一个真实的工程事故报告【转载】成都地区基础开挖阶段的失稳塌方

时间:2018/04/05 | 作者: | 分类:技术储备 | 浏览:35 ℃ | 发表评论
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转载一个真实的成都地区基础开挖阶段的失稳塌方工程事故报告。其实从这里我们学习的只有报告的形式和事故产生的原因,大家引以为戒!所有的事故,不管是安全事故还是质量事故除了天灾,其实施工和管理的缺陷都是占有原因的!

以下为正文!

偶然间从故纸堆里翻出一个很久以前的基坑坍塌事故调查报告。在我国工程界,事故往往是很敏感的。当年调查报告写完后,既没有通过任何途径公开,也没有写成学术论文发表。如今这个工程早已完结,事故早已无人关心,我不想让它掩埋于纸堆,便决定写成一个专栏文章。

我曾提到过我的一段实习经历。这次事故便发生在实习期间。报告由我和舍友两人共同完成。这里对原文内容进行精简,主要介绍以下内容:

1、事故概况
2、基坑支护设计
3、塌方事故介绍
4、抢险历程
5、各方表现
6、事故机理分析
7、经验教训和改进措施

1、事故概况

该项目位于成都市三环线以内某处,有7栋楼。其中A#、B#、C#、E#、G#地下二层地上16层,为框架剪力墙结构;建筑高度48.25m,标准层层高3m ;D#、F#楼地下二层地上3层,地上部分为框架结构;整个项目为集居住、商业为一体的综合建筑,设计功能齐全。占地面积约54亩,总建筑面积13万平方米。 工程±0.00=506.80m,设二层地下室,局部设一层地下室;场地平整后地面标高506.00-506.50m,基坑开挖深度为自然地面下5.5-9.7m,基坑支护形式为排桩+土钉墙支护。

2011年7月3日,成都暴雨,为70年一遇,造成项目周边市政排水系统超载,此时项目尚处在深基坑开挖阶段,四周水位急剧上升,最终发生失稳塌方事故

2、现场条件和支护设计

地质条件:工程场地底层条件简单,主要有第四系人工堆积填土、第四系全新统冲积的粉质粘土、粉土、细砂及第四系全新统冲洪积的卵石层等组成,从上到下依次为:杂填土(0.30-2.40m),素填土(0.30-3.50m)、粉质粘土(0.80-4.80m)、细砂(0.50-2.40m)、中砂(0.50-2.60m)、卵石(持力层),部分地段卵石层中有中砂透镜体夹层。

水文条件:场地地下水为赋存于上部土层中的上层滞水及第四系砂卵石层中的孔隙型潜水,受地下径流、大气降水补给;排泄方式以地面蒸发、地下径流为主。勘察期间为枯水期,测得静止水位在5.10m-7.7m,相应高程为499.30-499.80m,地下水水位在枯水期、丰水期年变幅值为1.50-2.50m。

周边环境条件:场地地势开阔,总体地形平坦。基坑西侧和南侧周边无相邻建筑物,为规划防护绿地和市政道路,基坑支护环境条件较好;基坑北侧和东侧周边为5F住宅楼,相邻建筑距基坑开挖线2.70-15.50m。

综合考虑基坑工程地质条件和基坑周边的环境条件,采用排桩+土钉墙支护形式

排桩采用人工挖孔灌注桩,桩护壁圈外径1400-1600,桩芯径1000-1200,桩芯间距2500-3000,桩长10.0-15.0m。桩顶设冠梁一道,1000-1200宽、600-1000高。桩孔护壁用C20混凝土,桩芯及冠梁用C25商品混凝土,桩间土挂网并喷射C20细石混凝土,混凝土厚50-80。

桩孔护壁结构

桩孔护壁结构

使用土钉墙的区域,基坑开挖深度有5.50m、9.05m、9.70m三种,均按1:0.4放坡,开挖基坑坡底距轴线预留0.5m工作面。土钉墙墙面布置φ6.5@200X200的钢筋网及φ14@1500X1500的加强筋,并喷射厚50-80的C20混凝土。锚杆长度自上而下递减(9m-4m或6m-3m),水平间距1500,竖向间距1200-1400;锚杆直径48mm,杆上每隔1m有φ8的灌浆孔,锚杆中灌注1:0.4-1:0.6的水泥浆,土钉之间设置泄水孔。

在承载力设计时,按超载值5KN/m的满布均布荷载设计。下图为锚杆设计图:

下图为土钉墙正立面示意图:

3、事故过程

2011年7月3日下午,成都地区遭遇70年一遇罕见暴雨。不到10个小时,雨水量达到了近100mm;该项目当时正处于基坑开挖和基础施工阶段,而基坑开挖深度达到8~10m深,这样,周围的雨水流入地下,导致地表水位迅速上升,致使基坑护壁承受的压力迅速增大,最终导致失稳滑坡现象。截止到7月3日下午18时许,A#、B#、C#、D#、E#边坡相继出现塌方,到7月4日凌晨,塌方仍在继续,塌方总长度超过了250m;险情一直持续到7月5日,现场巡查发现A#西侧坡顶开裂,E#局部塌方扩大

