基坑失穩

基坑失穩是指由於基坑施工時對某些關鍵部位和工藝如錨索成孔、注漿、張拉以及泄水孔的控制不嚴引發基坑施工造成事故或達不到設計標準。

基坑施工時，對錨桿錨索土釘的長度、支護樁樁長、噴射混凝土厚度、鋼筋網片的連線等方面一般能夠進行有效控制和檢測，因此對錨桿錨索泥漿濃度的控制、注漿的及時性、預應力的準確施加、自由段的處理、泄水孔的設定顯得尤為重要，必須嚴格按要求施工，方可有效保證基坑安全。基坑帷幕應根據周邊的情況及地質條件進行設定，確保合理、經濟。

基本介紹

• 中文名：基坑失穩
• 外文名：failure of foundation
• 學科：土木工程
• 原因：違規修改設計等
• 措施：降低土中水位並進行坡頂的卸載
• 類型：滑移、傾覆

研究背景

伴隨著我國改革開發以來經濟的高速發展，城鎮化也加快了腳步，眾多的人口湧入城鎮，低層建築以其容量小、地上地下空間沒有充分利用而無法滿足人們日益增長的需求；一般的路面公共運輸因其破壞壞境、噪聲和振動的影響而很難讓人接受。為解決城鎮化帶來的住房難、交通難等問題，建築業也發生了巨大變革，城市高層建築不斷湧現，而且向著更高、更複雜的趨勢發展；對於交通發展高效地下有軌公共運輸，形成四通八達的地下交通網已成為出現在各大城市的規劃藍圖上[1]。無論是高層建築還是地下交通系統都涉及到一個重要的問題，那就是基坑。大大小小由於基坑失穩造成的事故出現在各大新聞媒體上，輕則財產損失，重則人身傷害，一起起建築事故敲響了警鐘，給了我們警示，讓我們不得不重視起基坑基坑穩定性對建築的影響。

在基坑開挖中，影響其安全的因數眾多。內因有土壤類別、土濕化程度、支護施工、開挖速率等，外因有氣候、臨近建築、坡度、坑壁形式、地表水等，其中開挖速率可操作性較大，合理的開挖速率可以保證基坑的穩定性，同時充分發揮人、材、機等作用。所以研究開挖速率對基坑穩定性的意義重大。

研究現狀

國外基坑穩定性研究現狀

（1)起步階段

起步階段，滑坡研究開始於20世紀20年代的瑞典，瑞典人彼得森最早提出了條分法。但之後的20年左右的時間裡世界各國對滑坡的研究也只是零星的和片段的。大多數國家都是由單獨的研究人員進行小規模的滑坡研究，只有瑞典、挪威、前蘇聯是由國立土工研究所進行滑坡研究，並發表過一些著作和論文，其中瑞典人取得的成果最大。原蘇聯曾於1934年和1946年召開過兩次全國性的滑坡會議。瑞典條分法同時考慮了粘聚力和摩擦力，缺點是原理粗淺而且它的基本假定脫離了實際情況是一個膚淺的理論，還有待進一步完善。

（2）初步發展階段

初步發展階段(20世紀50年代)，人們開始考慮岩體的結構面和材料特性，並且隨著理論的研究，出現了極限平衡論和彈塑性理論，這些新角度新方法的出現顯然推動了基坑穩定性研究的進步。接著索柯夫斯基在1954的時候提出了鬆散介質極限平

衡原理，但是這種方法存在著一些缺陷，會發現計算的結果與實際不符，其原因是沒有考慮到岩體的力學狀態和結構面，後來其他人在他的基礎上完善了他的理論並提出一種基坑穩定性的方法，完善了這個時期基坑穩定性分析的發展。

（3）深入發展階段

深入發展階段(20世紀60年代)，這個階段比較清晰明朗，人們對穩定性分析的角度主要是兩個方面。一是考慮岩體中的結構面，以極限平衡理論為基礎，運用圖解法和計算分析法求出安全係數來判斷其穩定性。 1.2.2 國內基坑穩定性研究現狀

由於長時間的封建社會以及戰爭，新中國解放以前在基坑穩定性分析這方面幾乎沒有什麼研究，要遠遠地落後於歐美等國。但中國那些可敬的研究人員們奮發圖強使新中國成立以後基坑穩定性分析取得了很大的進步。總的來說，可分為以下四個階段：

