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1.基坑是在基础设计位置按基底标高和基础平面尺寸所开挖的土坑。
二、分级
一级:重要工程或支护结构做主体结构的一部分,开挖深度大于10米,与临近建筑物、重要设施的距离在开挖深度以内的基坑,基坑范围内有历史文物、近代优秀建筑、重要管线等需要严加保护的基坑。
二级:介于一级基坑、三级以外的基坑。
三级:开挖深度小于或等于7米,且周围环境无特殊要求的基坑。
三、危大工程定义
1.基坑工程(危险性较大的分部分项工程)
1.1 开挖深度超过3m(含3m)的基坑(槽)的土方开挖、支护、降水工程。
1.2 开挖深度虽未超过3m,但地质条件、周围环境和地下管线复杂,或影响毗邻建、构筑物安全的基坑(槽)的土方开挖、支护、降水工程。
2.超过一定规模的危险性较大的分部分项工程
开挖深度超过5m(含5m)的基坑(槽)的土方开挖、支护、降水工程。
四、基坑常见事故类型
4.1深基坑工程主要突出四个特点
4.1.1 深基坑距离周边建筑越来越近:由于城市的改造与开发,基坑四周往往紧贴各种重要的建筑物,如轨道交通设施、地下管线、隧道、天然地基民宅、大型建筑物等,设计或施工不当,均会对周边建筑造成不利影响。
4.1.2 深基坑工程越来越深,随着地下空间的开发利用,基坑越来越深,对设计理论与施工技术都提出的更难的要求。如无锡恒隆广场基坑深近27m,上海中心深基坑达30m,均已挖入了承压水层。
宁波嘉和中心二期项目基坑,平均开挖深度18.3m,最大挖深25.9m,整体为3层地下室布局,局部有夹层。
4.1.3 基坑规模与尺寸越来越大。
图为天津西站二期项目基坑,总面积为39000m2,基坑周长达855m。
4.1.4 施工场地越来越紧凑 。
图为宁波春江花城二期项目基坑全景,地下室距离外墙用地红线仅3.5m。
4.2 深基坑工程安全事故类型很多,成因也较为复杂,可分为以下三类:
4.2.1基坑周边环境破坏
施工过程中,会对周围土体有不同程度的扰动,主要表现为引起周围地表不均匀下沉。引起周围地表沉降的因素大体有:基坑墙体变位;基坑回弹、隆起;井点降水引起的地层固结;抽水造成砂土损失、管涌流砂等。
4.2.2 深基坑支护体系破坏包括以下4个方面的内容:
1)基坑围护体系折断事故
主要是由于施工抢进度,超量挖土,支撑架设跟不上,是围护体系缺少大量设计上必须的支撑,或者由于施工单位不按图施工,抱侥幸心理,少加支撑,致使围护体系应力过大而折断或支撑轴力过大而破坏或产生大变形。
2)基坑围护体整体失稳事故
深基坑开挖后,土体沿围护墙体下形成的圆弧滑面或软弱夹层发生整体滑动失稳的破坏。右图为某深基坑围护整体失稳破坏事故。
3)基坑围护踢脚破坏
由于深基坑围护墙体插入基坑底部深度较小,同时由于底部土体强度较低,从而发生围护墙底向基坑内发生较大的“踢脚”变形,同时引起坑内土体隆起。下图为某深基坑发生“踢脚”破坏。
4)坑内滑坡
在火车站、地铁车站等长条形深基坑内区放坡挖土时,由于放坡较陡、降雨或其他原因引起的滑坡可能冲毁基坑内先期施工的支撑及立柱,导致基坑破坏。下图为2009年杭州地铁1号线凤起路站坑内土体滑坡引起的支撑体系破坏。
4.2.3 土体渗透破坏:包括以下3个方面内容:
1)基坑壁流土破坏:在饱和含水地层(特别是有砂层、粉砂层或者其他的夹层等透水性较好的地层),由于围护墙的止水效果不好或止水结构失效,致使大量的水夹带砂粒涌入基坑,严重的水土流失会造成地面塌陷。右图为某深基坑止水帷幕渗漏、桩间流土事故。
2)底基坑底管涌破坏:在砂层或粉砂底层中开挖基坑时,在不打井点或井点失效后,会产生冒水翻砂(即管涌),严重时会导致基坑失稳。下图为某水电站二期深基坑出现管涌 。
五、典型事故案例分析
案例1:某地铁2号线工地发生一起透水坍塌重大事故,造成11人死亡、1人失踪、8人受伤,直接经济损失5323.8万元。
事故原因:
