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2.1 概述

深基坑工程事故,一方面会造成支护结构破坏,导致施工人员受到伤害,工期延误;另一方面,往往会导致基坑周边建筑物或构筑物和地下市政管线损坏,严重时还会引发火灾、爆炸或有毒有害物质泄漏,从而给人民生命财产造成严重损失。深基坑工程发生事故的原因涉及工程勘察、设计、施工、监理、第三方监测和建设单位等各方面,根据现有资料统计分析,其中施工方面原因造成的基坑工程事故大约占到50%。因此,重视基坑工程,尤其是重视深基坑工程的施工安全,对降低事故发生的概率、提高基坑工程安全度具有重要的现实意义。

2.1.1 深基坑工程的发展与现状

1)深基坑工程的发展

20世纪90年代前,伴随我国城市建设的快速发展,深基坑工程逐渐出现。基坑主要的支护结构形式是采用水泥搅拌桩的重力式支护结构,对于比较深的基坑则采用排桩结构,对于有地下水的基坑则需再加水泥搅拌桩止水帷幕。

20世纪90年代后,通过总结基坑工程施工经验,国内开始制定基坑工程规范。工程界也开始出现超深、超大的深基坑工程,基坑面积达到2万~3万m 2 ,深度达到20 m左右,复合式土钉墙在浅基坑中推广使用,SMW工法开始推广使用,地下连续墙被大量采用,逆作法施工、支护结构与主体结构相结合的设计方法开始得到重视和运用。

进入21世纪以后,出现了更深、更大的深基坑工程,基坑面积达到4万~ 5万m 2 ,深度超过30 m,最深达到50 m,逆作法施工、支护结构与主体结构相结合的设计方法在更多的工程中推广应用。

2)深基坑工程的特点

(1)影响深基坑工程质量与安全的因素众多

深基坑工程的质量与安全和勘察、设计、施工、监测、现场管理及周边环境等因素密切相关。

(2)深基坑工程越来越深,面积越来越大

越来越深、越来越大的深基坑工程对设计理论和施工技术都提出了更严格的要求,特别是支撑系统的布置、围护墙的位移及坑底隆起的控制均有相当难度。

(3)施工场地越来越紧凑

随着旧城改造的推进,基坑工程经常在紧靠重要市政公用设施的已建或在建的密集建筑群中施工,场地狭窄,增加了施工难度,这必须通过有效的资源整合才能解决。另外,相邻场地的基坑施工,如沉桩、降水、挖土等施工环节会影响与制约施工安全,也会增加协调工作的难度。

(4)深基坑工程的地质条件往往较差

城市建设场地只能根据城市规划确定,深基坑工程的地质条件往往较差。在土质软弱、高水位及其他复杂条件下开挖深基坑,很容易产生土体滑移、基坑失稳、桩体变位、坑底隆起、支挡结构严重漏水等危害,对周边建筑物、地下构筑物及管线的安全也会造成很大威胁。

(5)深基坑支护结构具有多样性

不同的深基坑支护结构各有其适用范围和优缺点,在相同的地质条件下往往有几种不同的支护结构可以采用,可通过多方面比较,从中选择最合适的深基坑支护结构。

(6)深基坑工程施工周期长

深基坑工程从开挖到完成地面以下的全部隐蔽工程,所需的时间很长,往往会经历多次降雨、周边堆载或振动等,对基坑稳定性不利。

3)深基坑工程的施工安全状况

近年来,深基坑工程的数量、规模、分布急剧增加,同时暴露出来的安全问题也越来越多。总体来看,目前我国深基坑工程的安全问题可分为以下几类:

(1)基坑周边环境破坏

因降水、土方开挖引起周围地表不均匀沉降,导致的路面开裂、管道断裂、邻近建(构)筑物沉降或倾斜。

(2)深基坑支护体系破坏

深基坑支护体系破坏包括以下4个方面:基坑支护体系折断、基坑支护体系整体失稳、支护结构墙底向基坑内发生较大的“踢脚”变形和基坑内撑失稳。

(3)土体渗透破坏

土体渗透破坏包括以下两个方面:基坑坑底或土壁发生“流砂现象”和基坑坑底管涌。

(4)其他方面的安全事故

其他方面的安全事故包括由于机械设备故障、施工失误或天气等原因造成的基坑安全事故。

2.1.2 深基坑工程安全等级

建筑深基坑是指为进行建(构)筑物地下部分的施工及地下设施、设备埋设,由地面向下开挖,深度大于或等于5 m的空间。住房和城乡建设部在《危险性较大的分项分部工程安全管理办法》中规定:开挖深度≥5 m的基坑(槽)的土方开挖、支护、降水工程;或开挖深度虽未超过5 m,但地质条件、周围环境和地下管线复杂的土方开挖、支护、降水工程;或影响毗邻建(构)物安全的基坑(槽)的土方开挖、支护、降水工程,是属于“超过一定规模的危险性较大的分部分项工程范围”。因此,建筑深基坑工程施工应根据深基坑工程地质条件、水文地质条件、周边环境保护要求、支护结构类型及使用年限、施工季节等因素,注重地区经验,因地制宜、精心组织,确保安全。

为了便于工程应用,根据现行国家标准《建筑地基基础设计规范》规定的地基基础设计等级,结合基坑本体安全、工程桩基与地基施工安全、基坑侧壁土层与荷载条件、环境安全等因素将基坑施工安全等级划分为一级和二级,具体划分条件见表2.1。

表2.1 建筑深基坑工程施工安全等级

2.1.3 深基坑工程支护机构的类型与适用条件

深基坑工程土石方开挖的施工工艺一般有两种:一是放坡开挖(无支护开挖),该工艺既简单又经济,在空旷地区或周围环境能保证边坡稳定的条件下应优先采用;二是有支护开挖,在城市或场地狭窄的地方施工,往往不具备放坡开挖的条件,此时只能选择在支护结构的保护下开挖。

根据基坑工程的特点,安全、合理地选择合适的支护结构,并进行科学的设计与施工是基坑工程要解决的主要内容。各种支护结构的类型及其适用条件见表2.2。

表2.2 各类支护结构的适用条件

续表

注:①当基坑不同部位的周边环境条件、土层性状、基坑深度等不同时,可在不同部位分别采用不同的支护形式。

②支护结构可采用上、下部以不同结构类型组合的形式。

③本表中的安全等级是指《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120—2012)中规定的支护结构的安全等级,而非基坑的安全等级。

2.1.4 深基坑工程施工要求

深基坑工程是属于“超过一定规模的危险性较大的分部分项工程”,必须慎重、认真地对待深基坑工程施工。不管是支护结构施工,土石方开挖、降排水施工,还是施工全过程的检查与检测,以及基坑的使用与维护,都必须从安全角度出发,认真组织、协调,以确保基坑施工安全。

1)深基坑工程施工全过程安全控制

深基坑工程施工的主要施工过程有支护结构施工(包括支撑的拆除)、地下水与地表水控制和深基坑土石方开挖。在全部施工过程中,应符合以下要求:

(1)确保施工条件与设计条件保持一致

深基坑工程施工过程中,开挖基坑条件、水文地质条件应与勘察报告的情况一致;周边环境保护(包括坑顶堆载条件,周边管线保护和建筑物、构筑物保护),都应与设计条件一致;基坑开挖全过程应与设计工况保持一致。

当基坑施工过程中发现地质情况或环境条件与原地质报告、环境调查报告不一致或环境条件发生变化时,应暂停施工,并及时会同相关设计、勘察单位经过补充勘察、设计验算或设计修改后方可恢复施工。对涉及方案选型等重大方案修改的基坑工程,应重新组织评审和论证。

(2)重视施工全过程的安全检查与检测

施工前,应检查周边环境是否符合基坑施工安全要求。基坑开挖期间,应检查降水效果是否符合土方开挖的要求,是否按照分层分段原则进行挖土;除此之外,还应及时检查基坑变形的监测数据并进行分析,以确保深基坑工程施工安全。在整个施工期间,应检查降水、土方开挖、支护结构体系施工及拆除等施工阶段的用电、消防、防台防汛等安全技术措施是否落实,机械设备的使用和维护的安全技术措施是否落实。

