深基坑工程安全问题.doc

深基坑工程安全问题.doc

《深基坑工程安全问题.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《深基坑工程安全问题.doc（8页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

深基坑工程的安全问题

深基坑工程是一门风险很性工程

也是一门系统工程

·涉及多学科的知识

·土力学

·基础工程

·混凝土结构工程

·钢结构工程

·原位测试技术

·测量技术等

一个成功的深基工程,首先应该是安全的

·既要保证支护结构自身的安全，使基坑开挖和地下结构施工能顺利进行

·又要保证周围环境（包括周围的建筑物、构筑物、道路、地下管线）的安全。

安全大前提，只有安全的支护结构，才能谈到合理的、经济的

·近年来，在基坑工程中，事故频发，险情不断，既影响了建设进度，又造成了严重的经济损失和不良

的社会影响，深基坑工程的安全问题已引起了各面的严重关注

1.深基坑工程的特点

1）深基坑工程是临时工程、但周期较长

·临时思想，能省则省

·周期较长，季节变化

·雨雪

·堆载

·振动

·时间的延续

2）深基坑工程规模大（深度深、面积大）、造价高

·大深度、大面积

·边长超百（米）

·面积过万（平方米）

·造价高、投资大

·与临时性是一对矛盾

3）深基坑工程的工程地质和水文地质条件复杂

·深大基坑在不同位置与深度处的地质条件（土层构造、性质，地下水埋藏情况等）不尽相同，有时甚至相差很大

4）深基坑工程施工条件差、与周围环境相互影响大

·深基坑周围环境条件复杂多变，对施工尤其是支护桩施工可能有诸多限制或不利因素，如场地狭窄、噪音限制、振动限制、施工时间限制等，在设计及选择施工方案时均需加以考虑。