(1)起步階段

起步階段（20世紀50年代），主要以地質災害為著眼點，通過工程地質類比法與極限平衡法等定性的分析方法，初步實現一些基本的基坑穩定性分析和防護設計。

(2)進步階段

進步階段（20世紀60年代）當時使用的主要方法是實體比例投影法，既通過赤平極射投影，來實現對基坑岩體的結構類型的劃分，同時提出了岩體結構與控制的觀點，用該方法對塊體的破壞進行計算更快捷準確，並開展了許多大型的野外岩體力學實驗為進一步基坑穩定性研究打下了基礎。

(3)進一步發展階段

進一步發展階段(20世紀70年代)，這個階段已經開始了研究基坑的變形破壞機理工作。並開始運用彈塑性力學極限平衡理論等方法來分析和評價基坑的穩定性。潘家錚提出了滑坡極限分析的極大值原理和極小值原理兩條基本原理進一步擴充了關於基坑穩定性研究的理論知識。隨著科技的不斷進步，理論知識和硬實力的提高也使得有限單元法、邊界元法、離散元法等更前沿的方法進入評價基坑的穩定性、分析基坑變形破壞的條件的這個領域中。

(4)逐漸成熟階段

逐漸成熟階段（20世紀80年代），人們開始從整體上認識基坑穩定性的發展趨勢以及基坑的變形破壞機理。諸如塊體理論、DDA法、灰色理論、模糊數學、資料庫與專家系統、計算機仿真技術、損傷斷裂力學理論、神經網路模型和遺傳算法等一些新理論、新技術、新方法開始出現並被運用到基坑穩定性研究，這些方法的出現為預測基坑的穩定性開創了更為廣闊的前景。

基坑失穩的形式及影響因素

1、基坑失穩類型

基坑失穩主要有以下幾種類型:

(1)坡頂變形過大，影響周邊的管道和建築;

(2)邊坡產生滑移，主要發生在土釘支護類型;

(3)傾覆，主要發生在樁錨支護體系中。

2、 基坑失穩的影響因素

(1)外界因素:水的影響，當連續降水入滲及管道滲漏時，土體自重增大、土體抗剪強度降低進而引起土壓力增加，同時支護結構強度降低;坡頂超載和動荷載影響。

(2)設計因素。

(3)施工因素。基坑失穩的影響因素很多，一般情況下是各種因素綜合作用所致。本文僅考慮施工因素對基坑穩定性的影響。

基坑失穩原因

（1）違規修改設計

在實際施工過程中，有些工作人員為了施工方便等目的在未經監理人員許可的情況下對工程設計進行擅自修改，最終造成各類事故，例如擅自替換止水樁 ，將造成樁間的嚴重流砂；擅自改動支護樁的嵌固長度，將導致懸臂部分的增長 ，使支護樁發生嚴重傾斜。

（2）相互間溝通不力

在相鄰基坑的施工過程中，經常出現一個開挖，一個打樁的情況。打樁就會產生超靜孔隙水壓力，引起嚴重的擠土作用，使臨近基坑的工程樁和支護樁發生嚴重的唯一。另外，在同一個基坑的施工過程中，也經常會出現施工隊彼此配合度不足的情況，導致支護結構的嚴重變形，嚴重時甚至會導致基坑滑移和破壞。

3）沒有按照規程施工

有的挖土機械在支護樁附近反鏟挖土，導致支護結構所要承受的荷載大幅增加；在基坑的開挖過程中，挖掘機對支撐體系隨意碰撞，容易導致不應有的損害 ；基坑的開挖沒有分層進行，一次到底的現象時有發生。或是分層不夠合理，高差相差過多，使支撐施工無法滿足開挖的要求；基坑底面暴露時間過長，使之出現了一定程度的回彈變形；在安裝支護結構的過程中，沒有遵守先支撐，後開挖的原則。

（4）管理混亂，安全意識淡薄

在施工期間，工作人員將工棚和材料庫設定在基坑的邊緣位置，甚至將建築垃圾也堆放在基坑的邊緣。基坑邊排水溝為臨時排水溝，未做墊層及砌磚，同時排水不及時，導致支護樁腳長期浸泡。在施工期間，沒有對供水管線進行良好的保護，導致水管破裂，沖刷樁間土。

