论文部分内容阅读
摘要：由于地质条件复杂以及设计和施工管理不完善的原因，我国基坑工程安全事故发生率较高，其中深基坑工程安全事故比例更高。这些基坑工程事故主要表现为支护围护结构的破坏，基坑内塌方、大面积的滑坡、基坑周围道路的开裂或塌陷等等。本文首先就我国深基坑工程事故展开了统计分析，然后分析了深基坑工程事故破坏形式，最后就具体工程实例，分析了深基坑工程的过程控制和预警。
关键词：深基坑；事故分析；破坏形式；过程控制；预警
1、我国深基坑工程事故统计分析
我国深基坑工程事故统计分析见表1所示。该项数据的收集从以下两个方面展开：①通过已经出版的有关深基坑事故调查分析的数据；②根据收集到的有关深基坑工程事故的有关实例。该表中的数据显示，其中，导致深基坑工程事故责任统计占比对多的是施工方的问题，其次是设计方的问题，但是，我们不能否认，投资管理、勘察方以及监理方在深基坑事故占比中也有一定的责任，因此，从该表中我们发现，对深基坑工程进行过程控制和相关的预警提示，具有重要的现实意义。
从以上数据我们还可以进一步分析出：造成深基坑工程事故最多占比的施工方(所占比例54％)，其主要造成了深基坑在施工过程中事故的原因有以下几类：随意修改设计、治理水的措施不力、管理混乱和缺乏本地区施工经验、不严格遵守施工规程、包括施工质量差等；其次，造成深基坑工程事故第二多的设计方(所占比例34％)，其主要造成了深基坑在施工过程中的原因有以下几类：设计人员缺乏经验、锚固结构设计失误、不遵守规范的相关规定、土体强度指标选择失真、荷载取值不准确、支撑结构设计失误、支护方案选择不当等。此外，建设单位、监理方、勘察方虽然事故责任所占比例较少，但是也要因此足够的重视。
2、深基坑工程事故破坏形式
深基坑工程事故大多为因深基坑支护体系设计、施工的不合理，甚至是被破坏，导致周边建筑物受到施工影响发生变形、坍塌等现象，从图1我们可以粗略地划分深基坑事故的破坏形式。
(1)支护结构整体失效，边坡整体滑动破坏多半是因为深基坑围护结构插入的深度不够，如图1(a)所示。
(2)围护结构断裂，围护墙体承受弯矩变大，或者围护结构不能以抵抗土压力形成的弯矩时，产生围护折断破坏，从而使围护结构折断造成基坑边坡坍塌，如图1(b)所示。
(3)基底隆起破坏，外侧土体向坑内方向挤压，基坑内外土体的高度差产生的压力差，造成基坑底部的土体隆起，使得围护体系失稳破坏，如图1(c)所示。
(4)踢脚破坏，当插入深度不够或者坑底压力很小和土质差时，由于拉锚式和内撑式围护结构，易造成围护结构踢脚失稳破坏，如图1(d)所不o
(5)坑底管涌破坏，被动土压力将会减小，当基坑渗流引起管涌时，以致丧失，从而造成围护体系破坏，如图1(e)所示。
(6)支撑系统失稳破坏，对于支撑式围护结构，对拉锚式围护结构，锚拉力差，支撑体系强度不够或稳定性差，造成围护体系破坏，如图1(f)所示。
从以往的调查数据显示，深基坑破坏不可能单一，其主要原因可能是一个，也可能是多个，又或者是在多种原因的共同作用下，共同引起的。
3、深基坑工程过程控制
以某一工程的深基坑施工过程控制为例，本工程主塔楼超深基坑工程，占地面积约5374m2，基坑底周长约297m。基坑开挖底标高为-29.30～35.40m，局部裙楼区域为-28.00m，基坑顶面标高为-1.70m；开挖深度为27.60～33.70m。土石方量约为16万m3，其中石方量约为11万m3。