现场出现滑坡面的地方主要是B#西侧、D#前侧及后侧三处,滑坡比较严重,并且由于B#西侧及D#前侧都临近居民区,造成比较严重的安全隐患,而D#后侧就是开发公司的销售中心,本次事故对该楼的安全也形成很大的威胁。塌方中,出现较严重破坏的区段均为土钉墙支护,采用灌注桩护壁的区段安全稳定。

4、现场抢险

7月3日下午下暴雨时,考虑到深基坑存在安全隐患,总包单位各层管理人员——从项目经理到各栋施工员都在现场巡视,发现险情后迅速通报各方。

7月3日晚上,甲方、监理和相关专业施工单位以及安监站的管理人员与总包单位一道,对现场进行了实地核查和现场处理方案讨论,并迅速拟定了具体而有针对性的处理方案;总包单位针对现场核查和讨论结果将拟定的处理方案形成书面文档,连夜编制了《7·3边坡失稳事件紧急处理方案》。当天晚上,安监站和各单位管理人员通宵指挥现场抢险,紧急组织对基坑场内积水进行抽水;并连夜组织了5台大挖机对B#北侧进行坡脚堆土加固,堆土高度达到4-6m,防止了邻近居民楼下土体的进一步塌落,保证了邻近楼房的安全;除此之外,为确保居民安全,防止邻近居民恐慌愤怒情绪的扩大,项目部连夜疏散了周边居民,并和社区居民协调商量,承诺给予周边居民每户一定的补贴。

7月4日,甲方、总包、监理以及相关专业施工单位管理人员全部到场,昼夜指挥抢险工作;现场进一步增加挖机和推土机,共计有7台挖机、4台推土机,对B#东侧、D#东北面塌方部位进行了坡脚堆土加固,保证邻近居民楼的安全;此外,针对边坡塌方事故,由甲方主持,总包、监理以及各专业施工单位参与,召开了专家会议,商讨对塌方部位的最终解决方案。

7月5日,继续抢险,对C#北面护壁桩进行了钢筋混凝土加固,对售楼处侧塌方部位进行了坡脚加固。甲方继续组织专家讨论塌方部位的解决方案,最后敲定了最终解决方案:总体采用人工挖孔灌注桩,争取本月内完成;下午监理召开例会,与总包单位商讨抢险后期各单位的抢险安排情况,以及抢险过后项目施工进度的调整方案。晚上总包单位制订了之后3天的24小时全天值班方案。

至此,前期抢险告一段落,事故抢险进入下一阶段。

5、抢险过程中各方表现

抢险的主要工作(比如坡脚堆土加固、疏散居民、召开专家会议等等)是由甲方单位主持组织的;总包单位项目部则配合甲方的抢险工作,尽“东道主”之宜,为事故抢险提供人力物力资源,参与堆土方叠沙袋、轮流值班、现场巡查等具体工作;监理依然继续现场险情巡视排查工作,协助甲方安排抢险;负责基坑施工的几个分包单位则各司其职,分别负责运土、降水等抢险工作。

有趣的是甲方和总包单位在事故抢险中的分工,按说抢险工作应由总包单位主持,但事实是抢险由甲方主持、总包单位配合。这与甲方的强势有关,总包单位从甲方获取资金建造楼房,在一定程度上就得听从甲方的指挥;而负责土方、降水、护壁施工的等分包单位,也是甲方指定的,分包只听从甲方的指挥,总包无从指挥分包。

事故发生后,各单位反应迅速,整整两天两夜,抢险一直在紧张而有次序地进行。所有靠近居民区的塌方处都得到了最快的加固修复——7月3日连夜疏散附近居民,B#北侧连夜坡脚加固,7月4日中午D#东北侧、下午B#东侧坡脚加固,7月5日C#北面护壁桩钢筋混凝土加固。7月4日抢险攻坚阶段一过,甲方立刻召开了专家会议,商讨塌方处最终解决方案,到7月5日即达成了最终的解决方案,反映迅速,补救效率高。总体说来,甲方、总包、监理和各分包单位在事故抢险中的表现差强人意。

6、事故原因

6.1 恶劣天气影响

本次基坑坍塌事故的直接原因是成都70年一遇的大雨。当天下午,四川绵阳、德阳、成都、雅安、乐山等地出现暴雨,个别地方雨量达到100毫米以上,最大暴雨出现在成都市区,为215.8毫米。暴雨引发多处地质灾害,如被称为都江堰至汶川、茂县、理县的“生命线”的国道213线再度中断,都汶高速全线封闭。

强降雨过程中,基坑周边土体吸收了大量的水,自重增加、抗剪强度降低,从而产生了滑动。部分用土钉墙支护的边坡中土体整体滑移、土钉墙护壁发生剪切破坏,锚杆未能发挥作用,出现坍塌;护壁桩支护处出现局部破坏,桩间土及混凝土护面剥落,形成上大下小的倒锥形凹槽或贯通至地面的洞口。

