深圳市某道路地面坍塌事故分析.pdf

第 51 卷 2023 年 第 2 期广州建筑 GUANGZHOU ARCHITECTUREVol.51 No.2，2023深圳市某道路地面坍塌事故分析深圳市某道路地面坍塌事故分析潘启钊，刘锡儒，杨晨，赵家福（深圳市工勘岩土集团有限公司，深圳 518026）摘摘要要：近年来，地面塌陷多发，对社会造成很大损失。为研究地面塌陷原因，本文基于 2021 年 10 月 9 日深圳某道路邻近在建基坑侧发生地面塌陷这一事故，通过事故现场照片、监测数据、勘察报告以及施工图纸等相关资料，研究地面塌陷的形成机制。研究结果表明，花岗岩残积土软化崩解的特性，以及事发前的暴雨，是形成地面塌陷的客观原因。基坑锚索施工质量、截水帷幕失效、基坑肥槽长时间未回填、管沟未按要求回填，是形成地面塌陷的主观原因。关键词关键词：地面塌陷；事故分析；花岗岩残积土；锚索中图分类号中图分类号：TU42文献标识码文献标识码：A文章编号文章编号：1671-2439(2023)02-100-05作者简介作者简介：潘启钊（1984），男，硕士研究生，高级工程师，主要从事岩土工程研究工作，E-mail：。AnalysisofGroundCollapseAccidentofaRoadinShenzhenCityPAN Qi-zhao，LIU Xi-ru，YANG Chen，ZHAO Jia-fu(Shenzhen Gongkan Geotechnical Engineering Co.,Ltd.,Shenzhen 518026)Abstract：Inrecentyears,frequentgroundsubsidencehascausedgreatlossestothesociety.Inordertostudythecauseofgroundcollapse,thispaperstudies the formation mechanism of ground collapse based on the ground collapse accident that occurred on October 9,2021 on the side of a roadadjacent to the foundation pit under construction in Shenzhen through site photos,monitoring data,investigation report,construction drawings andotherrelevantdata.Theresultsshowthatthesofteninganddisintegrationcharacteristicsof theresidual soilandtheheavyrainbeforetheaccidentaretheobjectivereasonsforthegroundcollapse.Thesubjectivereasonsforgroundcollapsearethequalityoffoundationpitanchorcableconstruction,thefailure of water cutting curtain,the failure of foundation pit manure groove to be backfilled for a long time and the failure of pipe trench to bebackfilledasrequired.Keywords:groundcollapse;accidentanalysis;graniteresidualsoil;anchorcable0 引言引言近年来，全国各地城市经常发生道路地面塌陷，造成大量的人员伤亡及财产损失。导致地面塌陷的原因有很多，分析其原因，给出处理建议及防范措施具有重要的社会意义1-5。本文以发生在深圳的一起地面塌陷为例，深入分析地面塌陷的原因，给其它工程建设项目作参考。