5）深基坑工程具有时空效应

·时空效应指深基坑开挖的空间几何尺寸和暴露时间与支护结构变形和坑周地层位移之间的相关性。

·在深大基坑施工中，控制变形往往是设计与施工的重点。

·深基坑设计必须考虑支护结构在不同施工阶段亦即不同工况条件下的内力与变形。

6）深基坑工程事故后果严重

·理论发展尚不完善、技术复杂、变化因素多、涉及范围广、对周围环境影响大。

·一旦发生事故，后果十分严重，处理也很困难。

·往往造成基坑破坏、人员伤亡、周围房屋受损甚至倒塌、地下管线断裂等。

·既延误工期、引起较大的经济损失，又造成不良的社会影响。

2、深基坑工程事故原因分析

·从深基坑工程事故中吸取经验教训，分析事故原因是最好的方法，正所谓“前事不忘，后事之师”。

·通过研究其实践经验教训，结合科学研究和更多成功的工程经验，我们试图对深基坑工程存在的问题进行探讨以期能进一步提高认识，促进技术发展。

2．1勘察失误

·深基坑所在位置处的工程地质和水文地质条件是确定支护方法、地下结构施工方法、地下水处理方法等的重要依据。

·勘察工作的失误，势必对支护结构方案的正确选择和设计计算的准确性造成影响，给工程的实施留下隐患。

1）勘察资料不全面或参数不足

·①忽略基坑及坑底下一定深度土层的参数，而这正是支护结构设计所必须的。

·②勘探孔位距离基坑及其侧壁过远或勘探孔间距过大。

·例：

缺淤泥质粘土指标（估计耳=12°，C=12kP）

·大面积滑移，最大位移1.2米

·③对于软土基坑，缺少坑底或支护桩设计深度处的土体压缩模量、回弹模量、不排水搞剪强度等。

·④对地下各层含水层（上层滞水、潜水、承压水）的地下水，一般情况下只有地下水位和渗透系数。

2）勘察资料参数不准确

·①土层参数失真，内摩擦角耳和内聚力C取值错误，致使设计计算结果不准确，埋下事故隐患。

如某工程基坑10*200m，挖深9.5～10.5m，采用800m厚20m深地下连续墙，两道钢筋混凝土支撑。

地下20多米范围内为饱和流塑状灰色淤泥，其内摩擦角11.5°，内聚力12kPa。

而实际上内摩擦角为6.5°，内聚力13kPa，因此被动区抗力不足，连续墙整体滑移，基底隆起，支撑破坏，坑外地面下沉最大达4米。

·②地下水位、水渗透系数不准确。

地下水位不准确，则在进行止水帷幕设计时可能发生误差，渗透系数K则对降水设计产生较大影响。

如南京某基坑，按勘探报告提供的渗透系数计算，需设置10口管井，在实际施工时打设了14口，其出水量大大超出计算值，说明勘探报告中的渗透系数偏小。

·③内摩擦角和内聚力C因水（渗水、降雨）而减小。

·大面积塌方。

·因渗水、降雨等使土的含水量增加，内摩擦角耳和内聚力C下降。

·耳原为26°，事故发生后取样，耳变为16.28°。

2．2设计失误

·在深基坑事故中，由于设计不当而造成的大约有将近一半，既有方案选择问题，也有设计计算错误，更多的是由于设计师经验不足而造成各种失误。

1）设计方案选择失误

·①在未经验算与技术论证的情况下，盲目套用相似或相近工程的支护结构方案。

·②选择不合适的支护方案，如在淤泥质土层中采用土层锚杆、土钉墙等，使支护结构产生过大变形。

·③忽视变形过大对支护结构及其周边环境的不利影响，只求支护满足承载力（强度）要求，如在软土地区采用悬臂长度过大的支护桩墙，使支护桩变形过大。

·④在对周围环境保护要求严格的工程中，选择放披开挖、悬臂式支护桩墙、土钉墙、拉锚板桩等变形较大的形式。

2）支护结构上的作用（荷载）取值不当

·①地面荷载取值不当，如漏算或少算地面荷载，使支护桩承受的主动土压力大于计算值。

·②设计时，为了节约造价，过大折减主动土压力，使支护结构抗力不足。

3）地下水处理方案不妥

·①软土地区未设置止水帷幕。

·②止水帷幕长度不足，发生管涌。

·左图：

桩长12米

·挖深5-7米

·粉质粘土

·挖至7米时管涌

·桩长应为14米

·③坑内集水坑距离支护桩过近，使支护桩抗力减小。

·④坑内外水位差较大，冲溃坑底承压土层，造成管涌、流砂。

4）设计计算错误

①计算错误。

·基坑平面：

20*100米，挖深20米

·直径600mm灌注桩，中心间距1米，长20米，入土5米，顶部砌墙5.5米

·三层锚杆

·锚杆水平间距2.0、1.5、1.0米

·计算均取1.0米

·48根支护支护桩折断

·大面积塌方

②支护桩安全系数过低

·开挖11.2米，D700支护桩@1400，配20+10Φ22

·支护桩安全系数1.03

·施工质量差、坑边堆砖

·10根桩公倾倒、折断

·塌方1000立方

③未进行抗隆起、整体稳定验算

·珠海祖国广场逆作法

·挖深16.2米，四层钢支撑

·设计未进行坑底抗隆起和整体稳定性验算

·土方超开挖

·未能正确利用监测资料作出准确的分析和判断并提出应急措施

·支护桩踢脚外倾，钢支撑上崩，楼房倒塌

5）内支撑结构设计失误

①内支撑结构布置方式不当，如头道支撑位置位置过低，致使支护桩顶部变形过大；内支撑水平间距过大，承载宽度内的压力超过支撑杆件承载能力，被压屈。