3.1 土方开挖过程控制
挖掘机挖土作业时，其最大开挖高度和深度，不应超过机械本身性能规定。满载的铲斗要举高、升出并回转，机械将产生振动，重心也随之变化，因此挖掘机要保持水平位置，履带要与地面楔紧，以保持各种工况下的稳定性。
土方开挖前，应会同有关单位对附近已有建筑物或构筑物、道路、管线等进行检查和鉴定，对可能受开挖和降水影响的邻近建筑物、管线，应制定相应的安全技术措施，并在整个施工期间，加强监测其沉降和位移、开裂等情况，发现问题应与设计或建设单位协商采取防护措施，并及时处理。
用挖土机施工时，挖土机的工作范围内，不得有人进行其他工作；多台机械开挖，挖土机间距要大于10m；挖土要自上而下，逐层进行，严禁先挖坡脚的危险作业。土方开挖宜从上到下分层分段进行，并随时做成一定的坡势以利泻水，且不应在影响边坡稳定的范围内积水。
3.2 钢筋混凝土施工过程控制
机械垂直吊运钢筋时，应捆扎牢固，吊点应设置在钢筋束的两端。有困难时，才在该束钢筋的重心处设吊点，钢筋要平稳上升，不得超重起吊。人工垂直传递钢筋时，送料人应站立在牢固平整的地面上，接料人应有护身栏杆或防止前倾的牢固物体，必要时挂好安全带。
钢支撑所有支撑连接处，均垫紧贴密，防止钢管支撑偏心受压；端头斜撑处严格按设计尺寸和角度加工焊接、安装，保证支撑为轴心受力。钢支撑架设要及时，在支撑位置挖出来之后，迅速安装支撑并及时按设计值施加预应力。
钢支撑拆除时避免瞬间预加应力释放过大而导致结构局部变形、开裂；利用主体结构换撑，主体结构的楼板或底板混凝土应达到设计强度；增加监控力度，密切关注变化情况，及时根据监测信息采取应急措施，确保围护结构的安全。
3.3 深基坑支护过程控制
本工程设计采用土钉墙支护结构，它是通过对原位土体加固、充分利用原位土体的自稳能力来到支护作用，因而能大幅降低支护造价，一般比桩墙式支护结构节约费用30～60％，而且施工工期短，支护方式具有稳定可靠、施工简便且工期短、效果较好、经济性好的优点，具有显著的经济效益，适合现场实际情况。 放坡角度取10°，普通水泥砂浆土钉，直径φ为100mm，土钉倾角为15°，内配一根φ18Ⅱ级钢筋，土钉长度及竖向间距如图1所示，水平间距1200mm，面层混凝土板墙厚度为100mm，强度等级为C20，内配6@200钢筋网，有土钉处沿纵横向配置2φ14同长加强筋(纵向配置2φ16，L=200mm)。
3.4 深基坑降水过程控制
施工期间施工降排水应连续进行，不得间断。主体结构工程不具备抗浮条件时，不得停止降排水。本工程采用管井井点降水，管井施工过程中成孔后，应及时安装井管。由于条件限制，不能及时安装时，必须安设围档、防护栏杆等安全防护设施和安全标志。
降水管井井点应高出地面或开挖面，不应小于50cm。井口必须封闭，并设安全标志。当环境不允许井口高出地面时，井口应设在防护井内；防护井应与地面同高并盖牢。
4、深基坑工程预警
为了更好地应和深基坑工程过程控制、判断位移、受力状况，以及判断是否需调整施工步骤或优化原设计方案。深基坑工程施工是否安全可靠，在深基坑工程预警中，应根据实际情况的客观环境，事先设计计算深基坑施工每一过程相应的安全警戒值。一般情况下，深基坑设计每个警戒值应由两部分控制，即总允许变化量和单位时间内允许变化量。
4.1 安全警戒值的设计原则