（5）施工單位延誤搶險時機

基坑工程的系統性較強，涉及部門較多，可以說，工程的成敗是與勘察、設計、施工、管理、監理五個方面的相互聯繫和緊密配合分不開的。一支優秀的施工隊伍，除了要能夠準確的領會設計單位的工程設計之外，還應該嚴格按照設計圖紙和有關規範的要求進行施工，同時，還要具備進行信息化施工的能力和方法 ，從而對施工過程中的各項數據進行準確的分析，將基坑事故隱患消滅在萌芽的狀態。但是在實際工作中，很多施工隊伍並不具備這樣的能力，導致事故的搶險時機被延誤，擴大事故危害。

基坑失穩處理措施

當基坑工程發生安全事故後，首先要做的就是查明事故的發生原因，對其發展動態進行評價，在正確制定處理方案之後迅速組織力量進行處理，以免因喪失處理時機而導致嚴重後果。通過對以往工程實例的總結，對於基坑工程中的事故應採取以下對策。

1、整體或局部的滑塌、失穩如果條件允許，應儘可能的降低土中水位並進行坡頂的卸載，加強對未出現滑塌地段的監控和保護力度，避免事故的擴大化。同時，在進行整體穩定驗算的基礎上，對尚未固定的軟粘土、淤泥土和容易失穩的泥土進行加固處理，避免失穩的繼續發生。

2、懸臂支護結構或樁牆變位

對於懸臂結構的變位，可以採用坡頂卸載和樁後人工降水和挖土的方法進行處理，並在坑內樁前設定錨結構或堆築砂石。對於樁牆變位，首先就是要停止坑內的挖土作業，增設錨桿或內撐，並進行坡頂或樁牆後卸載，同時在樁前堆築砂石，避免錨桿拔出。

3、滲漏造成的下陷、傾斜

首先應停止坑內的施工和降水開挖，在第一時間使用堵漏材料對止水牆的滲漏進行處理，並在坑外設定若干新的回灌井進行高水位回灌，對發生滲漏或斷裂的管線進行搶修，或對止水牆進行重新設定。對於那些已經發生傾斜的建築物則需進行加固和糾正，避免傾斜的進一步惡化。於此同時，工作人員還應注意對坑周圍建築物的檢測，如果基坑開挖所在地的水位較高，則應及時進行止水處理。

4、樁入土深度不足導致的樁牆傾斜

首先就是要停止坑內的開挖，對於已經開挖但是尚未出現事故的地段，應在坑底樁前堆築土料或砂石反壓，並對樁頂進行適當卸載。隨後，根據室溫原因對被動區的土體進行加固處理，或者在原有的擋土樁的內側位置補設短樁。

5、樁間距過大導致的開裂和塌陷

對於此類事故應立即停止坑內的挖土，並通過在樁間設定擋土板或補樁的方法進行處理，利用樁後位置土體所形成的拱狀斷面進行水泥砂漿的抹面或懸掛鐵絲網，如果有條件，還可以配合樁頂降水和卸載等措施。

6、相鄰基坑的相互影響所導致的事故

此類事故發生後，應對施工振動的影響進行限制或立即停止施工，對於已經被破壞的支護樁採用相應的處理辦法，協調不同基坑之間的施工，避免相互間的破壞和干擾。

7、降水導致的基坑失穩事故

如果基坑內外的水位差異較大，並且樁牆的設定深度並未達到不透水層，或是嵌固不足，那么在發生持續降雨的時候就非常容易導致基坑失穩。對於此類失穩事故，施工人員首先應該停止基坑內的開挖工作進行降水，必要時可以通過堆料或灌水的方式進行反壓，在流砂和管涌停止後，要立即通過堵漏、補樁、樁後壓漿等措施進行加固處理。

8、因土方挖掘過度導致的失穩事故如果工作人員在施工過程中過度挖掘基坑土方，就容易引起支護結構的破壞。在發生此類事故時，應立即暫停施工，通過樁前堆載或回填土方的方式確保支護結構的穩定性，然後在根據現場的實際情況採取相應措施進行處理。