②基坑平面较大时，采用钢支撑，杆件易失稳（压屈）

③当温度变化较大时，未考虑支撑系统产生的附加应力

④钢支撑节点构造不合理

⑤钢角撑计算或构造有问题，失稳

⑥中间支柱设计不周（立柱桩桩长不足、间距过大、节点构造不当等）

2.3施工失误

·1）施工方未能领会设计意图

·2）施工质量低下

①止水帷幕不连续

·实施方案与设计方案差异较大

·东南角止水帷幕未形成

②支护桩施工质量差（混凝土强度不足、颈缩、断桩）

③地下连续墙施工质量差

④锚杆或土钉长度不足、倾角不对

⑤内支撑位置错位，受力后杆件弯曲

⑥钢支撑焊接质量差，混凝土支撑混凝土质量差

3）施工程序、工艺等错误

·先挖后撑（锚杆）

·挖土机、载重汽车载坑边作业

·挖土机械随意碰撞支护结构（支护桩、内支撑、锚杆、立柱桩等）

·基坑底暴露时间过长

·换撑不当

·坑边堆载过大

4）抢挖、超挖、一挖到底

5）任意更改设计方案

2.4监测失误

·无监测

·监测内容过少

·对监测数据分析能力欠缺或不及时分析

·报警不及时

3.深基坑工程若干问题的探讨

3.1参数选择

·1）土压力

·主动土压力Ka

·静止土压力KO

·被动土压力Kp

·库仑土压力理论

·——挡土墙

·朗金土压力理论

·——光滑墙背挡土墙

3.2水压力计算

·2）水压力

·无渗流时，按静水压力考虑

·总应力法——水土合算（粘性土）

·有效应力法——水土分算（沙性土）

·有渗流时，按动水压力考虑

3.3支护方案确定

·对具体工程，其适用的（可用的）支护结构型式可能有多种，应综合考虑基坑开挖深度、基坑平面形状和尺寸、场地土的工程地质和水文地质条件、邻近建筑物的重要程度、地下管线的限制要求、工期、造价等因素，经多方案优选后确定。

3.4内支撑方案选择

·1）水平内支撑结构的平面布置

·支撑轴线宜避开柱网轴线，支撑水平距离应≥4m，机械挖土时应≥8m，支撑端部与支护桩墙间应设沿桩墙周边贯通的水平围檩即腰梁，腰梁沿长度方向水平支撑点的间距，对钢腰梁应≤4m，对钢筋混凝土腰梁应≤9m，在主支撑两侧设置八字撑（琵琶撑）来实现之。

①当基坑平面为长条形时，可采用单向布置的对撑或对撑与角撑的组合型式。

②矩形或多边形基坑应优先采用相互正交均匀布置的双向支撑机构。

如有向内凸出的阳角时，应在两个方向上均设支撑点。

多道水平支撑最上一道可为混凝土双向或环形内支撑，以下双线水平钢支撑，对变形控制严格时宜用多层混凝土双向内支撑。

③当需要留设较大作业空间时，可用桁架式对撑，当基坑为方形或三角形时，亦可采用桁架式角撑结构。

采用环形混凝土内支撑是适宜的，也可以选择边桁架和对撑或角撑桁架的组合结构。

·对于长方形和多边形基坑，也可采用圈环形或其他结构的组合结构来布置内支撑。

·钢筋砼内撑钢度好

·中心区域采用了环梁，便于挖土机从坡道进入基坑

·边桁架和桁架式对撑或角撑组合对多边形基坑的适应性较强，

上海金茂大厦基坑支撑平面图

开挖深度主楼为19.65m，裙房15.1m，采用厚1m深36m地下连续墙支护，主楼四道，裙房三道钢筋混凝土内支撑，三个大空间，最大一个空间为主楼位置，图中涂黑部分为土方开挖阶段的栈桥式停机平台

3.5支护结构计算

·1）桩墙入土深度计算

·桩墙式支护结构抗倾覆稳定所需的入土深度可采用极限平衡法（又称被动侧极限应力法）计算；

·2）桩墙结构的内力与变形计算

·①三级基坑和地层较稳定、周围环境较简单的二级基坑，一般可采用极限平衡法计算；但支点钢度较小的多支点支护结构和需严格控制墙顶水平位移的悬臂结构宜采用侧向地基反力法（又称弹性支点法）计算；

·②一级基坑，地层软弱或周围环境复杂的二级基坑及空间作用明显的基坑，宜采用侧向地基反力法计算。

3.6变形问题

3.7稳定性验算

·边坡稳定

·抗隆起稳定

·整体稳定

·管涌验算

·坑底渗流量稳定验算

·承压水稳定验算

3.8信息化施工问题

深基坑支护工程的监测技术

·在基坑开挖前制定系统的监测方案，在开挖及地下结构施工中，用科学的仪器、设备和手段对支护结构、周边环境（土体、建筑物、道路、地下设施等）的位移、倾斜、沉降、应力、开裂、基底隆起及地下水位的动态变化、孔隙水压力变化等进行综合监测。

并对监测数据进行整理与分析，比较斟察、设计所预期的性状与监测结果的差别，对原设计成果进行评价并判断现有施工方案的合理性。

通过反分析法计算和修正岩土力学参数，预测一下施工阶段可能出现的新动态，为施工期间进行设计优化和合理施工提供可靠信息，对后续开挖提出建议，对有可能出现的险情进行及时预报，当有异常时立即采取必要技术措施，防患未然，确保安全。

2.监测点的布置与监测方法的确定

（1）支护结构监测

1）支护结构顶部水平位移监测

最重要的监测项目之一。

每间隔5～20m设一个监测点，每条直边至少3～4点，关键部位适当加密。

可选择以下方法进行监测：

①用铟钢丝、钢卷尺两用式