工地周边的景观植被较多、市政设施排水能力不足,导致雨水不易排出、大量聚积在基坑周边。

当天,雷击频繁,从中午12时到下午6时,成都市发生雷击2749次,雷击导致市区内停电。停电和塌方影响了基坑周边23个降水井的正常工作、降水井不能在事故发生时及抢险初期发挥作用。

6.2 周边排水不畅

这次事故中,短时间内降雨量非常大,大量雨水壅塞,地面的荷载、土体自重都迅速增加。

排水不畅主要体现在三个方面:

一是周边小区积水过深。紧邻工地东侧的“XX小区”内排水系统的排水能力明显不足。与小区住户交流过程中得知,每逢大雨,小区中都会有积水,而这一次70年一遇的大雨中,积水很深,直至第二天上午小区内积水仍然有0.5米。

二是植被及围墙布置不合理。

上图(左)为基坑西侧临近道路的植被、围墙及护坡的示意图。开发商在护坡外侧做了围墙和景观。左侧的土坡上铺满草皮,种有植物,一部分水从此渗入地下;另一部分水沿土坡向右下方流,聚集在墙脚。但是墙上没有排水孔,因而此处积水也很深。在事故发生的第二天,甲方就组织工人在墙脚左侧开挖排水沟,防止此处再次出现此类问题(如右图所示)。

三是废弃管道将别处水引至基坑处。下图为E#塌方处照片,图中红色椭圆区域可以明显但到一个仍然在涌水的管道,管道末端与土钉墙表面距离较小,事故发生后两天内,此处仍然在涌水。可以推测,事故当天,有较多雨水通过这条管道流入土钉墙后方的土中,诱发了此处的坍塌。

6.3 施工质量问题

天气、环境等原因其实都只是事故的次要原因,归根结底这次事故还是由于支护结构施工有严重的质量缺陷。事故后,我们在现场对坍塌后的废墟及未坍塌的土钉墙进行了检查,发现其配筋、混凝土厚度、锚杆施工等均有重大质量问题。

其一, 锚杆长度不足,设计的锚杆长度从上到下分别从9米到4米。现场测量中部和上部的锚杆,实际其长度均为4米。

其二, 锚杆无孔洞、未注浆。设计中,锚杆上每隔一米有直径8mm的洞,并且需要以一定压力灌入水泥浆,以保证锚杆和土体有效传力;抽出锚杆后发现,锚杆上均无孔洞,杆中只有嵌入的泥土,没有水泥浆。之后的施工中,对未塌方部分的锚杆进行了加固处理,在锚杆中注浆,但是实际上由于已经插入土中的钢管上没有孔,注浆并不会起作用。

其三,锚杆与护面的连接不足,未按设计要求做连接构造。

其四, 钢筋用量少于原有设计。设计的钢筋布置为@200(钢筋间距200mm),实际测量发现钢筋网上的钢筋间距约为@270。

其五,混凝土厚度不足,设计中混凝土厚度为50-80,测量发现实际厚度在30-60左右,随机抽样测得平均厚度为47mm。

其六,土钉墙未按要求设置排水孔,喷混凝土时排水孔位置均被混凝土堵上。事故后护壁单位为应付进一步的检查,开凿部分排水孔,并插上白色塑料管,实际上是形同虚设,起不到排水作用。

7、经验教训和改进措施

那次事故,我和舍友见证了事故发生的全过程,参与了事故的抢险及后期处理,在这一过程中增长了见识,得到了极大的锻炼,也深深感觉到安全责任重大。一旦出现质量问题或安全事故,其后果不可估量,可能危及人民生命财产安全、可能给项目带来巨大损失,也可能像多米诺骨牌一样造成一连串的恶性影响。本次基坑事故,很幸运没有人员伤亡,但是事故之后甲方和施工单位都投入了大量精力进行了抢险,费时费力;事故也导致部分建筑工期延误,为保证边坡稳定而进行的挖方、堆方打乱了原有的施工计划。

在论及很多事故的原因时,人们喜欢用“三分天灾,七分人祸”来表示人的主观意识会导致灾难。在建筑施工的过程中,固然会有很多偶然因素导致事故发生,但施工安全中的“偶然”大多情况下成了托辞,是逃避责任的借口而已。“人祸”才是罪魁祸首。

护壁单位目光短浅,为节约成本偷工减料。在极端天气下,铤而走险、心存侥幸是不行的,这样的极端天气正是工程质量的试金石。

监理单位受甲方挟制,在经济上受控于甲方,也就不可能有效行使监理权力。事故发生之后,甲方和监理单位很快就能道出护壁有哪些质量缺陷,显然可以看出甲方和监理并非被护壁单位蒙在鼓里,而是知晓原委。在甲方的默许下护壁单位才能够如此堂而皇之地做出了豆腐渣。

总包单位在与对分包公司的管理上显得非常被动,这是由甲方、总包的关系决定的,总包有总包职责但在这样的情况下却不能行使其权利,实属无奈。

本次事故的抢险和处理比较迅速,各单位也都不懈怠、尽力抢险,总体来说抢险过程比较成功。今后如果遇到类似的事件,本次事故的处理过程可供借鉴。

来源:知乎,基础工程;作者:鹤运(清华大学土木工程系博士)。