1 地面塌陷概况地面塌陷概况2021 年 10 月 9 日晚，在某道路（东西走向）北侧人行道临近某科技大厦基坑侧出现地面坍塌。坍塌发生时，洞口直径约 1.2m，至晚上 21 时 30 分左右，坍塌洞口扩大至 3m 宽、12m 长、6m 深，坍塌面积约 36m2。初步估算，坍塌形成了约 216m3的空洞。道路已完工未验收，从塌陷位置可见道路面层、路基土、新铺设的管沟及各种管线，以及北侧某科技大厦的基坑支护桩、锚索。锚索自由段套管已破坏，锚索已失效。某科技大厦地下室已完成，主体已建至 4 层，基坑内侧肥槽暂未回填，可见基坑侧壁及锚索湿润，有泥浆渗出。坑底已有泥浆水，局部有沉淀的泥浆。详见图 1-2。（a）坍塌现场坍塌现场镜向西镜向西照片照片基金项目基金项目：深圳市科技创新委研发资金资助深圳市科技创新委研发资金资助（项目编号及名称项目编号及名称：重重 20180213 断裂带的岩土特性及建筑桩基施工关键技术研发断裂带的岩土特性及建筑桩基施工关键技术研发）-100-100-潘启钊等：深圳市某道路地面坍塌事故分析（b）坍塌现场坍塌现场镜向东镜向东照片照片图图 1 坍塌现场照片坍塌现场照片（a）坍塌现场坍塌现场道路局部道路局部照片照片（b）坍塌现场基坑坍塌现场基坑肥槽肥槽局部局部照片照片图图 2 坍塌现场坍塌现场局部局部照片照片2 事故调查分析事故调查分析2.1 工程地质条件工程地质条件根据塌陷道路的地质勘察报告，道路施工前塌陷处原始地层结构自上而下为：1杂填土，1坡积粘土，残积砂质黏性土以及1全风化花岗岩（图 3）。1杂填土：杂色，松散，由水泥砼块、砖块及碎石块填成，局部为粘性土及砂，主要粒径约为0.03-0.20m，成分不均匀，硬杂质含量大于 25%，为近期人工堆填而成。1粘土：黄色，可塑，由山体坡积或冲刷堆积而成，局部见夹砂，粘性一般。砂质黏性土：褐黄色，可塑-硬可塑，由花岗岩风化残积而成，粘性中等，干强度中等。1全风化花岗岩：褐黄色，全风化状态，组织结构基本破坏，裂隙极为发育。图图 3 塌陷处地层剖面示意塌陷处地层剖面示意2.2 设计概况设计概况（1）基坑设计概况根据某科技大厦基坑支护施工图，该场地拟建地下室三层。基坑开挖底标高为+4.10m，基坑开挖时地面标高 20.00m，基坑开挖深度 15.90m。基坑支护型式采用1.2m 灌注桩排桩+锚索，桩间采用0.6m 二重管旋喷桩截水帷幕。预应力锚索采用专业锚杆钻机，预应力锚索钻孔倾角 25，成孔直径不小于 130mm，水平间距 1.6，第一排锚索距离基坑顶 2.5。坍塌处基坑支护平面设计及剖面图详见图 4。图图 4 坍塌处基坑支护剖面设计图坍塌处基坑支护剖面设计图（2）道路设计概况根据该道路设计图纸，路面塌陷处里程在K0+330 附近，道路标准宽度 36m，双向 4 车道+2非机动车道+2 人行道。配套铺设管线包括缆线管廊、电力电缆沟、通信管线、电力管线、燃气、给-101-101-广州建筑GUANGZHOU ARCHITECTURE2023 年 第 2 期水主管、污水主管、雨水连接管等管线，管沟（管线）底埋深范围为 0.855.02m，管线在南北侧非机动车道、人行道下均有铺设（塌陷处管线及基坑支护位置关系图见图 5）。图图 5 塌陷处管线塌陷处管线及基坑支护位置关系及基坑支护位置关系图图2.3 施工概况施工概况（1）基坑支护施工概况基坑支护桩施工时间为 2020 年 4 月 2 日 到2020 年 5 月 9 日，锚索施工时间：2020 年 5 月 19日到 2021 年 1 月 10 日。本项目基坑支护型式采用1.2m 灌注桩排桩+锚索，桩间采用0.6m 二重管旋喷桩截水帷幕。其中：1.2m 灌注排桩采用旋挖钻泥浆护壁施工工艺，采用跳钻施工，在相邻桩身砼强度达到设计强度的70%后，再进行相邻后一批桩成孔施工，支护桩嵌入坑底以下 7.0m 或遇中、微风化岩则入中、微风华岩 1m 即终孔。截水帷幕采用二重管旋喷施工工艺，施工参数暂按设计提供数值进行试喷，并结合试喷的结果进行了相应的调整，旋喷桩嵌入坑底以下 3.0m。预应力锚索采用专业锚杆钻机，预应力锚索钻孔倾角 25，成孔直径不小于 130mm，水平间距为1.6，第一排锚索距离基坑顶 2.5。