岩土工程的事故分析(李广信)

岩土工程的事故分析清华大学岩土工程研究所李广信目录•前言•基坑事故•水利工程事故•滑坡灾害与事故•结语1.前言•“天意从来高难问”－岩土材料的复杂性、影响因素多样性造成对客观世界的不可确知性和一定程度的盲目性，岩土工程具有更多的不确定性；•“天行有常，不为尧存，不为桀亡。应之以治则吉，应之以乱则凶。”（荀子•天论）；•事故的发生归根结蒂是违反了客观规律，岩土工程的事故是违反了岩土和岩土力学基本的原理。•古代帝尧“用鲧治水，九年而水不息。功用不成。”据说是由于采用了以“堵”为主的战略，结果“治水无状”而被“殛于羽山而死”•大禹吸取了经验教训，采用“导”的战略，结果“开九州，通九道，陂九泽，度九山。”完成了治水任务，功成于天下。•人们都是在失败中总结经验，增长才干，成为专家。太沙基讲过：“一个记录完善的工程实录等价于十个有创造性的理论。”（Awelldocumentedcasehistoryshouldbegivenasmuchweightasteningenioustheories.）•屈原在《惜颂》中指出“九折臂而成医兮，吾至今而知其信然。”对待工程事故的正确态度•目前“有关部门”对事故采取封堵的做法；•严格控制现场，封锁舆论，销毁物证；•评审专家-严禁扩散；•阿Q的精神。•当事者或相关者将造成近300人死亡的襄汾县尾矿坝事故说成是泥石流；将掩埋了20多人的杭州地铁基坑事故说成是“突发性自然事故”。•“天何言哉？四时行焉，万物生焉”（论语•阳货）。“苍天何辜？代人受过。”•鲁迅先生说过：第一个吃螃蟹的人是很值得佩服的，因为他也一定吃过蜘蛛，觉得不好吃，于是人们也就不再吃蜘蛛了。•这里的关键在于他肯将结果告诉大家。工程事故是可预防与可避免的人的不安全行为事故物的不安全状态不可抗力因素海因里希调查了75000件工伤事故的结果占88%占10%占2%星期一星期二星期三星期四星期五星期六星期日7:00-19:0019:00-7:00主体结构附属结构对2001-2007国内地铁建设事故的不完全统计事故一般是可以避免的：事故有预兆，可以反映在监测数据中，事故萌芽到险情发生一般有2-3天的时间。事故萌芽缓慢发展期快速发展期事故险情关键节点1.基坑事故杭州地铁1号线湘湖站北二基坑事故事故回放•2008年11月15日下午3时20分左右，基坑西侧，风情大道街口的交通号正值红灯，南行的十4辆车停在路面待行。•司机们觉得人车整体下沉，前门的红绿灯突然不见，紧接着车内进水，车内人员紧急逃离，被淹的K327公交车上的乘客也全部脱险。•风情大道沉陷7m,宽40m,长近百米，很快漫水；•百余名坑中现场施工人员纷纷逃离，５名蛙人进行潜水作业。抽干积水之后，派出了搜救犬帮助确定失踪者方位。未能有所发现。救援人员采取每隔50厘米分区挖沟的方式下探。•最后17个施工人员死亡，4人失踪。事故现场西侧基坑内散乱的钢管支撑坑内的淤泥南端破碎的钢筋混凝土连续墙(内)南端破碎的钢筋混凝土连续墙(外)工程概况简介•湘湖站为杭州地铁1号线的起点站，位于萧山湘湖杭州乐园西侧，风情大道东侧。•车站东侧为奥兰多小镇、东南方向为杭州乐园，西侧为在建苏黎世小区，建筑物主要为小高层。•车站总长932m，宽21m。根据结构分段施工，•本站主体基坑依照从北向南分段封堵施工顺序，分为北一、北二、南一、南二等多期，地质断面图①②2④2⑥1⑧2强/中风化砂岩工程情况•车站主体为地下两层三跨钢筋混凝土矩形框架结构。•北二基坑长度为106m，宽度20.5m。•车站主体结构顶板覆土1.8m，底板埋深16m，•地面标高一般在6.0m左右。•主体开挖深度约15.7m16.2m，•围护结构采用800mm厚地下连续墙，连续墙入土深度约17.28m，•竖向设置4道ф609钢管支撑，支撑中部设置中间立柱。