复合土钉墙支护的深基坑边坡塌方事故处理及预防措施

复合土钉墙支护的深基坑边坡塌方事故处理及预防措施

徐世斌

中国电建集团湖北工程有限公司,湖北武汉,430040

【摘要】复合土钉墙是指土钉墙与预应力锚杆、截水帷幕、微型桩中的一类或几类结合而成的基坑支护形式。分为预应力锚杆复合土钉墙、截水帷幕复合土钉墙、微型桩复合土钉墙。本文以某在建项目深基坑截水帷幕复合土钉墙发生塌方事故为例，论述深基坑边坡塌方事故处理及预防措施。

【关键词】深基坑；复合土钉墙；塌方；事故预防

1.工程地质、水文地质条件及基坑设计概况

1.1工程地质条件

根据岩土工程勘察报告，与基坑支护、降水相关的地层描述如下：

第①层：粉土夹薄层粘性土

粉土，灰色-褐黄色，湿，中密，摇振反应中等，无光泽反应，干强度低，韧性低；层间夹薄层性粘土，棕褐色，摇振反应无，切面光滑，干强度中等，韧性中等，厚约0.1-0.3m。局部表层0.1-0.4m为杂填土，主要成分由灰渣、砖块及生活垃圾组成，为近期人工回填，密实度较低，均匀性差。及局部拆迁区的老建筑基础。

第②层：粉质粘土

棕褐色，可塑，摇振反应无，切面光滑，干强度中等，韧性中等。

第③层：粉土夹薄层粘性土

粉土，褐黄色，湿，中密-密实，定性为中密，摇振反应中等，无光泽反应，干强度低，韧性低。层间夹薄层粘性土，棕褐色，摇振反应无，切面光滑，干强度中等，韧性中等，厚约0.1-0.3m。

第④层：粉质粘土

棕褐色，可塑-硬度，定性为可塑，摇振反应无，切面光滑，干强度中等，韧性中等。

第⑤层：细砂

褐黄色，密实，主要成分长石、石英及少量云母，分选性较好。

1.2水文地质条件

根据岩土工程勘察报告，场地地下水位在地地表下4.8-5.2m，地下水类型为第四系孔隙潜水，补给来源主要为大气降水入渗补给，以蒸发和倾向径流为主要排泄途径。因此，基坑支护设计时，需考虑降水对基坑支护的影响，同时做好基坑四周的防排水措施。

1.3基坑设计概况

塌方部位的深基坑边坡采用截水帷幕复合土钉墙支护。基坑开挖深度为自然地面下9.7～10.9米，边坡上部坡率1:0.4，中间留1.0m台阶，下部坡率1:0.4，设置6排土钉，竖向间距1.4m,横向间距1.3m。坡面铺设C8@200钢筋网片，分层喷射80mm厚C20细石混凝土。

2.塌方事故发生经过

2021年7月××日0:30左右，基坑巡查发现坡顶上部土体存在宽度约3cm,长度约20米的裂缝，雨水通过裂缝灌入坡顶土体，当即采取挡水措施，用彩条布对裂缝进行遮盖，防止雨水进一步通过裂缝进入土体，导致裂缝进一步扩大，影响边坡稳定性。6:00左右，基坑巡查发现截水帷幕与坡顶土体结合部位有沉降裂缝，缝宽约10cm，同时部分土钉孔发生管涌，有污水夹杂流沙流出；10:30左右，坡顶截水帷幕外侧宽度约2米、长度约10米的土体发生沉降，沉降深度为1.5米，同时边坡坡面有裂缝产生，边坡中部台阶逐渐消失，判断边坡上部存在位移。12:30左右，上部边坡整体发生塌方，长度约45米。

3、原因分析

塌方事故发生后，迅速组织专家查看事故现场，召开专题会分析事故原因，判断事故原因为坡顶上方市政污水管网在强降雨后发生严重渗漏；且坡顶上方土体为拆迁时回填的建筑垃圾，透水性极强。由于土钉施工时，土钉孔穿过截水帷幕，一旦土钉灌浆不密实，土钉孔与土钉钢筋之间在截水帷幕处存在缝隙，污水将穿过截水帷幕土钉孔处的缝隙，以流沙的形式带走部分坡顶内部土体，导致上部土体内部被洗空，发生坍塌。坍塌的土体对截水帷幕及截水帷幕外侧坡面土体形成侧向挤压力，当挤压力超过土钉与土体之间的界面粘结力和摩擦力时，边坡即发生位移，当位移量超过临界值时发生边坡塌方。

由于基坑边坡塌方附近主楼及地库正处于筏板基础施工阶段，基础钢筋及地库外墙钢筋已绑扎完毕，塌方土体砸向基础钢筋及地库外墙钢筋，造成掩埋及成型钢筋变形，后期清理、修复难度大。

4、事故处理及预防措施

4.1事故处理措施

事故发生后，第一时间封锁现场，迅速组织熟悉当地水文地质条件的专家查看现场，分析事故原因，提出书面处理意见。并立即组织力量对渗水的污水管和给水管进行封堵。并对长度45米的垮塌区域软弱、松散的土体进行清理、外运，刷方减重，降低坡顶载荷，用3:7的灰土回填，形成两级1:1坡比的坡面，中间台阶宽度约1.5米；并在坡面铺设C8@200钢筋网片，分层喷射80mm厚C20细石混凝土。对坡顶约45-85米的范围内的裂缝进行注浆一方面起到加固土体的作用，另一方面防止后期雨水通过裂缝进入土体；在坡脚插9米长拉森钢板桩，防止坡体进一步位移。采取上述措施后，事故未进一步扩大且未发生二次事故。

