張利生

【摘 要】本文分析了基坑工程質量事故的主要原因，提出了基坑工程勘察、設計、施工、監(jiān)測的關鍵控制點。

【關鍵詞】基坑工程；質量事故；原因分析；關鍵控制點

【中圖分類號】TU94+1 TV551.4+2

【文獻標識碼】A

【Abstract】This paper analyzes the main causes of the excavation engineering quality accident， and puts forward the key control points of the excavation engineering survey， design， construction， monitoring.

【Key words】Excavation engineering；Quality accident；Cause analysis；Key control point.

1. 前言

（1）20世紀以來，隨著城市化進程的迅速發(fā)展，以城市人口爆炸、居住空間狹窄和城市綠地減少為特征的“城市綜合癥”正在中國城市，特別是大城市中逐漸形成。

（2）為了世界各國可持續(xù)發(fā)展決策的制定，1992年6月聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會通過了《21世紀議程》，提出了以可持續(xù)發(fā)展模式作為未來的共同發(fā)展戰(zhàn)略。在建設可持續(xù)發(fā)展城市的過程中，為了充分利用有限的土地資源，城市地下空間的開發(fā)利用起了非常重要的作用，并隨著高層建筑的迅速崛起而得到了長足的發(fā)展，由此而產(chǎn)生了大量深基坑工程，且規(guī)模越來越大。從80年代初開始，我國逐漸涉入深基坑設計與施工領域，在深圳地區(qū)的第一個深基坑支護工程率先應用了信息化施工法，大大節(jié)省了工程造價[1]。進入90年代后，為了總結我國深基坑支護設計與施工經(jīng)驗，開始著手編制深基坑支護設計與施工的有關法規(guī)。目前，基坑工程已成為我國城市巖土工程的主要內容之一。

2. 基坑工程特點

基坑工程具有許多特點，概括起來有以下幾點：

（1）與場地自然地質及環(huán)境條件密切相關。

基坑工程一般情況下作為臨時工程，安全儲備可以相對小些，但它與場地巖土工程條件、環(huán)境地質條件息息相關，不同區(qū)域有著各自不同的特點，設計施工時必須全面考慮水文、氣象、工程地質、環(huán)境地質條件及其在施工中的變化，充分了解工程場地所處的地質環(huán)境與基坑開挖的關系及相互影響?；庸こ坛Ｌ幱诿芗募扔薪ㄖ?、道路橋梁、地下管線、地鐵隧道或人防工程的附近，其技術復雜性遠甚于永久性的基礎結構或上部結構，稍有不慎，不僅將危及基坑本身安全，而且會殃及臨近的建構筑物、道路橋梁和各種地下設施，造成巨大損失。

（2）與主體結構地下室的施工密切相關。

基坑支護開挖所提供的空間主要是為主體結構的地下室施工所用，因此任何基坑設計在滿足基坑安全及周圍環(huán)境保護的前提下，要合理地滿足施工的易操作性和工程工期的要求。

（3）技術綜合性強。

由于場地水文地質、工程地質條件復雜、巖土性質變化多端不均勻，致使勘察數(shù)據(jù)離散性大、精度低，給基坑工程的設計與施工帶來了很大的難度。而基坑工程包含著擋土、支護、降水、挖土等許多緊密聯(lián)系的環(huán)節(jié)，任何一個環(huán)節(jié)的失效都將導致整個工程的失敗。

因此，從事基坑工程的技術人員需要具有綜合運用巖土工程的知識及經(jīng)驗、建筑結構及力學知識、施工條件及經(jīng)驗等各方面的知識。

（4）基坑工程技術挑戰(zhàn)性強。

基坑工程是巖土工程、結構工程以及施工技術互相交叉的學科，是多種復雜因素交互影響的系統(tǒng)工程，是理論上有待于發(fā)展的綜合性技術學科。由于其技術復雜、涉及面廣、不確定因素多，在建筑工程中最具有技術挑戰(zhàn)性，同時也是降低工程造價，確保工程質量的研究重點。

