杭州地铁湘湖站“11·15”基坑坍塌事故引发的思考深基坑施工技术与管理

结论:
（1）北2基坑段采取原状土样及相应主要力学试 验指标较少，不能完全反映北2基坑软土层的特性。 （2）勘察单位未考虑薄壁取土器对基坑设计参 数的影响，以及未根据当地软土特点综合判断选用 推荐。勘察报告推荐的直剪固结快剪指标c、Φ值采 用平均值不符合规范要求。
（3）推荐的④2层、⑥1层和⑧2层土的三轴CU、 UU试验指标、无侧限抗压强度与验证值、类似工程 经验值差异显著，且各层土的子样数不符合规范要 求，不能反映土性的真实情况。
Q=30kPa
这种情况同时考虑施工超挖 及超载增加可能带来的不利 影响
按设计工况进行正常施工：
地下墙最大正弯矩均小于截面抗弯承载力设计值。
第三道支撑施工完直接挖土至坑底时：
计算结果进行分析：第三道支撑施工完成后，如果没有 设置第四道支撑而直接挖土至坑底时，作用在围护体上的最 大弯矩增加约37~51%，最大剪力增加约38~40%；作用在 地下墙上的弯矩均将超过其承载能力，安全隐患非常大。
３、审查了地下连续墙施工资料，并对地下连 续墙厚度和混凝土强度、钢筋强度和间距、 保护层厚度等进行了检测。
结论：
（1）地下连续墙混凝土强度，未发现异常。 （2）地下连续墙主筋规格、数量和强度，未发现异 常。 （3）地下连续墙墙体厚度及深度 ，未发现异常。
４、审查了钢支撑设计、施工及材料供应商等 提供的有关资料，并对支撑钢管活络头轴心 受压性能及钢管材质、北2基坑端头井未破坏 部分的支撑钢管的位置及侧向弯曲等进行了 检测。
本工程坑底以下均为大厚度的淤泥质土，如挖土机械直 接在坑底附近作业，基底以下一定深度范围的土体将受到扰 动，强度有所折减。考虑一定范围的被动区土体强度折减后 进行围护体内力变形分析，则围护体内力、支撑轴力等的变 化将更为显著。
地面超载由20kPa增加到30kPa，对正常施工工况及超 挖工况，第三道支撑的轴力、挖土至坑底时地下连续墙的最 大弯矩及剪力均增加约4%~5%。
基坑被动区加固平面图
1号出入口
地质情况从上到下依次为①2层素填土，②2层粘质粉土， ④2层淤泥质粘土，⑥1层淤泥质粉质粘土，⑧2层粉质粘土 夹粉砂。地下潜水位为0.5m，无承压水。 深度5m～21m为第④2层淤泥质粘土，呈灰色、饱和、 流塑，含少量有机质，天然含水量40%～67%，孔隙比 1.10～1.85，具有高压缩性、低强度和低渗透性特点。深度 21m～33m为第⑥1层淤泥质粉质粘土，呈灰色、饱和、流 塑～软塑，含少量有机质，夹薄层状粉土，天然含水量 34%～52%，孔隙比0.95～1.50，具高压缩性。 基坑底坐落在④2层淤泥质粘土上,地连墙的墙脚大部分 位于⑥1层淤泥质粉质粘土中。
设计要求钢管支撑在系梁搁置处，需采用槽钢有效固定， 实际情况部分采用钢筋（有的已脱开）固定、部分没任何固 定措施，这使得钢管计算长度大大增加，钢管弯曲现象不同 程度存在，降低了钢管支撑的承载力。
本工程采用焊接钢管，中 间有支点时的钢管承载力为 5479kN，而无支点时的钢 管承载力仅为3541kN，承 载力减小了约35%。
杭州地铁湘湖站“11·15”基坑坍塌事故 引发的思考
—浅析深基坑工程施工技术与管理
李宏伟
第一部分
杭州地铁湘湖站“11·15”基坑坍塌事故原因浅析
一
工程概况
杭州地铁湘湖站杭州地铁为1号线的起始站， 位于杭州市萧山区风情大道与湘西路交叉口东北侧， 沿风情大道呈南北走向。车站总长约934.5m，标准 段总宽20.5m，为12m宽岛式站台车站。湘湖站基 坑工程共有8个基坑，从北到南序号分别为北1、北 2、北3、北4、南4、南3、南2、南1。
按设计工况计算得到的地下墙抗倾覆安全系数在 1.12~1.48之间，基本满足浙江省标准《建筑基坑工程技术 规程》的规定（不小于1.15）；第三道支撑施工完成后，直 接挖土至坑底，地下墙抗倾覆安全系数在1.06~1.39之间， 部分参数的计算结果与规范要求相差较大。
坑底抽条加固：