锚杆钻机成孔时在易塌孔土层或易受钻孔扰动导致水土流失土层采用套管跟进的成孔施工工艺，第一次注浆完成后拔出套管。第二次为高压注浆，在自由段末端设置止浆塞，确保自由段的自由以及锚固段的二次注浆效果，注浆压力不宜小于 2.0MPa。（2）道路及管线（管沟）施工概况道路场平时间为 2021 年 9 月 13 日。通信管沟开挖时间为 2021 年 9 月 17 日，回填时间为 2021年 9 月 18 日。坍塌处管线主要包括电力、电信、燃气、雨污水管等，采用直埋敷设方式。管线施工时，根据设计要求开挖到相应标高，对槽底进行相应的地基处理后，燃气及雨污水管直埋敷设、电力电信等管线套管敷设后按设计要求分层回填碾压。道路施工时，根据道路的纵向、横向坡度要求，分别对道路的垫层、基层及面层按设计要求分层敷设碾压至相应标高。2.4 气象情况气象情况根据深圳市气象局官方网站，深圳气象监测自动站查询的历史数据，发生地面坍塌前 10 天深圳粤海街道及西丽街道监测站的降雨量见下表 1。其中发生地面坍塌前三天，西丽街道日雨量为：10 月 7日的降雨量为 4.5mm，10 月 8 日的降雨量为134.3mm，10 月 9 日的降雨量为 73.7mm。表表 1 地面塌陷附近气象监测站降雨数据地面塌陷附近气象监测站降雨数据日期日期粤海街道监测站粤海街道监测站西丽街道监测站西丽街道监测站备注备注日雨量日雨量/mm滑动降雨滑动降雨量量/mm日雨量日雨量/mm滑动降雨滑动降雨量量/mm9.30000010.012.1010.1010.02000010.03000.3010.04000010.05000010.06000010.070.604.5010.08111.98.4134.316.110.0952.711.973.76.6坍塌2.5 监测监测情况情况根据基坑 2021 年 10 月 10 日第三方监测简报（前一次为 2021 年 10 月 2 日），监测数据结果显示，南侧桩顶水平位移：单次变化最大点为 CW3，变化量为 3.47mm，累计变化量-17.10mm；累计变化量最大点为 CW4，累计量为 18.88mm。南侧深层-102-102-潘启钊等：深圳市某道路地面坍塌事故分析水平位移监测点 CX1，单次最大变化 1.84mm，深度 0.5m；累计最大变化量 22.77mm，深度 2.5m。以上监测数据均在设计允许范围之内，其余已有监测项均监测数据正常，未超预警值。道路沉降监测点 S4S7、水位监测点 SW1SW3、深层土体位移CX5 因南侧道路施工被破坏，未测得数据。但是道路沉降监测点 S5、S6、S7 在被破坏前测得较大累计沉降值，分别为-63.64mm、-99.43mm、-174.41mm。水位监测点 SW2、SW3 在被破坏前测得较大累计水位下降值，分别为-1.26m、-1.50m。监测点与坍塌点相对位置详见图 6。图图 6 监测点与坍塌点相对位置平面图监测点与坍塌点相对位置平面图3 原因分析原因分析空洞形成的因素有很多，根据现场调查及资料收集，结合相关工程经验综合分析，空洞形成的原因有以下几点：（1）地质条件根据勘察及基坑支护设计资料，该基坑侧壁土层主要为砂质黏性土、全风化强风化混合花岗岩。道路范围内不存在老旧地下管线。残积土和全风化混合花岗岩主要成份为砂质黏性土，颗粒成分具有“两头大，中间小”的特点，遇水易软化崩解。当有明水流动时，容易产生水土流失，形成空洞6-8。（2）基坑支护结构施工根据施工资料，基坑支护结构施工在前（2020年 4 月 2 日2021 年 1 月 10 日），道路及管线铺设在后（2021 年 9 月 13 日021 年 9 月 18 日）。基坑支护型式为排桩+锚索，锚索采用泥浆循环成孔工艺，砂质黏性土在成孔过程中容易软化崩解，被泥浆冲刷带出，造成水土流失或塌孔，形成小空洞。从塌陷位置可见锚索自由段未见注浆体，表明注浆体凝固前已流失。道路沉降监测点 S5、S6、S7 在被破坏前测得较大累计沉降值，水位监测点 SW2、SW3 在被破坏前测得较大累计水位下降值。说明在基坑支护结构施工后、道路施工前，道路下方已有较大的水土流失。