4.2事故预防措施

施工前，周到细致做好基坑周边环境调查。支护工程开工前，督促并配合甲方做好周边管线和地质调查，对于存在明显渗漏的管道、沟渠，在开工前或者雨季来临前，提前做好封堵措施。对于坡顶松散、软弱、渗透性较强的土层，提前做好换填、夯实、硬化，确保坡顶土体稳定。

施工中，严格控制土钉施工质量，做好截、排水措施。本次事故中，污水穿过截水帷幕土钉孔，以流沙的形式带走部分截水帷幕外侧土体是本次塌方的主要原因。现场调查发现，大多数土钉孔发生“中空”现象，即土钉只有裸钢筋，未被灌浆料密实包裹，造成这种现象的主要原因是土钉孔成型后未及时注浆造成塌孔，后期注浆难以灌注密实，土钉与土体之间的界面粘结力和摩擦力几乎不存在，无法起到固定边坡土体的作用，且破坏截水帷幕的截水性能，外侧给水穿过土钉孔形成水流通道，造成管涌。因此，严控土钉施工质量，对控制塌方事故发生具有重要意义。

              图一 土钉施工图                                  图二 土钉施工图

具体实施时，复合土钉墙施工必须严格落实“超前支护，分层分段，逐层施作，限时封闭，严禁超挖”的要求。土方开挖后应在24h内完成土钉及喷射混凝土施工。对自稳能力差的土体宜采用二次喷射，初喷应随挖随喷。成孔机具的选择要适应施工现场的岩土特点和环境条件，保证钻进和成孔过程中不引起坍塌；在易塌孔土层中，宜采用套管跟进成孔。钻孔后应进行清孔，清孔后应及时置入土钉并进行注浆和孔口封闭。注浆宜采用压力注浆。压力注浆时应设置止浆塞，注满后保持压力1min～2min。

同时，做好截、排水措施，在基坑顶部，采取临时措施拦截地表水，以防下渗或直接流入基坑内；对地表裂缝，及时采用水泥砂浆封堵，以防地表水下渗；定期巡查基坑顶部所有污水、给水管线，看是否断裂、有水渗入基坑边坡，如果污水、雨水管线有断裂渗水情况，应将污水、雨水管线的水源切断或将污水、雨水管线改线；基坑底部做好坑底排水措施，保持干爽，防止基坑底部土体泡水软化；发现地下水位观测点水位出现急剧变化，应及时查找有无给水、污水管道破损，有无坑壁大量渗水等原因，并及时对源头进行封堵。

使用中，严格控制基坑周边附加载荷。基坑施工期间，坡顶2m范围内严禁堆载。支护结构正常使用期间，按照设计图纸的要求，严格控制基坑周边附加载荷，施工临建区、材料堆放区、材料加工区、施工临时道路路面铺装层及车辆通行载荷不允许超过设计载荷。基坑周边堆载超过设计值时，应及时通知设计单位进行复核验算，确保基坑安全。当坡顶出现明显裂缝，且有进一步扩大导致边坡塌方的趋势时，及时刷方减重，降低坡顶荷载，防止塌方对既有建筑造成损害。

5.结语

为预防截水帷幕复合土钉墙边坡塌方事故的发生，施工前，周到细致做好基坑周边环境调查；施工中，严格控制土钉施工质量，做到“超前支护，分层分段，逐层施作，限时封闭，严禁超挖”，同时，做好坡顶截水及坑底排水措施；使用中，严格控制基坑周边附加载荷。

事故发生后，除充分调动各方力量，积极组织抢险、减小事故损失外，还需及时、充分的与参与事故调查（分析）的有关专家进行沟通，形成有关书证材料，为后期的工程签证（索赔）创造有利条件。

处理完成后，及时签证、挽回损失。事故处理前，在专家初步处理意见的基础上，依托设计单位，进一步形成详细的、可计量的处理方案，包括图纸、工程量，报送监理、甲方审批后执行。处理过程中，注意拍摄、保存各工序影像资料。事故处理完成后，严格按照合同规定的时间要求报送有关签证，及时挽回损失。

参考文献：

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[2]李腾飞，张兵兵，复合土钉墙支护在复杂地形深基坑的应用研究[J]，中国市政工程. 2014,(05).

[3]赵辉，高伟，复合土钉墙基坑支护常见事故及其原因分析[J]，建筑技术开发. 2014,41(11).

[4] 胡敏云,欧阳维杰,陈乾浩,肖斌,徐晓兵, 复合土钉墙工作特性的细观数值模拟研究[J], 浙江工业大学学报,2021,49(04) .

[5]于力，某深基坑复合土钉墙支护结构变形的数值模拟分析[J]，粉煤灰综合利用,2021,35(03).

作者简介：徐世斌，高级工程师，长期从事电力工程、房屋建筑及市政公用工程总承包项目管理。