采取坑底抽条加固措施后，地下墙的最大弯矩降低20% 左右，第三道支撑轴力降低14%左右，地下墙的最大剪力降 低13%左右，由于在坑底形成了一道暗撑，抗倾覆安全系数 大大提高。综上分析，坑底土体抽条加固措施可显著提高基 坑的安全性能。 基坑端头井的开挖深度达17.4m，淤泥质土层更为深厚， 采取了被动区土体抽条加固措施，基础底板已经施工结束。 这说明坑底土体抽条加固措施对本基坑而言非常重要，不仅 可以改善围护体及支撑系统的受力性状，同时给坑底土方开 挖创造了良好的条件。
（2）节点受力性能没有试验资料，也没有质量检 验、验收的标准和依据，存在很大的盲目性；根据 破坏形态、检测结果及钢管承载力验算，节点构造 不满足刚度和强度要求。 （3）钢支撑安装严重不符合设计及规范要求，降 低了支撑体系的整体稳定性。
3.7
湘 西 路
1.5
湘湖小学外围墙
19.2
线
北
26.9
围挡线
10.9
5.8
K0 + 346.884
乐 园 22 路
北2基坑
10 17.6
K0 + 454.684
混1店面房
33.4
35.9
建设河
接大圩河
混2 混3
基坑围护设计采用“地下连续墙加钢管内支撑” 方案。地下连续墙厚800mm，深度分别为31.5m、 33.0m、34.5m，标准段竖向设置4道Φ609钢管支 撑，支撑水平间距2.0-3.5m，支撑中部设置中间钢 构立柱。 原设计采取被动区水泥搅拌桩抽条加固，后图审 时取消改为自流深井降水土体加固；原设计采取墙 底注浆，后图审时取消。
２、审查了基坑围护结构设计文件及相关资料， 对基坑围护结构进行了验算，同时对有关工 况进行了计算分析。
对各种施工工况和参数进行计算，统计结果表明：
如果根据设计的施工工况挖土，第三道钢管支撑的最大 轴力和第四道钢管支撑的最大轴力均小于钢管支撑轴心受压 承载力设计值； 如果在未设置第四道支撑的情况下直接挖土至坑底，第 三道钢管支撑的最大轴力均超过钢管支撑轴心受压承载力设 计值。如果进一步考虑活络头偏心和节点薄弱等因素，实际 作用于第三道支撑的轴力与钢管的承载能力之间的差距将更 大。
情况一
按设计工况挖土至坑底
Q=20kPa
对应原设计的施工工况及地 面超载要求
情况二
按设计工况挖土至坑底
Q=30kPa
对应原设计的施工工况，地 面超载适当增加以分析地面 超载对计算结果的影响
情况三
第三道支撑施加完成后，直接挖土至坑底
Q=20kPa
这种情况主要考虑施工超挖 可能带来完成后，直接挖土至坑底
15点15分左右，北2基坑部分支撑首先破坏， 西侧中部地下连续墙横向断裂并倒塌位移，东侧地 下连续墙也产生严重位移。由于大量淤泥涌入坑内， 风情大道随后出现塌陷。地面塌陷导致地下污水等 管道破裂、河水倒灌造成基坑和地面塌陷处进水。 道路下的排污、供水、供电设施受到破坏，共造成 21人死亡。
三 事故原因浅析
基坑整体破坏前基坑两侧地下连续墙向坑内产生严重位 移，已产生过大变形，可能致使上层支撑轴力减小，下部支 撑轴力相应大大增加，部分支撑因轴力超过其承载能力而发 生破坏，进而导致支撑体系整体破坏 。
地下连续墙：
围护体的内力、变形及稳定分析 根据本工程地质分析结果，对四种情况进行了计算分析。
地面超载 挖土状况 备注
在支撑设计部分，设计 单位没有提供支撑钢管与地 下连续墙的连接节点详图及 钢管连接节点大样，也没有 提出相应的技术要求。
施工单位对钢支撑的节点构造及加工质量标准未提出具 体要求，仅同材料租赁商签订了“建筑用料租赁合同”，在 其质量标准条款中明确：“在租赁物交付和归还时按出租方 产品检验标准验收，在验收中一方如有异议，应当场向对方 提出，否则视为合格。”
对北2基坑的地理位置、地形、地貌，基坑坍 塌范围及态地下连续墙及钢支撑的倒塌破坏形态、 基坑周边环境等进行了多次现场踏勘；对相关单位 的人员多次进行了了解和询问。重点从以下九大方 面进行分析：
１ 、审查了岩土工程勘察报告，在基坑西侧坍 塌段的后缘外大于5.0m处非扰动区钻探取样， 并委托二家单位进行土工试验。根据试验结 果，与原勘察报告进行了对比分析。
结论：