事故主要原因是盾尾密封承压性能下降遭遇特殊地质环境等因素叠加,引发隧道透水坍塌。
直接原因:
①事故发生段存在深厚富水粉砂层且临近强透水的中粗砂层,地下水具有承压性,盾构机穿越该地段时发生透水涌砂涌泥坍塌的风险高。
②盾尾密封装置在使用过程密封性能下降,盾尾密封被外部水土压力击穿,产生透水涌砂通道。
③涌泥涌砂严重情况下在隧道内继续进行抢险作业,撤离不及时。
④隧道结构破坏后,大量泥砂迅猛涌入隧道,在狭窄空间范围内形成强烈泥砂流和气浪向洞口方向冲击,导致部分人员逃生失败,造成了人员伤亡的严重后果。
案例2:某广场基坑坍塌导致3人死亡,4人受伤,地铁二号线停运近一天,7层的海员宾馆倒塌,多家商铺失火被焚,一栋7层居民楼受损,三栋居民被迫转移。
超挖:原设计深度只有16.2m,而实际开挖深度为20.3m,超深4.1m,造成原支护桩成为吊脚桩。
地质条件:从地质勘察资料反应和实际开挖揭露,南边地层向坑内倾斜,并存在软弱透水夹层,随着开挖深度增大,导致深部滑动。
服务时间超长:基坑支护结构服务年限一年,实际从开挖到出事已有近三年,导致开挖地层的软化渗透水和已施工构件的锈蚀以及锚索预应力的损失,强度降低,甚至失效。
超载:事故发生前在南边坑顶因施工而造成东段严重超载,成为了基坑滑坡的导火线。
应急不到位:从施工纪要和现场监测结果分析,在基坑滑坡前已有明显预兆,但没有引起应有的重视,更没有采取针对性的措施,也是导致事故的原因之一。
六、基坑支护方式
6.1支护结构选择
支护结构选型时,应综合考虑下列因素:
1 基坑深度;
2 土的性状及地下水条件;
3 基坑周边环境对基坑变形的承受能力及支护结构一旦失效可能产生的后果;
4 主体地下结构及其基础形式、基坑平面尺寸及形状;
5 支护结构施工工艺的可行性;
6 施工场地条件及施工季节;
7 经济指标、环保性能和施工工期。
6.2 各类支护结构的适用条件
6.3 一般基坑支护方式
深度不大的三级基坑(7米以下),当放坡开挖有困难时,可采用短柱横隔板支撑、临时挡土墙支撑、斜柱支撑、锚拉支撑等支护方法。
横撑式土壁支撑:
可分为水平挡土板及垂直挡土板两大类。前者挡土板的布置又分为间断式和连续式两种。湿度小的粘性土挖土深度<3m时,可用间断式水平挡土板支撑。对松散、湿度大的土可用连续式水平挡土板支撑,挖土深度可达5m。对松散和湿度很高的土可用垂直挡土板式支撑,其挖土深度不限。
简易支护:
放坡开挖的基坑,当部分地段放坡宽度不够时,可采用短柱横隔板支撑、临时挡土墙支撑等简易支护方法进行基础施工。仅适用于部分地段放坡不够、宽度较大的基坑(塔吊的基础护壁)使用。
斜柱支撑:
先沿基坑边缘打设柱桩,在柱桩内侧支设挡土板并用斜撑支顶,挡土板内侧填土夯实。适用于深度不大的大型基坑使用。
锚拉支撑:
先沿基坑边缘打设柱桩,在柱桩内侧支设挡土板,柱桩上端用拉杆拉紧,挡土板内侧填土夯实。适用于深度不大、不能安设横(斜)撑的大型基坑使用。
6.4 深基坑支护方式
支护基本要求:
a、确保支护结构能起挡土作用,基坑边坡保持稳定;
b、确保相邻的建(构)筑物、道路、地下管线的安全;
c、不因土体的变形、沉陷、坍塌受到危害;
d、通过排降水,确保基础施工在地下水位以上进行。
排桩支护:
开挖前在基坑周围设置砼灌注桩,桩的排列有间隔式、双排式和连续式,桩顶设置砼连系梁或锚桩、拉杆。施工方便、安全度好、费用低。
钢筋砼灌注桩的排列方式,直径0.6~1.1m的钻孔灌注桩可用于深7~13m的基坑支护,直径0.5~0.8m的沉管灌注桩可用于深度在10m以内的基坑支护,单层地下室常用0.8~1.2m的人工挖孔灌注桩(慎用)作支护结构。
土钉墙支护:
天然土体通过钻孔、插筋、注浆来设置土钉(亦称砂浆锚杆)并与喷射砼面板相结合,形成类似重力挡墙的土钉墙,以抵抗墙后的土压力,保持开挖面的稳定。也称为喷锚网加固边坡或喷锚网挡墙。
土钉支护施工工艺
开挖工作面:土钉支护应自上而下分段分层进行,分层深度视土层情况而定,工作面宽度不宜<6m,纵向长度不宜<10m。