(3)开展信息施工法

所谓信息施工法,就是根据施工现场的地质情况和监测数据,对地质结论、设计参数进行验证,对施工安全性进行判断并及时调整施工方案的施工方法。深基坑工程施工过程中应全面落实信息化施工技术,当安全监测结果达到报警值后,启动应急预案,组织专家会同基坑设计、监测、监理等单位进行专门论证,查明原因后恢复施工。基坑工程实施信息施工法应符合下列规定:

①施工准备阶段应根据设计要求和相关规范要求建立基坑安全监测体系。

②土方开挖、降水施工前,监测设备和元器件应安装、调试完成。

③高压旋喷注浆帷幕、三轴搅拌帷幕、土钉、锚杆等注浆类施工时,应通过对孔隙水压力、深层土体位移等的监测和分析,评估水下施工对基坑周边环境的影响,必要时应调整施工速度、工艺和工法。

④对同时进行土方开挖、降水、支护结构、截水帷幕、工程桩等施工的基坑工程,应根据施工现场施工和运行的具体情况,通过试验和实测,区分不同危险源对基坑周边环境造成的影响,并采取相应的控制措施。

⑤应根据实施阶段和工况节点对变形控制指标进行控制目标分解。当阶段性控制目标或工况节点控制目标超标时,应立即采取措施对下一阶段或工况节点实现累加控制目标。

⑥应建立基坑安全巡查制度,及时反馈,并应有专业技术人员参与。

2)施工单位在基坑工程施工前应具备的技术资料

(1)基坑环境调查报告

明确基坑周边市政管线现状及渗漏情况,邻近建(构)筑物基础形式、埋深、结构类型、使用状况;相邻区域内正在施工和使用的基坑工程情况;相邻建筑工程打桩振动及重载车辆通行等情况。

(2)基础支护及降水设计施工图

对施工安全等级为一级的基坑工程,明确基坑变形控制设计指标,明确基坑变形、周围保护建筑、相关管线变形报警值。基坑工程设计施工图必须按有关规定通过专家评审。

(3)基坑工程施工组织设计

深基坑工程设计与施工组织设计编制时,应将开挖影响范围内的塔吊荷载、临建荷载、临时边坡稳定性等纳入设计验算范围。基坑工程施工组织设计必须按有关规定通过专家论证。

(4)基坑安全监测方案

基坑工程施工,除应按《建筑基坑工程监测技术规范》的规定进行第三方专业监测外,施工方应同时编制安全监测方案并实施施工监测。对施工安全等级为一级的基坑工程,应进行基坑安全监测方案的专家评审。

3)施工单位在深基坑工程实施前应进行的工作

①组织所有施工技术人员熟悉设计文件、工程地质与水文地质报告、安全监测方案和相关技术标准,并参与基坑工程图纸会审和技术交底。

②进行施工现场勘查和环境调查,进一步了解施工现场、基坑影响范围内地下管线、建筑物地基基础情况,必要时可制订预先加固方案。

③掌握支护结构施工与地下水控制、土方开挖、安全监测的重点与难点,明确施工与设计和监测进行配合的义务与责任。

④按照评审通过的基坑工程设计施工图、基坑工程安全监测方案、施工勘查与环境调查报告等文件,编制基坑工程施工组织设计,并应按照有关规定组织施工开挖方案的专家论证。施工安全等级为一级的基坑工程尚应编制施工安全专项方案。

4)深基坑工程施工组织设计应包含的主要内容

深基坑施工组织设计是根据完整的工程技术资料和设计图纸,对深基坑工程的全部生产施工活动进行全面规划和部署的主要技术管理文件,应包含以下内容:

①支护结构施工对环境的影响预测及控制措施。

②降水与排水系统设计。

③土石方开挖与支护结构、降水配合施工的流程、技术与要求。

④冬雨季期间开挖施工、地下管线渗漏等极端条件下的施工安全专项方案。

⑤基坑工程安全应急预案。

⑥基坑安全使用的维护要求与技术措施。 oDTiED45sGNPUCJhi4DmwpGHbUOJKwbH4duDaHPKQ2fMyQzd1FdaJ/oPwPQtmbBD

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