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閱讀 2544 次 基坑工程坍塌事故淺析

摘要:在經濟高速發展的今天,地下空間開發已成為一種必然趨勢,因此,基坑工程安全生產形勢也愈加嚴峻。基坑工程安全隱患是事故方式的內因,為此把基坑工程危險源找準,才能防患于未然。本文就基坑工程存在的安全隱患的現狀、成因、主要問題及對策進行簡明扼要的論述,以次防微杜漸、可供各有關單位技術人員參考。...

 基坑工程坍塌事故淺析

朱書勤  孫富田  武 瑋

e77乐彩手机登录 西安市建設工程質量安全監督站  

    一、現狀

    1、隨著經濟發展、城市化步伐的加快,為滿足日益增長的市民出行、軌道交通換乘、商業、停車等功能建設的需要,在用地愈發緊張的城市,結合城市建設和改造開發大型地下空間已成為一種必然趨勢,多層地下室、地鐵、地下通道、地下停車場、地下商城、地下倉庫、地下變電站、地下民防工事等多種地下民用和工業設施紛紛建成并投入運行。建筑物基礎的深度越來越深,面積也越來越大,建設時基坑常常緊鄰建筑物、交通干道、各種市政地下管線、地鐵等,施工場地緊張、施工條件復雜、工期還緊迫。這樣的基坑工程的設計和施工難度越來越大,基坑事故時有發生,基坑工程安全生產形勢也愈加嚴峻。基坑工程安全隱患是事故方式的內因,為此把基坑工程危險源找準,才能防患于未然。

    2、目前基坑工程存在的現象

   (1)基坑開挖多數由失去土地的村民介入施工,這些人無施工經驗、又無施工資質、還不遵守規范規定;他們對基坑開挖常常采取無序作業,甚至不與基坑支護施工配合,一挖到底﹙不按設計放坡、垂直開挖甚至呈反向坡向﹚,對基坑坡面不進行整修;為了利益經常暫停基坑開挖并阻斷基坑支護施工。

e77乐彩手机登录     基坑土方開挖引起基坑周邊地層的位移、變形與開挖的空間幾何尺寸、基坑暴露面積有關,分層、分段、分塊開挖的空間幾何尺寸越大,基坑暴露面積越大,位移、變形越大。只要基坑土方開挖就會伴隨基坑周邊地層的位移和變形,時間越久位移、變形越大。

    基坑開挖過程中,如不及時進行基坑支護或坑底暴露時間過長,基坑邊坡位移就會明顯變化,造成基坑周邊既有建﹙構﹚筑物沉降持續發展,進而影響到基坑本身和基坑周邊既有建﹙構﹚筑物、地下設施的安全。

   (2)基坑開挖深度超過2米,基坑周邊不安裝防護欄桿,不設置明顯警示標志及供施工人員上下的專用梯道。坡道是施工機械專用通道,施工人員不能與車混用一條道路,這是不安全的,故必須設置供施工人員上下的專用梯道。

    高處作業的定義是在距墜落高度基準面2m或2m以上的有可能墜落的高處進行的作業。鑒于基坑開挖深度超過2m,就會有墜落事故發生,故必須在基坑周邊安裝防護欄桿。

   (3)基坑周邊不按設計要求的范圍內堆載或停放施工機械;基坑開挖后未立即對基坑坡面進行防雨淋、防土體蒸發和粉土細沙土失水的臨時防護措施,這樣都會對基坑坍塌等對基坑產生不安全的影響。

    基坑邊堆土、停放機械都會加大基坑坑邊的附加荷載,造成基坑安全隱患,故必須嚴格限制在設計工況的允許范圍內。

e77乐彩手机登录    (4)基坑開挖會出現臨時土坡,由于存留時間相對較短,往往對其坡體不進行支護,坡體也未進行混凝土硬化等處理,經挖方機械、運輸車輛反復碾壓,土體受到擾動變為松散狀態,若再經雨淋含水量大幅增大,很易出現滑坡,對基坑工程造成很大的安全隱患或安全事故。

   (5)基坑土方已經開挖,但基坑工程變形監測還未開始,甚至開挖到坑底變形監測單位才介入;基坑土方開挖、基坑支護單位對基坑及周邊環境不進行巡視、巡查。

e77乐彩手机登录     基坑工程監測應在基坑開挖前進行不少于2次的測報初始值,并在監測前根據基坑工程的特點確定監測報警值,以便在基坑工程實施期間及時發現危險點并采取有效應急措施確保基坑工程安全,減少對周邊既有建﹙構﹚筑物及環境的影響,沒有初始值就沒有類比性和確定性,這是很大的安全隱患。