（1）土方超挖状况下，支撑轴力、地下连续墙的弯矩及剪 力等大幅度增加，超过围护设计条件。与设计工况相比，如 第三道支撑施加完成后，在没有设置第四道支撑的情况下， 直接挖土至坑底，第三道支撑的轴力增长约43~47%，作用 在围护体上的最大弯矩增加约37~51%，最大剪力增加约 38~40%；由于超挖，第三道支撑的轴力及地下连续墙的弯 矩均超过其设计承载能力。如果整个基坑施工过程中均存在 土方超挖、支撑施加不及时的情况，则各个工况累计的支撑 轴力、围护体内力变形将更大。
支撑钢管租赁商没有产品检验标准；有关的节点加工草 图系2004年参考其他单位类似工程加工图绘制而成，但不符 合施工图的基本要求，也未经施工和设计单位复核确认。槽 钢、连接钢板等材料质保单因时间较长没有保存，无法提供； 钢楔由租赁商提供（无质保单）；法兰连接螺栓由施工单位 自备（无质保单）。
施工单位的施工日志及监理单位的监理日志对土方开挖 及钢支撑安装记录很笼统，无法准确反映每层土方的开挖时 间及随后的支撑安装进度。
设计要求系梁垂直方向每 隔三跨设一道剪刀撑，边跨 应设置，实际情况未设，降 低了支撑体系的总体稳定性。
检测报告表明：未坍塌处钢支撑安装位置相对于设计位 置偏差较大，相邻钢管间距与设计间距偏差较大。安装偏差 导致支撑钢管受力不均匀和产生了附加弯矩。
部分钢楔没塞满活络头 少间隙，影响接头承载力。
专项施工方案要求“钢 支撑安放过程中相邻两钢支 撑的活动端和固定端应相应 错开”，实际情况是活络头 在同一端连续布置，增加了 活络头同时破坏的概率。
二 事故概况
基坑土方开挖共分为6个施工段 ，总体由北向 南组织施工 。至事故发生前，第一施工段完成底 板混凝土施工，第二施工段完成底板垫层混凝土 施工，第三施工段完成土方开挖及全部钢支撑施 工，第四施工段完成土方开挖及三道钢支撑施工、 开始安装第四道钢支撑，第五、六施工段已完成 三道钢支撑施工、正开挖至基底的第五层土方。
发生事故的地段为湘湖站的北2基坑，长 107.8m，宽21.05m，开挖深度15.7 ~16.3m。基坑 西侧紧临风情大道，交通繁忙，重载车辆多，道路 下有较多市政管线(包括上下水、污水、雨水、煤气、 电力、电信等)穿过，东侧有一河道（建设河），北 2基坑平面图如图1所示。
北2基坑平面图
改移后风情大道
设计对钢支撑材料性能、安装和连接要求：
施工图总中说明：“预埋钢板、钢支撑：材料为Q235-B， 钢管支撑采用Φ609mm，壁厚12mm和16mm（第一道 12mm，其余16mm）；焊接：电弧焊接Q235-B钢采用E43 焊条；开挖基坑至各支撑下500mm安装钢支撑。”
钢支撑与工字钢系梁连接节点构造：
设计给出了各道支撑每延米支撑轴力值及钢支撑施加预应力的要求
支撑编号 第一道支撑 第二道支撑 第三道支撑 第四道支撑 第一道换撑 第二道换撑
支撑轴力（kN/m） 127.7 879 989.1 981.5 736.6 519.9
支撑预加轴力 30% 50% 50% 60% 100kN/m 100kN/m
（2）坑底抽条加固措施可提高基坑的抗倾覆安全系数， 降低内支撑的轴力和地下连续墙的弯矩，同时方便挖土施工。 该措施的取消降低了围护体系的安全储备。 （3）地面超载的取值对支撑轴力、地下连续墙的弯矩 及剪力等的大小均有一定影响。如地面超载取30kPa，与原 设计方案相比，挖土至坑底时第三道支撑的轴力、地下连续 墙的最大弯矩及剪力均增加约4%~5%。
设计没有对钢管支撑 与地连墙预埋件提出焊接要 求，实际情况也没有焊接， 直接搁置在钢牛腿上，没有 效连接易使支撑钢管在偶发 冲击荷载或地下连续墙异常 变形情况下丧失支撑功能。
结论：
（1）设计单位没有提供支撑钢管与地下连续墙 的连接节点详图及钢管连接节点大样，也没有提出 相应的技术要求；施工单位对钢支撑的节点构造及 加工质量标准未提出具体要求；钢管支撑租赁单位 的加工图不符合施工图的基本要求，也未经施工和 设计单位复核确认。支撑钢管及节点构造的设计、 加工制造及租赁管理环节存在缺陷。