横断面图④2⑥1事故发生前•自10月9号至事发前，临近北二基坑西侧风情大道位于污水管附近上方的车道路面结构层开裂严重、路面下沉明显；曾多次采取架钢筋、浇灌混凝土、对路面的裂缝进行了勾缝等措施来补救。•除基坑外地面开裂现象外，基坑内侧地下连续墙也曾出现过较大的裂缝；•基坑全长分为6个作业段（每段25米左右），事故前第一段已作完底板结构，第二段作完垫层，第三段辅砂石，第四段清底，两台挖机正在第五段和第六段段开挖最后一层土方。•事故前基坑已见底而未作结构的区段至少3段（即6070米长）以上。钻探的地下连续墙位置西原墙位破坏后的墙顶位置下部断裂段的顶部破坏后的平面图基坑内部（南-北）西侧的连续墙土层指标表1土层层底标高(m)层厚(m)重度(kN/m3)()c(kPa)孔隙比e塑性指数ILm(kN/m4)kmax(kN/m3)1-24.971.531910100.9950.91200050002-2-0.645.611931.810.20.8680.5518000100004-2-12.6612.0217.111.915.81.4301.38300060006-1-28.3815.7217.113.613.81.3531.48350070008-2-43.515.1217.918.2141.0400.9470008000土体稳定分析坑底承载力支护墙抗弯+沿墙底滑动整体滑动规范名称一般（基本）规定水土压力计算坑底隆起验算、绕墙底隆起验算及整体稳定验算《建筑地基基础设计规范》GB50007－20024.2.4可采用原状土室内剪切试验、无侧限抗压强度试验、现场剪切试验、十字板剪切试验等方法测定，采用室内剪切试验时应选用三轴压缩试验中的不固结不排水试验。9.1.8饱和粘性土应采用在土的有效自重压力下预压固结的不固结不排水试验，确定抗剪强度指标，并宜采用薄壁取土器取样。同一般规定对粘性土宜按水土合算的原则计算；也可按地区经验确定。附录V当坑底为软土时，应验算坑底土抗隆起稳定性支护桩、墙端以下土体向上涌起，《建筑基坑支护技术规范》JGJ120－993.4.1、343cii－三轴试验（当有可靠经验时可采用直剪试验）确定的第i层土固结不排水（快）剪粘聚力、内摩擦角标准值。粉土、粘土采用水土合算附录A圆弧滑动简单条分法k=1.3《建筑基坑工程技术规程》YB9258－97(冶金部）无5.5.5粘性土无条件取得有效抗剪强度指标时，可采用总应力固结不排水抗剪强度指标计算。6.3.1当基坑底为软土时，应按以下两种条件验算坑底土涌起稳定性。（1）桩端以下土体(2)墙抗弯＋坑底土涌起：《建筑基坑工程技术规范》DB33、T1008－2000，J10036－2000（浙江省）4.2.6.1应按下列规定提供土的抗剪强度指标：(1)应考虑实际工程底排水条件确定采用的强度试验方法并提供相应的峰值强度指标；(2)对于淤泥和淤泥质土。应提供室内试验不排水强度指标；当基坑安全等级为一、二级时，还需进行十字板试验提供十字板强度和灵敏度。（3）对砂土、粉性土和粘性土，采用三轴固结不排水试验，分别提供有效应力指标和总应力指标。9.2.3.1按式9.2.3.1验算围护墙底地基承载力：9.2.3.2验算围护墙弯曲抗力，坑底土底抗隆起稳定性：01.6()cNthtq00()cos()sin0ikiiiiikkiiiclqbwtgqbw001.12()cqzNNthtq20200[0.5()]()(1.15)xmdqhaMad规范名称一般（基本）规定水土压力计算坑底隆起验算、绕墙底隆起验算及整体稳定验算《上海基坑工程设计规范》DBJ08－61－97《条文说明》：3.0.6.4板式支护体系－土压力，采用水土合算，土的抗剪强度指标，取固结不排水剪切指标，当无三轴试验参数时，也可用直剪固快指标。3.0,7,3坑内外土体的稳定性。《深圳地区建筑深基坑支护技术规范》SJG05（征求意见稿）3.1.9抗剪强度试验方法的选取1．