    基坑變形監測是定期的觀測,而基坑坍塌經常是突發性的。每日對基坑及周邊進行巡查是對定期監測的補充,是很有必要和行之有效的經驗總結,它可以及時發現異常現象而啟動應急救援預案,將危害安全消滅在萌芽狀態之中。

   (6)基坑坡面不設置外傾的泄水孔。任何水源浸泡基坑坡面土體,基坑周邊土體及坑底土體都會對基坑造成安全隱患,因此,基坑坡面適當的增設外傾的泄水孔等排水措施,作為坡面防護,保證排水暢通至關重要。

   (7)基坑勘察是參照主體工程的地質勘察報告作為基坑土方開挖、基坑支護結構設計及基坑降水設計的依據。

    基坑工程的勘察報告應提供場地內滯水、潛水、裂隙水、承壓水等有關參數,包括埋藏條件、地下水位、土層的滲流特性及產生管涌、流砂、隆起的可能性。對于安全等級為一級且易于受水浸濕的基坑坑壁以及永久性基坑坑壁,設計中應要求勘察報告提供飽和狀態﹙sr=85%﹚條件下的土性參數,以便進行穩定和變形計算。

    當地下水有可能與臨近地表水溝通時,應查明其補給條件、水位變化規律。當基坑坑底面有承壓水時,應測量其水頭高度和含水層界面。對于基坑土方開挖過程中,需要進行必要的承壓抽水試驗。當地下水有腐蝕性時,應查明其污染源和地下水流向。

    地表水的匯水、流向等控制在勘察報告中普遍缺少描述,此種情況,會給基坑工程在雨季帶來很大隱患。

    上述基坑工程巖土勘察報告普遍存在的現象與實際基坑坡面土層土性參數具有較大的差異性和片面性,這就造成了基坑工程的安全隱患。

   (8)基坑工程勘察、設計及土方開挖前,建設單位未對基坑周邊開挖深度2倍范圍內的環境狀況進行詳細調查和出具環境評估報告。

   (9)基坑工程施工過程中的隱蔽部位沒有進行中間質量驗收。

   (10)基坑工程沒有按設計及現行國家標準進行竣工驗收并辦理主體施工單位移交簽字手續

   (11)基坑工程驗收資料缺失下列內容:

    1)原材料的產品合格證、出廠檢驗報告、進場復驗報告或委托試驗報告。

e77乐彩手机登录     2)混凝土試塊或砂漿試塊抗壓強度報告及評定結果。

    3)錨桿或土釘抗拔試驗檢測報告、水泥土墻及排樁的質量檢測報告。

    4)基坑和周邊建(構)筑物沉降、變形監測報告。

e77乐彩手机登录     5)基坑工程的使用維護方案和應急預案

   (12)未將基坑工程竣工報告和有關文件交付基坑使用單位歸檔;大型永久性的基坑工程未報建設行政管理部門備案。

    二、基坑工程的特點與隱患的成因

    1、基坑工程安全儲備小、風險大

    因基坑工程一般情況下,作為臨時性分部工程,相對于永久性建筑結構工程而言,安全儲備要求可小一些,加上建設單位對基坑工程認識上的偏差,為降低工程費用,對設計提出一些不合理的要求,實際的安全儲備可能會更小一些,因此,基坑工程具有較大的風險性即存在了安全隱患。

    2、制約因素多

    基坑工程與自然條件關系密切,設計施工中必須全面考慮氣象、工程地質、水文地質條件及其在施工中的變化,充分了解工程所處的工程地質、水文地質、周圍環境與基坑開挖的關系及相互影響。基坑工程受到工程地質和水文地質條件的影響很大、區域性強。不同地層(有軟土、砂土、礫石土、濕陷性黃土、膨脹土、鹽漬土、紅土、風化土、巖石等)中的基坑工程所采用的支護結構體系差異很大,即使是同一城市,不同的區域也有差異,因此,圍護結構體系的設計、基坑的施工必須要根據具體的地質條件因地制宜。

    另外,基坑工程支護結構體系除受上述條件制約外,還受到相鄰建(構)筑物、地下構筑物和地下管線的影響,周邊環境的容許變形量、重要性等也會成為基坑工程設計與施工的制約因素,甚至成為基坑工程成敗的關鍵,因此,基坑工程的設計與施工應根據基本的原理和規律靈活應用。