（5）基坑工程失敗損失大。

隨著舊城改造的推進，各城市的高層、超高層建筑主要集中在建筑密度大、人口密集、交通擁擠的狹小場地中，鄰近常有必須永久保護的建筑和市政公用設施。基坑工程一旦失穩(wěn)，后果不堪設想。

3. 工程事故原因分析

在基坑工程施工中，人們千方百計地控制工程變形，維護工程穩(wěn)定，降低工程成本，取得了顯著的成效，但基坑工程失穩(wěn)事件也時有發(fā)生。產(chǎn)生工程事故的原因很多，有管理體制問題，有工程質量問題，有優(yōu)化決策問題，也有勘察、設計、施工、監(jiān)理等其它方面的問題。筆者總結大量工程實例認為，以下幾點是發(fā)生基坑工程事故的主要原因，也是確?；庸こ逃行У年P鍵控制點：

3.1 有效地治理水害是基坑工程成功的關鍵。

3.1.1 水是基坑工程的天敵，大部分基坑工程事故與水有關。據(jù)統(tǒng)計，基坑工程事故中70%以上是水害直接或間接造成的[2]。

3.1.2 地下管道的泄漏、地下水的滲透破壞、大氣降水等都可能誘發(fā)災難性事故的發(fā)生。正確認識各種土體的滲透規(guī)律，優(yōu)化設計防水、降水、排水方案，并確保其效果是基坑工程成功的關鍵。

3.1.3 水害造成的基坑工程事故主要有以下幾種情況：

（1）軟土或高水位地區(qū)的基坑未作止水帷幕。

基坑開挖時，由于基坑內降水造成基坑內外側水頭差，致使地下水攜帶著土顆粒從支護結構之間流入基坑，造成基坑周圍地基土流失、地面開裂、下沉、鄰近建筑物向基坑方向傾斜。

（2）基坑底形成承壓水頭時，未對基坑底面加固。

當基坑底隔水層厚度較小，或承壓水頭較大時，基坑的開挖破壞了原來的水壓力平衡，使得地下水向上的滲透力大于基坑底土體的浮重力，造成基坑隆起、管涌或流砂。

（3）基坑降水造成周圍建筑物不均勻沉降。

基坑工程降排水，一方面減小了地下水對地上建筑物的浮托力，致使土層受壓縮而沉降；另一方面孔隙水甚至是細小土顆粒從地下排出，造成土體固結變形，引起地面沉降。降排地下水形成的降落漏斗的曲面展布，必然引起周圍建筑物的不均勻沉降，嚴重時就會造成裂縫、傾斜，甚至倒塌。

3.1.4 另外，暴雨及管道滲漏對基坑工程的安全也會造成很大的威脅。

然而，在基坑工程設計時，設計人員往往不熟悉地下水的埋藏、補給、徑流及排泄條件，不了解基坑開挖前后水文地質條件的變化，不懂得地下水滲流運動原理，甚至混淆水文地質基本概念，以致于對水害認識不足，重視不夠，造成基坑工程事故。

3.2 合理選擇巖土參數(shù)是正確設計的根本。

3.2.1 破壞模式以及巖土計算參數(shù)的合理化選擇，在基坑支護設計中有著至關重要的作用。如果破壞模式或巖土參數(shù)不能代表實際地質情況，基坑支護設計無疑是徒勞的。