喷射第一层砼:为防止土体松弛和崩解,须尽快做第一层喷射砼,厚度不宜<40~50mm。喷射砼水泥用量≮400kg/m3。
土钉成孔:土钉成孔直径70~120mm、向下倾角15~20°,成孔方法和工艺由承包商根据土层条件、设备和经验而定。
安设土钉、注浆:土钉有单杆和多杆之分,单杆多为Φ22~32mm的粗螺纹钢筋,多杆一般为2~4根Φ16mm钢筋。采用灰浆泵注浆,土钉注浆可不加压。
挂钢筋网、喷射砼面层:钢筋网通常直径Φ6~10、间距200~300mm,与土钉连接牢固。钢筋与第一层喷射砼的间隙≮20mm。设置双层钢筋网时,第二层钢筋网应在第一层钢筋网被覆盖后铺设。砼面板厚度50~100mm。
锚杆支护:
是在未开挖的土层立壁上钻孔至设计深度,孔内放入拉杆,灌入水泥砂浆与土层结合成抗拉力强的锚杆,锚杆一端固定在坑壁结构上,另一端锚固在土层中,将立壁土体侧压力传至深部的稳定土层。
适于较硬土层或破碎岩石中开挖较大较深基坑,邻近有建筑物须保证边坡稳定时采用。
锚杆的制作与安装:包括下料、除锈防腐、焊接导向锥、绑扎、入孔六个步骤。拉杆常用钢管、粗钢筋或钢丝束、钢绞线制成的锚索。锚索预留长度为1- 1.5m,锚固段间隔1-2m设置隔离架和紧箍环,中心布置灌浆管;自由段外套塑料管,前端切实作好隔浆措施。
灌浆:基坑锚杆常采用埋管式灌浆的一次灌浆法,即由孔底向上有压一次性灌浆,压力≮0.6~0.8MPa,砂浆至孔口溢满为止,注浆管不拔出;当土体松散或岩石破碎易发生漏浆时采用二次灌浆法。
预应力张拉及封锚:与结构施工预应力张拉及封锚工艺相同。
挡土灌注桩与土层锚杆结合支护:
桩顶不设锚桩、拉杆,而是挖至一定深度,每隔一定距离向桩背面斜向打入锚杆,达到强度后,安上横撑,拉紧固定,在桩中间挖土,直至设计深度适于大型较深基坑,施工期较长,邻近有建筑物,不允许支护、邻近地基不允许有下沉位移时使用。
钢板桩支护:
当基坑较深、地下水位较高且未施工降水时(道路),采用板桩作为支护结构,既可挡土、防水,还可防止流砂的发生。板桩支撑可分为无锚板桩(悬臂式板桩)和有锚板桩。常用的钢板桩为U型钢板桩,又称拉森钢板桩。
1)无锚板桩
从一角开始逐块插打,每块钢板桩自起打到结束中途不停顿。打法简便、快速,但单块打入易向一边倾斜,累计误差不易纠正,壁面平直度也较难控制。仅在桩长<10m、工程要求不高时采用。又称单独打入法。
2)有锚板桩的双层围檩插桩法
是先沿板桩边线搭设双层围檩支架,然后将板桩依次在双层围檩中全部插好,形成一个高大的板桩墙。待四角封闭合拢后,再按阶梯形逐渐将板桩一块块打至设计标高。该打法可保证平面尺寸准确和板桩垂直度,但施工速度慢。
地下连续墙支护:
先建造钢筋砼地下连续墙,达到强度后在墙间用机械挖土。该支护法刚度大、强度高,可挡土、承重、截水、抗渗,可在狭窄场地施工,适于大面积、有地下水的深基坑施工。
挡墙+内撑支护:
当基坑深度较大,悬臂式挡墙的强度和变形无法满足要求、坑外锚拉可靠性低时,则可在坑内采用内撑支护。它适用于各种地基土层,缺点是内支撑会占用一定的施工空间。常用有钢管内撑支护和钢筋砼构架内撑支护。
1)钢管内支撑
钢管支撑一般采用Φ609钢管,用不同壁厚适应不同的荷载。钢管支撑的形式为对撑或角撑,对撑的间距较大时,可设置腹杆形成桁架式支撑。
2 )钢筋砼内支撑
钢筋砼内支撑刚度大、变形小,能有效控制挡墙和周围地面的变形。它可随挖土逐层就地现浇,形式可随基坑形状而变化,适用于周围环境要求较高的深基坑。
7、典型隐患及管控要点
7.1典型隐患
实体方面:
边坡未有效防护、边坡堆放物料、未见危大工程告知牌和警示标志
沟槽开挖未放坡(方案要求放坡系数为1:0.75),且开挖位置上部有较多堆土,土体含水较多(稳定性较差),开挖存在较大坍塌风险
7.2 管控要点
1.勘察
详尽搜集工程地质和水文地质资料。
认真查明地上、地下各种管线(如上下水、电缆、煤气、污水、雨水、热力等管线或管道)的分布和性状、位置和运行状况。