    3、基坑工程設計計算理論不完善

    基坑工程作為地下工程,所處的地質條件復雜,制約因素眾多,人們對巖土力學性質了解還不深入,很多設計計算理論, 如巖土壓力,巖土的本構關系等,還不完善,還是一門發展中的學科。

    作用在基坑圍護結構上的土壓力不僅與位移的大小、方向有關,還與時間有關。目前,土壓力理論還很不完善,實際設計計算中往往采用經驗取值,或按照朗肯土壓力理論或按照庫倫土壓力理論計算,然后再根據經驗進行修正。

    在考慮地下水對土壓力的影響時,是采用水土壓力合算還是分算更符合實際情況,各界還認識不一致,各地制定的技術規程或規范中的規定也不盡相同。至于時間對土壓力的影響,即考慮土體的蠕變性,目前在實際應用中還很少顧及。

    實踐發現,基坑工程具有明顯的時空效應,基坑的深度和平面形狀對基坑圍護體系的穩定性和變形有較大的影響,土體所具有的流變性對作用于圍護結構上的土壓力、土坡的穩定性和圍護結構變形等有很大的影響。這種規律雖已被初步認識和利用,形成一種新的設計和施工方法離完善還是有相當大的距離。

e77乐彩手机登录     巖土的本構模型目前已多達數百種,但真正獲得實際應用的計算模型則寥寥無幾,即使獲得了實際應用也和實際工程情況還是有較大的差距。

    正如上述,基坑工程的設計計算理論還不完善,直接導致了工程的許多不確定性,因此,要與建設、施工、監理、監測、監控等單位人員緊密配合、齊心協力,更要有相應的、可操作性的應急措施,方可使基坑工程安然無恙。

    三、設計理論方面的主要問題

    1、基坑土方開挖過程中,地基土體主要經受的是卸荷過程,截至今日,國內外對基坑工程土方開挖的力學性質研究,大多數是針對加載方式進行的。土體的加載與卸荷過程是兩種完全不同的應力路徑,而應力路徑又與土體的強度、變形特性密切相關,這就是使得加載工程的設計計算與實際情況存較大差異,同時這也是坍塌、滑坡、基坑支護結構遭受破壞對工程事故發生的主要原因之一。

    2、基坑工程的設計與施工不僅需要巖土工程方面的認識,也需要結構工程方面的知識;同時,基坑工程中設計與施工是密不可分的,設計計算的工況必須和施工實際的工況相一致,才能確保設計的可靠性。所以設計人員必須了解施工,施工人員必須了解設計,比較有效的是設計與施工由同一單位完成。設計計算理論的不完善和施工中諸多不確定因素往往會增加基坑工程實踐中的風險。若干基坑工程的事故就印證了這一點。

    四、對策

    1、從事基坑工程的設計、施工人員需要具備及綜合運用以下各方面的知識。

   (1)應具備巖土工程知識和經驗。按工程需要提出勘察任務并對地質勘察報告提供的描述和各類參數進行研究、分析,以合理選用參數進行支護結構的土壓力計算,對基坑開挖帶來的環境影響進行較為精確的預估,以及對地質條件變化帶來的問題做出正確的判斷和處理。

   (2)應具有建筑結構和力學知識。能夠了解主體結構的設計要求,掌握其與基坑圍護結構的相互關系,處理好臨時性圍護結構與永久結構的相互關系以及圍護結構和支撐作永久結構的技術問題。熟練應用鋼筋混凝土結構和鋼結構的設計理論、方法,設計各類支撐、錨桿體系。

e77乐彩手机登录    (3)應具有豐富施工經驗。熟悉各種地基加固、防水、降水等特種工藝的施工方法、施工流程及相關設備的選擇,能夠對各種支護進行質量、安全、造價、工期的對比。

   (4)應熟悉工程所在地的施工條件。

    根據基坑所在地的地質、環境、施工條件等特點,因地制宜選擇合理的技術施工方案,在支護機構設計計算時,要充分吸取當地施工技術以及工程成功和失敗的經驗。

    2、要周密考慮基坑工程周邊環境保護。基坑所在地的地質、環境、施工條件等特點因地制宜選擇合理的設計、施工方案,在支護結構設計計算時,要充分吸收工程所在地的施工技術以及基坑工程成功和失敗的經驗。