3.2.2 在基坑土水壓力計算中，（1）經(jīng)典土壓力理論用于飽和軟土地基的基坑計算比較符合實際，而用于非飽和土則計算結果顯得過分保守[2]，造成經(jīng)濟上的浪費。（2）從土的有效應力理論出發(fā)，水土分算法的理論根據(jù)比較充分，但準確提供計算用巖土參數(shù) 與 難度較大；水土合算法理論上存在著較大的缺陷，然而在實際工作中卻仍被廣泛應用之。一般而言，為使計算結果接近實際情況均需要進行一定的經(jīng)驗修正，這個經(jīng)驗系數(shù)的確定帶有較大的人為因素。（3）確定巖土參數(shù)的試驗方法不同，數(shù)值往往相差很大。一般來說，在基坑周邊降水條件下進行基坑穩(wěn)定計算，可以采用總應力法，其土體強度指標可由直剪試驗取得，但應根據(jù)實際情況分別選擇不排水剪、固結不排水剪和排水剪試驗的土體強度指標；在基坑周邊防滲條件下，基坑的穩(wěn)定性分析宜采用有效應力法，以充分考慮土壓力和水壓力的作用，這時土體強度指標應由三軸固結試驗取得?？傊囼灧椒ㄔ瓌t上應盡量與現(xiàn)場實際受力情況及排水條件一致，并與土壓力計算方法相配套。

3.3 重視巖土工程勘察工作，是基坑工程成功的必要條件。

（1）個別巖土工程師對場地的特殊性掉以輕心，主觀認為隨便打幾個鉆孔即可進行基坑工程施工。對復雜區(qū)段、復雜地層缺乏認真分析的態(tài)度，對鉆探過程中出現(xiàn)的“異?！爆F(xiàn)象不能正確地對待，在未查明場地巖土工程條件的情況下，憑借“經(jīng)驗”人為地將場地內不同的巖土層混為一談，給工程之安全留下了事故隱患。

（2）勘察單位忽視專門水文地質勘察工作，以常規(guī)勘察對待基坑工程勘察。對基坑水文地質條件缺乏必要的評價與研究，或評價失誤，造成設計人員輕視地下水的作用，造成工程事故。

（3）《建筑基坑支護技術規(guī)程》JGJ120-2012[3]3.2.1條對基坑工程的巖土工程勘察提出了要求：勘探點范圍應根據(jù)基坑開挖深度及場地的巖土工程條件確定；基坑外宜布置勘探點，其范圍不宜小于基坑深度的1倍；當需要采用錨桿時，基坑外勘探點的范圍不宜小于基坑深度的2倍；當基坑外無法布置勘探點時，應通過調查取得相關勘察資料并結合場地內的勘察資料進行綜合分析?！?/p>

然而，在實際工作中，建設單位為了節(jié)省投資，極力干預勘察單位的正常工作，致使勘察工作無法按照規(guī)范要求在基坑開挖邊界外開展?？辈熨Y料的不準確性，必將造成基坑工程設計的不可靠性。

3.4 科學優(yōu)化設計方案在基坑工程中起著重要的作用。

基坑工程方案的選擇，應綜合考慮基坑開挖深度、巖土物理力學性質、水文地質條件、周圍環(huán)境、邊坡變形要求、施工設備能力、工期、造價以及支護結構受力特征等多種因素，在充分研究對比技術的先進可靠性、施工的可行性、經(jīng)濟效益、對環(huán)境的影響以及作業(yè)工期的基礎上進行優(yōu)化決策，不能憑個人經(jīng)驗隨意確定，必要時應請有關專家進行技術論證。建設單位也不能對設計單位、施工單位無限度地壓低價款、壓縮工期，造成資金緊張、時間倉促，遺留問題。

3.5 實施動態(tài)信息化施工，及時修改、完善設計方案。

（1）目前，基坑工程設計的理論基礎尚不甚成熟，如：采用極限平衡的條分法對粘性土坡的穩(wěn)定性分析時，假定破裂（滑動）面為直線或圓弧，以及每一土條的下滑力均平行于該土條底面（即滑面），都是不符合實際情況的；基坑工程的時空效應雖然已經(jīng)引起巖土工程界普遍的關注，但在基坑設計和施工中如何運用還有待于進一步完善與發(fā)展；基坑工程的變形控制不僅是時空效應的一個重要內容，也是基坑工程中引人關注的焦點問題，但目前尚無完善的理論方法進行預測?？傊?，依據(jù)理論公式計算的結果難免存在與實際工程不相吻合的情況。另一方面講，基坑工程設計需以開挖施工時的諸多技術參數(shù)為依據(jù)，但開挖施工過程中往往會引起支護結構內力和位移以及基坑內外土體變形發(fā)生種種意外變化，傳統(tǒng)的設計方法難以事先設定或事后處理。