基坑失穩的突變特點

基坑開挖後形成一定高度的開挖面,開挖面附近開始出現形變調整,水平方向壓應力逐漸轉化為張應力,即出現初始應力釋放,隨著開挖深度的增加,變形場調整的範圍也隨著擴大,土體的變形由壓縮形變向剪下變形轉化,在這種轉化過程中,當形變數超過土體的固有變形極限值時,就會導致土體的破壞。導致土體向臨空面發生剪下位移的條件,一方面取決於土體中積累的應變能量大小,另一方面取決於土體本身的力學性質,當土體本身抗剪強度值較小時,僅僅需要較少的應變能量就會產生向開挖面的滑移,隨著應變能量的增加,位移量也不斷增加;當土體的抗剪強度值較大時,應變能的增加除了達到某一臨界值之外,土體本身並不產生任何位移,因此,能量和抗剪強度是控制變數(ControlVariables),而位移是回響變數(ResponseVariables)。

基坑失穩應急預案

應急預案的方針與原則

堅持“安全第一，預防為主”、“保護現場作業人員安全優先，保護環境優先”的方針，貫徹“常備不懈、統一指揮、高效協調、持續改進”的原則。更好地適應法律和經濟活動的要求；給企業員工的工作和施工場區周圍居民提供更好更安全的環境；保證各種應急資源處於良好的備戰狀態；指導應急行動按計畫有序地進行；防止因應急行動組織不力或現場救援工作的無序和混亂而延誤事故的應急救援；有效地避免或降低人員傷亡和財產損失；幫助實現應急行動的快速、有序、高效；充分體現應急救援的核心。

應急預案工作流程圖

根據工程的實際情況，認真的組織對危險源和環境因素的識別和評價，特制定項目發生緊急情況或事故的應急措施，開展應急知識教育和應急演練，提高現場操作人員應急能力，減少突發事件造成的損害和不良環境影響。其應急準備和回響工作程式見右圖。

突發事件風險分析和預防

為確保工程正常施工，預防突發事件以及某些預想不到的、不可抗拒的事件發生，事前有充足的技術措施準備、搶險物資的儲備，最大程度地減少人員傷亡、財產和經濟損失，必須進行風險分析和預防。