充分了解和查明周围建(构)筑物的状况。
充分了解和查明周围道路交通状况。
充分了解周围施工条件。
2.方案
(一)工程概况:危大工程概况和特点、施工平面布置、施工要求和技术保证条件;
(二)编制依据:相关法律、法规、规范性文件、标准、规范及施工图设计文件、施工组织设计等;
(三)施工计划:包括施工进度计划、材料与设备计划;
(四)施工工艺技术:技术参数、工艺流程、施工方法、操作要求、检查要求等;
(五)施工安全保证措施:组织保障措施、技术措施、监测监控措施等;
(六)施工管理及作业人员配备和分工:施工管理人员、专职安全生产管理人员、特种作业人员、其他作业人员等;
(七)验收要求:验收标准、验收程序、验收内容、验收人员等;
(八)应急处置措施;
(九)计算书及相关施工图纸。
(一)工程概况:危大工程概况和特点、施工平面布置、施工要求和技术保证条件;
特点:周边环境要关注,河流、山地等
(二)编制依据:相关法律、法规、规范性文件、标准、规范及施工图设计文件、施工组织设计等;
(三)施工计划:包括施工进度计划、材料与设备计划;
(四)施工工艺技术:技术参数、工艺流程、施工方法、操作要求、检查要求等;
(五)施工安全保证措施:组织保障措施、技术措施、监测监控措施等;
(六)施工管理及作业人员配备和分工:施工管理人员、专职安全生产管理人员、特种作业人员、其他作业人员等;
七)验收要求:验收标准、验收程序、验收内容、验收人员等;
3.交底
两级交底(方案+安全技术交底)
4.土方开挖
作业前检查
开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖
基坑采用工具式防护围栏,设置踢脚板、警示标志
规范施工-基坑荷载
(1)基坑、边坡和基础桩孔边堆置各类建筑材料的,应按规定距离堆放;各类施工机械距基坑、边坡和基础桩孔边的距离,应根据设备重量、基坑、边坡和基础桩的支护、土质情况确定,堆载不得超过设计规定。
(2)各类施工机械施工与基坑、边坡的距离小于规定时,应对施工机械作业范围内的基坑支护、地面等采取加固措施。
基坑监测
1、监控方案
基坑开挖前应制定系统的开挖监控方案,监控方案应包括监控目的、监测项目、监控报警值、监测方法及精度要求、监测点的布置、监测周期、工序管理和记录制度以及信息反馈系统等。
2、监测项目
基坑工程监测可按基坑侧壁安全等级(分为一、二、三级)选择监测项目,具体分为:支护结构位移;周围建筑物、地下管线变形;地下水位;桩、墙内力;锚杆拉力;支撑轴力;立柱变形;地体分层竖向位移;支护结构界面上侧向压力。
4、监控报警
基坑监测项目的监控报警值应根据监测对象的有关规范及支护结构设计要求确定。
5、监测周期(1)监测项目在基坑开挖前应测得初始值,且不应少于两次。
(2)各项监测的时间间隔可根据施工进程确定。当变形超过有关标准或监测结果变化速率较大时,应加密观测次数。当有事故征兆时,应连续监测。
(3)深基坑工程进行水平和垂直位移监测应在施工前进行一次,施工期每天监测不少于一次;监测过程中发现监测对象变形发展较快则应增加监测次数,围护结构增体最大位移或地面最大沉降超过以下值时应增加监测次数:
一级基坑:5mm、3 mm;
二级基坑:8mm、6mm;
三级基坑:10mm、10mm。
6、 监测报告基坑开挖监测过程中,应根据设计要求提交监测日报、阶段性监测报告。工程结束时应提交完整的监测总结报告,报告内容应包括:
(1)工程概况。
(2)监测项目和各测点的平面和立面布置图。
(3)采用仪器设备和监测方法。
(4)监测数据处理方法和监测结果过程曲线。
(5)监测结果评价。
重视变形观测记录
应急管理:
做法:
应急措施要妥当
堵有东西(大门口、基坑马道边)
疏排有图(集水点、排水点要有图)
重视巡查:
现场验收
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