;預(yù)應(yīng)力錨桿位于-9.5m處,錨桿主筋:2根1 860鋼絞線,錨桿設(shè)計拉力300kN,鎖定力210kN。

        2.3.5 土釘墻設(shè)計

        土釘墻支護,基坑放坡為1∶0.25,深度為2.2m,考慮基坑頂部人的行走、行車等諸多因素,設(shè)計考慮到該情況,在基坑周圍考慮了20kPa的均布荷載。土釘墻面層為噴射80mm厚的細石混凝土,混凝土強度等級為C20,配合比為1∶2∶2(水泥∶砂子∶碎石),內(nèi)配鋼筋網(wǎng)φ6.5@250,坡肩將面層鋼筋翻上,做1.0m寬散水,土釘墻深入到連梁內(nèi)20cm。按下表數(shù)據(jù)打入土釘并編制網(wǎng)片,土釘呈梅花型布置,土釘鋼筋施工時,壓筋與土釘鋼筋交叉焊牢,保證土釘面層形成一個整體,采用橫向壓筋,壓筋直徑φ16。

        表6 土釘支護設(shè)計數(shù)據(jù)

        2.4 現(xiàn)場施工情況

        南側(cè)錨桿均為2根φ15.24mm 1 860級鋼絞線,第一道錨桿兩樁一錨,鎖定力105kN(設(shè)計拉力150kN);樁間土滲水,樁間土支護脫落嚴重,形成空洞;部分降水井管井未按設(shè)計“井中心距基坑上口距離約1.5m”布置,而是布在兩樁之間,樁間土脫落后明顯外露。如圖1~3。

        圖1 基坑南側(cè)坍塌后情景

        圖2 降水井管外露

        圖3 樁間土坍塌后出現(xiàn)空洞

        3 坍塌前及坍塌后情況

        該基坑南側(cè)護坡樁于2月21日開始施工,于4月10日支護體系全部完成,開挖至槽底,至坍塌前使用時間2個月。南側(cè)支護體系自樁頂連梁施工完畢后對坡頂位移進行觀測,整個南側(cè)樁頂最大位移為9mm(南側(cè)5號點),北側(cè)最大點位移為19mm(11號點)。6月13日16:40左右開始突降大雨,院內(nèi)排水系統(tǒng)不通暢,基坑周邊建筑樓頂雨水通過四周的下排管流向基坑或滲入地下?;幽喜?10#樓前污水管線、管道井內(nèi)充滿了水,在雨停后5h,這些污水井、管道內(nèi)仍充滿了水。建設(shè)方于14日1:00安排了人員對管道井、污水井內(nèi)的雨水實施抽排,直至早6:00。13日夜建設(shè)方及總包方共同邀請了兩位專家,于13日21:00到現(xiàn)場檢查基坑支護情況。檢查結(jié)果是:310#樓前的方磚路面(基坑南側(cè)圍墻外)有幾道2~3mm的裂縫;基坑北部實驗樓墻根下有2個雨水沖刷出的下漏洞口,洞口直徑約10cm。22:30巡視檢查后,建設(shè)方、總包方及專家開會商討,結(jié)論是:現(xiàn)階段基坑支護工程不會有問題,但近期雨水較多,且院內(nèi)對外排水不暢,可能會有大量雨水滲入土體,對基坑不利。提議:在雨停后,于14日早將圍墻外路面上的水泥方磚勾縫堵漏。自13日晚24:00至14日早7:00,基坑安全,只有南部樁間土部分脫落,14日早,巡視發(fā)現(xiàn)310#樓前裂縫擴大至5mm左右,8:30裂縫擴大至10mm,8:35巡視時聽到南部邊坡錨索砰砰的響聲,同時基坑西南部第二道錨桿處出現(xiàn)了涌水,310#樓前裂縫變?yōu)?cm寬,隨即通知居民趕快撤離。并調(diào)用大量工人挖掘樓前地面,發(fā)現(xiàn)管道井內(nèi)有水,同時在310#樓4門附近地面出現(xiàn)了凹陷,圍墻也出現(xiàn)了垂直凹陷。立即通知搶險工人和居民全部撤離。隨后基坑西南部約25m長護坡樁在第二道錨桿處向基坑內(nèi)倒塌,南部圍墻及310#樓前的道路也向基坑內(nèi)坍塌。