1、突發事件、緊急情況及風險分析

根據工程特點及地質情況，在辯識、分析評價施工中危險因素和風險的基礎上，確定工程重大危險因素是基坑坍塌、倒塌、滲漏，引起附近建築物傾斜、管線移位和沉降。

2、突發事件及風險預防措施

從以上風險情況的分析看，如果不採取相應有效的預防措施，不僅給將來基礎結構施工造成很大影響，而且對施工人員的安全造成威脅。

（1） 深基礎開挖前先採取管井降水，將水位降至開挖最深度以下，防止開挖時出水塌方。

（2）材料準備：開挖前準備足夠優質木樁和腳手板，裝土袋，以備應急，為防止基礎出水，準備2台抽水泵，隨時應急。

（3）進行基坑土方開挖施工方案的審核，報專家認證。

（4）深基礎開挖，另一種措施是準備整體噴漿護坡，開挖時現場設專人負責按挖土

施工方案挖土，由專業隊做噴漿護坡，確保圍護牆體的整體穩固。

（5） 降雨量過大引起基坑坍塌的預防措施：

1)基坑的周邊砌築30cm高的防淹擋牆，作為通常情況下的擋水設施；配備足夠數量的草包，緊急時對基坑周圍施做圍堰，防止地面水大量流入坑內。

2) 配備足夠數量的抽水泵，用於排除坑內積水。

3) 施工現場倉庫配備足夠數量的潛水泵、泥漿泵。

4) 及時獲取天氣信息，預先做好準備工作。

5)在進行現場平面布置時，考慮適當加大明排系統的能力，並加強管理保持其暢通。

3、基坑圍護出現滲漏的預防措施

1)應急情況的預計和分類：

(1) 情況一：圍護樁周圍有明顯的潮濕痕跡；

(2) 情況二：圍護樁周圍有水珠慢滴的現象；

(3) 情況三：圍護樁周圍有水線滲漏現象；

(4) 情況四：圍護樁周圍有高壓小水柱急滲現象。

2)發生情況一、二時，基坑堵漏施工方法：

(1) 在坑壁圍護樁間隙附近確定滲水範圍。

(2) 剔除圍護樁間隙泥土，凹糟深度為10cm左右。

(3) 清洗凹糟，凹糟內先用快乾水泥抹塗5cm左右控制滲水，後再用快乾水泥拌砂1：1抹塗5cm左右封平凹糟。

(4) 在離滲漏點3米範圍在三軸樁(單排時)的外側每隔500mm距離進行雙液注漿，三軸樁(雙排時)在兩排之間進行雙液注漿，以對該範圍的土體加固及切斷滲水路徑。

3)發生情況三時，基坑堵漏施工方法：

(1) 確定滲水範圍(一般為坑壁圍護樁間隙)。

(2) 對滲水處先用麻片布進行堵塞，控制滲水源頭。

(3) 剔除圍護樁間隙泥土，凹糟深度為20cm左右。

(4) 清洗凹糟，凹糟內先用快乾水泥抹塗10cm左右控制滲水，同時置入引流管導水，後再用快乾水泥拌砂1:1抹塗10cm左右封平凹糟。

(5) 使用專用注漿泵，將“TZS聚氨酯”從注漿管中緩緩地注入土體中，待漿液注滿後，隨時扎住注漿管(一般壓力控制在0.2～0.3MPa左右)。

(6) 注漿後24h確認無滲漏時割管作封閉處理。在進行坑內封堵時，同時在滲水點後面的止水帷幕側採取雙液雙管注漿，從根本上消除滲漏路徑。

4)發生情況四時，基坑堵漏方法：

(1) 將漏水部位擴縫鑿成“V”型槽，再用水清洗乾淨。

(2) 在“V”型槽內預埋導流管後，用乾海帶或棉花胎在導流管四周塞緊再用水玻璃配PO32.5級普通矽酸鹽水泥將“V”型槽封閉，待水泥達到一定強度後封閉導流管。如流水量相對比較大時要同時預埋注漿管，採用化學注漿。

(3) 使用專用注漿泵，將“TZS聚氨酯”從注漿管中緩緩地注入土體中，待漿液注滿後，隨時扎住注漿管(一般壓力控制在0.2～ 0.3Mpa左右)。

(4) 注漿後24h確認無滲漏時割管作封閉處理。在進行一般性堵漏時，同時在滲水點後面要採取雙液雙管注漿以防滲水面擴大。

5)當發生情況四，並且漏水較嚴重時的處理：

(1) 立即將漏水部位用P32.5水泥堆包堵漏，採用“222”法雙液注漿法截斷坑外水源頭。

(2) 坑內、外堵漏施工同時進行，坑內堵漏，採用“堵漏王”注入漏水點。

(3) 坑外堵漏：用一台工程地質鑽機在漏水點正後方2m處開機鑽孔，孔徑100mm，成孔深度比出水點高出2m，成孔後在孔內並排振動插入兩根注漿管，間距2cm，在其中一管中首先泵入水泥漿液，觀察水泥漿液是否從漏水點流出，當發現在漏水點有黑褐色水泥漿液溢出時，此時在另一根管中泵入水玻璃溶液，由於水玻璃的凝結固化作用，5min後滲漏點漏出漿液逐漸變稠，20min後滲漏點閉合，為增強封閉效果同時填補可能存在的裂隙，繼續原地注漿30min，然後停止送入水玻璃溶液，而邊往上拔管、邊注入水泥漿液，用以填補鑽孔形成的孔洞。

(4) 雙管雙液注漿應注意的關鍵幾點：

a)應防止止水帷幕與圍護鑽孔灌注樁之間留有間隙，發生止水帷幕局部失效，在此間隙中形成漏水環形通道，從而導致漏水源的擴大。

b)雙管雙液注漿法具有止水迅速、持效時間長、施工簡便的優點，其成功關鍵在於截斷漏水通路。由於很難直接探明漏水路線和位置，因此具體操作時可按“222”的方法執行，即雙管插入間距2cm，插入深度比出(漏)水點淺2m，插入位置在漏水點後2m，且凝結劑必須在確認水泥漿液從出水點溢出後才能投放，注漿時注漿管壓力可控制在1.0～1.5MPa之間 。