安全警戒值确定的原则如下：在保证安全的前提下，综合考虑工程质量和经济等因素，减少不必要的资金投入；对于相同的保护对象，应针对不同的环境和不同的施工因素而确定；满足测试对象的安全要求，达到保护目的；满足设计计算的要求，不可超出设计值；满足现行的相关规范、规程的要求；满足各保护对象的主管部门提出的要求。
4.2 本工程的安全警戒值
(1)基坑围护墙测斜，对于只存在基坑本身安全的测试，每天发展不超过10mm，最大位移一般取80mm。应根据保护对象的需要来确定周围是否有需严格保护构筑物的基坑。对重要建筑物、构筑物，周围施工影响所造成的位移不得超过20mm。
(2)煤气管道的变位，每天发展不得超过2mm，沉降或水平位移均不得超过10mm。
(3)自来水管道变位，每天发展不得超过5mm，沉降或水平位移均不得超过30mm。
(4)基坑外水位，每天发展不得超过500mm，坑内降水或基坑开挖引起坑外水位下降不得超过1000mm。
(5)立柱桩差异隆沉，每天发展不超过2mm，基坑开挖中引起的立柱桩隆起或沉降不得超过10mm。
(6)弯矩及轴力，一般将警戒值定在80％的设计允许最大值内，根据设计计算书确定。
(7)对于测斜、围护结构纵横向弯矩等光滑的变化曲线，若曲线上出现明显的折点变化，也应作出报警处理。
5、结束语
对己发生的深基坑工程事故的原因进行综合分类分析，明确每一个深基坑工程事故产生的原因。可以看出设计和施工失误是造成深基坑工程安全事故主要的原因，但勘察失误和监测失误也是我们要重视的。对于深基坑工程这样一个大的系统工程来说，深基坑工程事故一般是由许多不利因素共同作用造成的，所以勘察、设计、施工、管理和监理与深基坑工程的安全有密切的关系。从深基坑工程事故中吸取经验教训，分析事故原因是预防未来深基坑施工中发生的安全问题的最好办法。对深基坑工程的事故中存在的安全问题进行探讨，能进一步的提高对深基坑工程的安全认识，还提高深基坑工程的事故分析与预防能力，为以后的深基坑工程的安全增加经验。
关键词：深基坑；事故分析；破坏形式；过程控制；预警
1、我国深基坑工程事故统计分析
我国深基坑工程事故统计分析见表1所示。该项数据的收集从以下两个方面展开：①通过已经出版的有关深基坑事故调查分析的数据；②根据收集到的有关深基坑工程事故的有关实例。该表中的数据显示，其中，导致深基坑工程事故责任统计占比对多的是施工方的问题，其次是设计方的问题，但是，我们不能否认，投资管理、勘察方以及监理方在深基坑事故占比中也有一定的责任，因此，从该表中我们发现，对深基坑工程进行过程控制和相关的预警提示，具有重要的现实意义。
从以上数据我们还可以进一步分析出：造成深基坑工程事故最多占比的施工方(所占比例54％)，其主要造成了深基坑在施工过程中事故的原因有以下几类：随意修改设计、治理水的措施不力、管理混乱和缺乏本地区施工经验、不严格遵守施工规程、包括施工质量差等；其次，造成深基坑工程事故第二多的设计方(所占比例34％)，其主要造成了深基坑在施工过程中的原因有以下几类：设计人员缺乏经验、锚固结构设计失误、不遵守规范的相关规定、土体强度指标选择失真、荷载取值不准确、支撑结构设计失误、支护方案选择不当等。此外，建设单位、监理方、勘察方虽然事故责任所占比例较少，但是也要因此足够的重视。
2、深基坑工程事故破坏形式
深基坑工程事故大多为因深基坑支护体系设计、施工的不合理，甚至是被破坏，导致周边建筑物受到施工影响发生变形、坍塌等现象，从图1我们可以粗略地划分深基坑事故的破坏形式。