进行主动土压力、被动土压力和抗倾覆稳定性计算时，对粘土和粉质黏土，宜采用三轴固结不排水（CU）试验或之间固结快剪试验参数；对饱和粉土、砂土和碎石土可根据水下休止角试验和标准贯入试验的实测击数，按经验估算其有效内摩擦角；3．抗隆起稳定性计算，应采用三轴不固结不排水试验（UU），或直剪的快剪试验，或十字板剪切试验的不排水强度Cu值；4．整体稳定、局部稳定以及抗滑稳定性计算，当最危险滑动面所穿过的土体为一般粘性土时，宜采用三轴固结不排水试验或固结快剪所求得强度参数；当为粉土、砂土和碎石土时宜采用有效强度参数，当为饱和软黏土时，宜采用有效有效自重压力下预固结后的三轴不固结不排水试验。或直剪的有效自重压力预固结后的快剪试验参数，或十字板剪切试验的不排水强度cu。《建筑基坑支护技术规程》01.11.3ssSRTMMMM,,()coscos()/sin()/()siniiiiiiRjiiRjiijRTSiiiiclqbGtgNsNsMMMqbw两层软土的各种强度指标土层不排水无测限强度十字板快剪固结快剪固结不排水cuqc=2cucucqqccqcqccucu4-211.025.3428.68.16.115.811.917.19.76-19.024.0634.17.18.313.813.617.813.28-28.07.38.114.018.219.015.1几点疑问•强度指标试验的合理性；•应当采用什么强度指标进行稳定分析？•应当采用什么重度计算抗滑力矩？00()cos()sin0ikiiiiikkiiiclqbwtgqbw为什么在西侧坍塌？•西侧风情大道首先坍塌，两墙间距从21m,达到最小3.4m，将坑底淤泥质土挤起来，使基坑的实际深度大大减少，所以尽管所有支撑钢管全部失效，东侧连续墙也发生较大位移，但尚基本保持直立。•西侧是大道，交通方便，几乎所有的施工机械、车辆、泥浆池、建筑材料全部在西侧。超载的工程运土车辆来回反复碾压，路面交通繁忙。•土体已发生较大的位移，地面开裂，反复的路面荷载必然会进一步破坏地基原状土的结构性，由于这两层软黏土的灵敏度较高，这种扰动使土的强度进一步降低，•等红灯的十几辆车重量可能成为了引发垮塌的“最后一根稻草”。良好的场地条件酿成事故•该基坑工程的工地条件“太好”了：东西两侧距离建筑物都在几十米到百米以上，西侧是风情大道，大道西侧是一个小学校的操场。•自10月9号至事发前的一个多月，临近北二基坑西侧风情大道位于污水管附近上方的车道路面结构层开裂严重、路面下沉明显，基坑内侧地下连续墙也曾出现过较大的裂缝。这些预兆没有引起充分的重视。•常常可以见到这样的场面：由于地面或者墙面发现有微小的裂缝，居民就会在工地集聚起来，阻止车辆进出，大爷大妈们坐在挖土机、起重机下，不准动土－群众监督的有效性。搜寻与恢复施工设计方案塌陷的路面资料重勘1、施工单位（中铁）：北二基坑周边现状图；2、垮塌的北二基坑既有围护结构现状图（中铁现场测定）；3、杭州地铁1号线湘湖站北二段基坑岩土工程勘察报告（中间资料），浙江华东建设工程有限公司2008年12月4日；4、杭州地铁1号线湘湖站北二段基坑恢复方案岩土工程勘察专题报告（浙江华东建设工程有限公司，2008年12月31号）5、2009年1月2日专家评审意见书；北二基坑现状总平面图1、新围护桩施工，围护结构外侧加固（格构式旋喷桩结构），新老围护间土体加固。2、坑外卸土，架设支架、安装钢支撑，现浇冠梁与压顶板。坑外旋喷桩加固坑内旋喷桩加固钻孔灌注桩桩直径1200@1400双拼800钢支撑间距4500800厚压顶板旋喷桩止水坑外旋喷桩加固坑内旋喷桩加固桩体接高至地面标高扶壁式挡墙北二基坑围护结构南端高低桩3-3横剖面图500×500型钢砼垫层间距4500钢筋砼撑灌注桩桩端入岩型钢混凝土围檩φ800钢管撑φ800钢管撑南端两侧高围护桩北端现有围护西侧围护结构纵断面图基坑坑底地基加固处理设计与沉降计算1、坑底土扰动情况坑底土为II-2区坑底扰动区：⑧-1层土体以上处发生了