（2）為避免基坑工程事故發(fā)生，應進行現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)測，實施動態(tài)信息化施工，通過對經(jīng)監(jiān)測獲得的大量數(shù)據(jù)進行綜合整理，分析其變化規(guī)律，判定基坑工程的質量狀態(tài)，并及時向主管部門和設計人員進行信息反饋，以便指導正確施工與設計修改，達到控制基坑變形失穩(wěn)的目的，同時監(jiān)控也是檢驗設計正確性、合理性、科學性及發(fā)展基坑工程理論的重要措施；對于環(huán)境效應問題，應力求達到巖土工程師、結構工程師、施工工程師，甚至是建設單位的共識與重視，做到未雨綢繆，防患于未然。

3.6 科學有效地組織與管理土方開挖施工。

研究發(fā)現(xiàn)，在軟土深基坑中精心安排開挖施工分層、分區(qū)、分塊的部位和充分考慮時空效應及相應支撐設置的時限要求，以有效地控制基坑已開挖部分的無支撐暴露時間和減少土體被擾動的時間與范圍，將可以利用尚未被挖及的土體尚能在一定程度上控制其自身位移的潛力，而達到使其協(xié)肋控制支護體位移和坑周土體位移的目的。換言之，在基坑開挖施工（包括支撐設置過程）同支護結構及坑周土體位移之間，存在著一定的相關性。因此，科學地安排土方開挖施工順序和控制施工進度，將有助于控制支護體和坑周土體的位移。

3.7 加強和重視質量檢測與驗收工作，是基坑工程成功的重要保證。

這是為了掌握支護結構和基坑內外土體移動，隨時調整施工參數(shù)，優(yōu)化設計，或采取相應措施，以確保施工安全，順利進行。施工監(jiān)測的作用還在于檢驗設計的正確性，并有利于積累資料，為今后改進設計理論和施工技術提供依據(jù)。目前，工程建設市場管理比較混亂，壓價競爭現(xiàn)象嚴重，這勢必造成“偷工減料”現(xiàn)象發(fā)生，個別施工單位置國家規(guī)范、標準于不顧，為了贏利，降低質量要求，放松質量檢測與監(jiān)督，這是值得我們總結的一個方面。今后應加強工程質量的監(jiān)理與檢測工作，重視每一個環(huán)節(jié)的質量監(jiān)督，做好過程質量控制，加強工程竣工驗收工作，使基坑工程質量事故消滅于萌芽之中。

4. 結語

（1）基坑工程是一個綜合性、實踐性很強的巖土工程問題，它不僅涉及到土力學中強度、變形與穩(wěn)定問題，而且還包含了圍護結構與土的共同作用問題?；庸こ痰姆€(wěn)定性、支護結構的內力和變形以及基坑開挖對周圍建筑物和地下管線的影響及保護等，目前均還不能準確地定量分析計算。

（2）在實際工作中，每一個基坑工程都有著各自的特點，每一個成功的基坑工程都具有較高的技術含量。因此，對基坑工程而言，應當提倡精心勘察、精心設計、精心施工、精心監(jiān)理、精心總結，加強基坑工程的科研工作，促進技術進步。

參考文獻

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[2] 唐業(yè)清，李啟民，崔江余.《基坑工程事故分析與處理》[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999.P13、P237.

[3] JGJ120-2012.《建筑基坑支護技術規(guī)程》[S]. 北京： 中國建筑工業(yè)出版社，2012.