(1)支护结构整体失效，边坡整体滑动破坏多半是因为深基坑围护结构插入的深度不够，如图1(a)所示。
(2)围护结构断裂，围护墙体承受弯矩变大，或者围护结构不能以抵抗土压力形成的弯矩时，产生围护折断破坏，从而使围护结构折断造成基坑边坡坍塌，如图1(b)所示。
(3)基底隆起破坏，外侧土体向坑内方向挤压，基坑内外土体的高度差产生的压力差，造成基坑底部的土体隆起，使得围护体系失稳破坏，如图1(c)所示。
(4)踢脚破坏，当插入深度不够或者坑底压力很小和土质差时，由于拉锚式和内撑式围护结构，易造成围护结构踢脚失稳破坏，如图1(d)所不o
(5)坑底管涌破坏，被动土压力将会减小，当基坑渗流引起管涌时，以致丧失，从而造成围护体系破坏，如图1(e)所示。
(6)支撑系统失稳破坏，对于支撑式围护结构，对拉锚式围护结构，锚拉力差，支撑体系强度不够或稳定性差，造成围护体系破坏，如图1(f)所示。
从以往的调查数据显示，深基坑破坏不可能单一，其主要原因可能是一个，也可能是多个，又或者是在多种原因的共同作用下，共同引起的。
3、深基坑工程过程控制
以某一工程的深基坑施工过程控制为例，本工程主塔楼超深基坑工程，占地面积约5374m2，基坑底周长约297m。基坑开挖底标高为-29.30～35.40m，局部裙楼区域为-28.00m，基坑顶面标高为-1.70m；开挖深度为27.60～33.70m。土石方量约为16万m3，其中石方量约为11万m3。
3.1 土方开挖过程控制
挖掘机挖土作业时，其最大开挖高度和深度，不应超过机械本身性能规定。满载的铲斗要举高、升出并回转，机械将产生振动，重心也随之变化，因此挖掘机要保持水平位置，履带要与地面楔紧，以保持各种工况下的稳定性。
土方开挖前，应会同有关单位对附近已有建筑物或构筑物、道路、管线等进行检查和鉴定，对可能受开挖和降水影响的邻近建筑物、管线，应制定相应的安全技术措施，并在整个施工期间，加强监测其沉降和位移、开裂等情况，发现问题应与设计或建设单位协商采取防护措施，并及时处理。
用挖土机施工时，挖土机的工作范围内，不得有人进行其他工作；多台机械开挖，挖土机间距要大于10m；挖土要自上而下，逐层进行，严禁先挖坡脚的危险作业。土方开挖宜从上到下分层分段进行，并随时做成一定的坡势以利泻水，且不应在影响边坡稳定的范围内积水。
3.2 钢筋混凝土施工过程控制
机械垂直吊运钢筋时，应捆扎牢固，吊点应设置在钢筋束的两端。有困难时，才在该束钢筋的重心处设吊点，钢筋要平稳上升，不得超重起吊。人工垂直传递钢筋时，送料人应站立在牢固平整的地面上，接料人应有护身栏杆或防止前倾的牢固物体，必要时挂好安全带。
钢支撑所有支撑连接处，均垫紧贴密，防止钢管支撑偏心受压；端头斜撑处严格按设计尺寸和角度加工焊接、安装，保证支撑为轴心受力。钢支撑架设要及时，在支撑位置挖出来之后，迅速安装支撑并及时按设计值施加预应力。
钢支撑拆除时避免瞬间预加应力释放过大而导致结构局部变形、开裂；利用主体结构换撑，主体结构的楼板或底板混凝土应达到设计强度；增加监控力度，密切关注变化情况，及时根据监测信息采取应急措施，确保围护结构的安全。
3.3 深基坑支护过程控制