    3、要周密考慮保護基坑工程周邊的環境。基坑工程必將引起基坑周圍地基中地下水位和應力場的變化,會導致周圍地基中土體的變形,對鄰近基坑的建(構)筑物、地下構筑物和地下參考管線產生影響,影響嚴重的將危及相鄰建(構)筑物、地下構筑物和地下管線的安全和正常使用,因此必須引起足夠重視。另外,基坑工程施工產生的噪聲、粉塵、廢棄的泥漿、渣土等會對周圍環境產生影響,基坑降水會消耗大量地下水資源并造成基坑周邊地面既有建(構)筑物、地下構筑物和地下管線沉降等產生不良后果;基坑支護結構需要大量水泥、砂子、石子、鋼材等,加固體留在土體內部,將來可能造成難以清除的地下障礙物。基坑工程屬于能耗高、污染較大的分部工程,因此,在基坑工程的方案設計過程中,要充分考慮到基坑工程的降低能耗、盡量采取有效減少污染措施、節約社會資源,既要達到質量安全,周邊環境保護,又要實現綜合的經濟和社會效益。

    4、通過大量現場調查發現,由地質勘察報告提供的數據與現場土層往往有一定的出入,存在較大誤差,土質變化和水位變化等諸多原因,理論上計算的變形值,只能作為參考。

    地下水上升和下水管道破壞,往往對基坑破壞而導致坍塌事故發生有較大影響,因此進行場地調查十分必要,包括地下水位上層滯水與勘察報告是否符合、場地周圍上下水管道、化糞池等有無滲漏現象、附近有無滲水源頭、基坑是否能在雨期或冬期施工。在考慮整個基坑支護方案設計時,根據基坑開挖深度、土質參數γ、ψ、С等值以及設計經驗,要考慮并重視基坑周邊既有建(構)筑物的結構情況,特別是一些距基坑較近的危房,保證基坑邊坡變形與位移不致使鄰近建(構)筑物發生較大的沉降和裂縫。另外,要確保基坑附近地下市政、通信管網、地下民用與工業設施的正常安全運行,保證城市道路暢通和人行道的安全。

    5、基坑工程在雨期施工時應做好水的排導和防護工作。邊坡坡頂、坡面、坡腳和水平臺階應設置排水系統,在坡頂的周圍應設置排水溝。

    6、基坑工程安全施工專項方案應通過專家論證,經過專家論證后的基坑方案、不得隨意改變,若要改變必須重新進行論證。

    7、應根據基坑工程支護結構施工圖設計文件、危險源及其特征進行識別,周邊環境與地質條件、施工工藝設備、施工經驗等進行安全分析,選擇相應具體的安全技術控制措施、監測預警、應急處理技術措施,制定應急預案并確定應急響應措施。

    8、基坑工程設計使用規范應注意以下幾點:

   (1)基坑支護的設計計算,應使用同一本規范,對于陜西地區應選用《濕陷性黃土地區建筑基坑工程安全技術規程》(JGJ167-2009),不應幾本規范混用。 由于各種規范、規程的編寫時間和背景不盡相同,相似的公式、土工參數、承載力限值、安全系數等可能有著截然不同的含義,絕對不能生搬硬套。

   (2)基坑支護結構設計應嚴格遵守規范、規程中的有關規定,當地方建設標準由于地域特點所作出的規定應嚴于高于國家標準時,應首先滿足地方性標準的規定。

   (3)規范中所作出的規定,一般是在安全適用原則下的“最低”要求,設計人員要根據工程的實際需要,在設計中體現。

   (4)條文說明是對標準中的條文的注解,在運用規范遇到疑惑時,往往可從條文說明中得到啟迪和理解。

    9、動態法設計。由于設計依據的不確定性(地質勘察報告不一定真實完全符合土層實際情況,或參數提供不準確),設計計算理論的不完善等諸多原因,圍護結構的設計不一定符合工程實際要求,不一定安全可靠,這就需要在施工過程中實時監測、分析、預測、反分析,反饋給設計人員進行動態設計,在施工過程中優化設計,調整可能存在的設計不足問題,使設計與實際情況更吻合。

    10、信息法施工。在施工過程中,每開挖一層,施工人員應對照場地的“巖土工程勘察報告”檢查地層土質是否相符,并加強基坑監測數據、各種工程現象(巡視,巡查記錄)和施工工況的關聯分析,及時反饋給設計人員,充分利用現有的分析理論和計算工具,進一步分析,預測基坑工程的各種變化規律和發展趨勢,必須因地制宜、優化施工工藝,采取一系列安全管理措施,將安全隱患消除在萌芽狀態,減少對周邊環境的影響,確保基坑工程安全。

(本文來源:陜西省土木建筑學會    :劉紅娟 尹維維 編輯   劉真 文徑 審核)

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