        隨后北京市建委和海淀區(qū)有關(guān)部門領(lǐng)導(dǎo)及時趕到現(xiàn)場處理險情。抽調(diào)了市搶險大隊及大量搶險設(shè)備車輛進場,對基坑進行回填。南側(cè)和東側(cè)兩棟樓居民全部安置在賓館居住。搶險過程中現(xiàn)場如圖4~5。

        圖4 搶險開始回填

        圖5 搶險連夜回填

        4 事故原因分析

        4.1 通過調(diào)查獲取的主要事實依據(jù)

        (1)截至6月4日,基坑支護水平位移觀測記錄13個點最大值累計19mm(北側(cè)11號點),南側(cè)3個點最大值累計9mm(南側(cè)5號點),均未超過預(yù)警值。

        (2)事故發(fā)生前基坑處于正常狀態(tài),無坍塌征兆。行人還在圍墻外面行走。13日晚專家判斷也是如此?;油诘降滓延袃蓚€月,底板已全部打完。

        (3)在13日下午下大雨時院內(nèi)對外排水不暢??觾?nèi)一片汪洋。14日上午9:40左右坍塌突然發(fā)生,伴隨著很大的響聲,大量雨水污水和泥土涌入基坑。坍塌后多條不明雨污水管線及上水管線斷裂,向坑內(nèi)傾流。煤氣管線斷裂。

        (4)南側(cè)基坑外存在有多條不明(或廢棄的)雨污水管線,均未查明。坍塌后南側(cè)露出2根仍在噴水的自來水管、2根污水管、2根煤氣管道、1根動力電纜。

        (5)第一道錨桿為兩樁一錨,設(shè)計值為150kN,鎖定力105kN;樁間土支護脫落嚴重,有滲水,形成空洞。個別降水井管井未按設(shè)計“井中心距基坑上口距離約1.5m”布置,而是布在兩樁之間,樁間土脫落后明顯外露。

        4.2 事故原因

        專家組基于上述事實,得出此次事故原因:南側(cè)基坑外存在有多條不明(或廢棄的)雨污水管線未查明,導(dǎo)致設(shè)計時未充分考慮這些管線對基坑安全的影響。而在遇到大雨乃至暴雨時,由于院內(nèi)地面排水不暢,大量水通過檢查井及地表裂縫滲入土體內(nèi),土體強度降低、土壓力增大,造成支護體系位移及沉降變大,自來水管線斷裂,造成支護體系變形急劇增大,導(dǎo)致坍塌。

        樁間土支護脫落嚴重,有滲水,形成空洞,存在安全隱患。個別降水井未按設(shè)計布設(shè),并有破損,未達到降水效果,是造成此次事故的次要原因。

        5 應(yīng)吸取的教訓(xùn)及建議

        (1)地下工程設(shè)計施工前,應(yīng)查明施工影響范圍內(nèi)的建(構(gòu))筑物、管線等;

        (2)雨季施工要做好地面硬化及疏排水工作;

        (3)該類似基坑如有條件應(yīng)做帷幕進行止水并對樁間土進行必要的保護。

        6 結(jié)語

        筆者在后期進行了事件進展跟蹤,得知2009年建設(shè)方將施工總承包方及基坑施工專業(yè)分包方向法院起訴,要求賠償包括居民安置補償費、監(jiān)測鑒定費、搶險支出費、基礎(chǔ)設(shè)施恢復(fù)費、基坑建設(shè)費合計12 521 525.99元。該訴訟于2011年2月14日由北京市海淀區(qū)人民法院判決:建設(shè)單位承擔15%,施工總承包單位承擔25%,基坑施工專業(yè)分包單位承擔60%。

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