本工程设计采用土钉墙支护结构，它是通过对原位土体加固、充分利用原位土体的自稳能力来到支护作用，因而能大幅降低支护造价，一般比桩墙式支护结构节约费用30～60％，而且施工工期短，支护方式具有稳定可靠、施工简便且工期短、效果较好、经济性好的优点，具有显著的经济效益，适合现场实际情况。 放坡角度取10°，普通水泥砂浆土钉，直径φ为100mm，土钉倾角为15°，内配一根φ18Ⅱ级钢筋，土钉长度及竖向间距如图1所示，水平间距1200mm，面层混凝土板墙厚度为100mm，强度等级为C20，内配6@200钢筋网，有土钉处沿纵横向配置2φ14同长加强筋(纵向配置2φ16，L=200mm)。
3.4 深基坑降水过程控制
施工期间施工降排水应连续进行，不得间断。主体结构工程不具备抗浮条件时，不得停止降排水。本工程采用管井井点降水，管井施工过程中成孔后，应及时安装井管。由于条件限制，不能及时安装时，必须安设围档、防护栏杆等安全防护设施和安全标志。
降水管井井点应高出地面或开挖面，不应小于50cm。井口必须封闭，并设安全标志。当环境不允许井口高出地面时，井口应设在防护井内；防护井应与地面同高并盖牢。
4、深基坑工程预警
为了更好地应和深基坑工程过程控制、判断位移、受力状况，以及判断是否需调整施工步骤或优化原设计方案。深基坑工程施工是否安全可靠，在深基坑工程预警中，应根据实际情况的客观环境，事先设计计算深基坑施工每一过程相应的安全警戒值。一般情况下，深基坑设计每个警戒值应由两部分控制，即总允许变化量和单位时间内允许变化量。
4.1 安全警戒值的设计原则
安全警戒值确定的原则如下：在保证安全的前提下，综合考虑工程质量和经济等因素，减少不必要的资金投入；对于相同的保护对象，应针对不同的环境和不同的施工因素而确定；满足测试对象的安全要求，达到保护目的；满足设计计算的要求，不可超出设计值；满足现行的相关规范、规程的要求；满足各保护对象的主管部门提出的要求。
4.2 本工程的安全警戒值
(1)基坑围护墙测斜，对于只存在基坑本身安全的测试，每天发展不超过10mm，最大位移一般取80mm。应根据保护对象的需要来确定周围是否有需严格保护构筑物的基坑。对重要建筑物、构筑物，周围施工影响所造成的位移不得超过20mm。
(2)煤气管道的变位，每天发展不得超过2mm，沉降或水平位移均不得超过10mm。
(3)自来水管道变位，每天发展不得超过5mm，沉降或水平位移均不得超过30mm。
(4)基坑外水位，每天发展不得超过500mm，坑内降水或基坑开挖引起坑外水位下降不得超过1000mm。
(5)立柱桩差异隆沉，每天发展不超过2mm，基坑开挖中引起的立柱桩隆起或沉降不得超过10mm。
(6)弯矩及轴力，一般将警戒值定在80％的设计允许最大值内，根据设计计算书确定。
(7)对于测斜、围护结构纵横向弯矩等光滑的变化曲线，若曲线上出现明显的折点变化，也应作出报警处理。
5、结束语
对己发生的深基坑工程事故的原因进行综合分类分析，明确每一个深基坑工程事故产生的原因。可以看出设计和施工失误是造成深基坑工程安全事故主要的原因，但勘察失误和监测失误也是我们要重视的。对于深基坑工程这样一个大的系统工程来说，深基坑工程事故一般是由许多不利因素共同作用造成的，所以勘察、设计、施工、管理和监理与深基坑工程的安全有密切的关系。从深基坑工程事故中吸取经验教训，分析事故原因是预防未来深基坑施工中发生的安全问题的最好办法。对深基坑工程的事故中存在的安全问题进行探讨，能进一步的提高对深基坑工程的安全认识，还提高深基坑工程的事故分析与预防能力，为以后的深基坑工程的安全增加经验。