（3）现场调查发现，基坑支护结构与地下室外墙结构间（肥槽）长时间未回填，基坑侧壁及锚索锁头有泥浆渗出，肥槽底有流塑状沉淀物，表明基坑截水帷幕及锚索锁头截水功能已失效，基坑内外形成水流通道，地下水从基坑外侧向基坑内侧流动，进一步使空洞扩大并向上发展9-11。（4）管沟回填根据道路及管沟设计资料，管沟回填需按设计要求采用级配砂砾进行分层碾压。现场地面塌陷处未见回填的级配砂砾，主要为砂质黏性土。砂质黏性土在地下水渗流的情况下，容易软化崩解流失，下部空洞快速向上部管沟发展12-13。（5）降雨参考气象历史数据，深圳每年 49 月为雨季，年降雨量 1933.3mm（平均 5.3mm/天），年降雨量最多纪录 2662mm（1957 年），年降雨量最少纪录913mm（1963 年）。地面塌陷前两天（10 月 8 日9日）西丽街道日降雨量分别为134.3mm、73.7mm，累计达到 208.0mm。地面塌陷前两天日降雨量为暴雨（50100mm）大暴雨级别（100250mm）。降雨量突增，雨水下渗后地下水水量急剧增加，基坑外侧土体与肥槽之间水压力差也随之增大，加速了水土流失，最终导致空洞坍塌14-15。4 结论与建议结论与建议4.1 结论结论（1）基坑监测数据表明，支护结构变形较小，基坑处于安全状态。（2）道路下方及基坑侧壁主要为砂质黏性土，遇水易软化崩解，为空洞的形成提供了地质条件。（3）锚索施工过程中，砂质黏性土软化崩解，-103-103-广州建筑GUANGZHOU ARCHITECTURE2023 年 第 2 期出现水土流失、塌孔。截水帷幕及锚索锁头质量有缺陷，锚索注浆体流失在锚索周边形成小空洞。（4）基坑肥槽长时间未回填，截水帷幕及锚索锁头截水功能逐渐失效，地下水从基坑侧壁及锚索锁头渗出，基坑内外形成水流通道，进一步使空洞扩大并向上发展。（5）管沟未按要求回填级配砂砾并分层碾压，造成管沟周边土质疏松。在地下水渗流作用下，水土流失，进一步使空洞扩大并向上发展至管沟。（6）地面塌陷前两天日降雨量突增，加速了水土流失，最终导致空洞坍塌。4.2 建议建议（1）建议将塌陷处用黏土、石粉渣（可掺入5%7%水泥）回填至管线底标高，然后在此标高开始注浆处理其下松散土层。（2）应及时对基坑肥槽按相关要求进行回填，回填时应分层夯实。（3）对基坑处周围道路进行地下空洞检测，进一步查明潜在隐患点。加强气象预警，加强基坑周边道路沉降及地下水位观测。参考文献参考文献1 张运标.深圳地区常见的工程地质问题和工程实例J.广州建筑,2009,37(05):50-56.2 时振兴,陈龙文.深基坑开挖至花岗岩残积土基底时围护结 构 变 形 过 大的 原 因 分 析 及 应 对 措 施J.广州建筑,2016,44(4):23-26.3 尚彦军,庞文利,王开洋,等.太古代片麻状花岗岩浅埋隧道变形J.工程地质学报,2018,26(6):1574-1584.4 苏华,郝勇.被动区花岗岩残积土弱化对深基坑的影响J.长江科学院院报,2019,36(11):120-124.5 尹松,白林杰,李新明,等.压实花岗岩残积土的崩解特性试验研究J.长江科学院院报,2021,38(9):121-127.6 GB 50086-2015,岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范S.7 贾 小 斌.深 圳 市 地 面 坍 塌 灾 害 成 因 分 析 J.灾 害学.2016(03).8 刘江龙,刘会平,吴湘滨.广州市地面塌陷的形成原因与时空分布J.灾害学.2007(04).9 施秋华,魏会龙,谭飞,等.深圳城市地面塌陷灾害特征及其成因分析J.地质科技通报,2022,41(02):123-129.2022.10 陈龙龙,陈从新,夏柏如,等.程潮铁矿东区地面塌陷机制及扩展机制初探J.岩土力学.2017(08).11 王艳华,谢汝强,任岚,等.城市地面塌陷中渗流致灾机理及其控制分析J.合肥学院学报(自然科学版).2015(01).12 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