基坑工程风险分析及案例（PDF54页）

基坑工程风险及事故惠丽萍北京市市政工程设计研究总院基本内容一、基坑支护工程的特点二、基坑破坏主要分类三、基坑周边沉降的主要原因四、基坑支护结构施工质量问题五、基坑工程危险源辨识六、深基坑工程事故的调查统计七、深基坑工程事故原因分析八、深基坑工程事故应急处理措施一、基坑支护工程的特点1基坑工程技术难点：1）土力学的强度、变形、渗透三大课题全部出现；2）施工因素的影响既巨大而又具有非常的不确定性；3）各种破坏模式相互交叉，互为因果，设计计算模式与实际工况的差异性。2基坑工程技术特点：1）外力的不确定性。作用在支护结构上的外力往往随着环境条件、施工方法和施工步骤等因素的变化而改变。2）变形的不确定性。变性控制是支护结构设计的关键，但影响变形的因素很多。围护墙体的刚度、支撑(或锚杆）体系的布置和构件的截面特性、地基土的性质、地下水的性质及变化、开挖方式以及施工质量和现场管理水平等等都是产生变形的原因。3）土性的不确定性。地基土具有非均质性（成层、倾斜）和各向异性，是一种非弹非塑又有一定粘性的物质，其性质以及对结构的作用或提供的抗力还随施工过程或环境的变化而变化；4）一些偶然变化引起超载变化的不确定因素。事先没有掌握的地下障碍物、地下管线、水囊、不良地层，以及周围环境的改变等因素都会基坑工程的正常施工和使用；3土层的特点：1）三相：固相、液相、气相。土的三相组成的重量和体积之间的比例关系不同，则土的重量、含水性和密实程度等基本物理性质就各不相同，并随着各种条件（如水位变化、压实程度等）的变化而改变。2）土质分类性：粘性土和无粘性土。粘性土:如粘土、粉质黏土、淤泥质粘土等。粘性土随着本身含水量的变化，可以处于不同的物理状态：固体状态、可塑状态、流塑-流动状态，其工程性质也相应地发生很大的变化。无粘性土:碎石土、砂土、粉土。3）土层特性：（1）压缩性：土在压力作用下体积缩小。固体土粒和水的可压缩量小，主要是孔隙体积的减小。（2）土的固结：土的压缩量随压缩时间而增长。无粘性土：透水性大，固结快。粘性土：透水性小，固结慢。对于饱和软粘土，土的固结对各种变形影响很大。4）土的抗剪强度指标值的大小与试验时的条件有密切关系，尤其与排水条件有关，同一种土在不同排水条件下进行试验，可以得出不同的c和φ值。与取土条件也有很大关系。基坑支护结构计算时，抗剪强度指标对计算结果有决定性影响。要结合地层性质、排水条件、施工环境条件等进行取值。1地下水位以上的粘性土、粘质粉土，土的抗剪强度指标应采用三轴固结不排水抗剪强度指标ccu、φcu或直剪固结快剪强度指标ccq、φcq，砂质粉土、砂土、碎石土，抗剪强度指标应采用有效应力强度指标c´、φ´；2地下水位以下的粘性土、粘质粉土，可采用水、土压力合算方法。此时，对正常固结和超固结土，土的抗剪强度指标应采用三轴固结不排水抗剪强度指标ccu、φcu或直剪固结快剪强度指标ccq、φcq；对欠固结土，宜采用有效自重压力下预固结的三轴不固结不排水抗剪强度指标cuu、φuu；3对地下水位以下的砂质粉土、砂土和碎石土，应采用水、土压力分算方法。此时，土的抗剪强度指标应采用有效应力强度指标c´、φ´；对砂质粉土，缺少有效应力强度指标时，也可采用三轴固结不排水抗剪强度指标ccu、φcu或直剪固结快剪强度指标ccq、φcq代替；对砂土和碎石土，有效应力强度指标φ´可根据标准贯入试验实测击数和水下休止角等物理力学指标取值；采用水、土压力分算时，水压力可按静水压力计算；当地下水渗流时，宜按渗流理论计算水压力和土的竖向有效应力；当存在多个含水层时，应分别计算各含水层的水压力4有可靠的地方经验时，土的抗剪强度指标尚可根据室内、原位试验得到的其他物理力学指标，按经验方法确定。4建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012中规定：二、基坑破坏主要分类1周边环境破坏：（1）地面沉降过大、裂缝、塌方；（2）坑边建筑物沉降、倾斜、开裂或坍塌；（3）地下管线变形过大、断裂；（4）其他构筑物沉降过大。2基坑围护结构破坏：（1）围护桩（墙）体倾斜、变形过大、开裂、折断；（2）整体圆弧滑动失稳；（3）整体平移；（4）沉降过大。3基坑撑（锚）体系破坏（1）支撑失稳、崩塌；（2）斜撑端部腰梁滑移；（3）腰梁变形、不连续；（4）混凝土支撑开裂、失稳；（5）中间立柱沉降、倾斜；（4）锚杆变形过大、锚头失效、锚杆拔出。4坑底隆起、失稳：（1）基坑内外地基承载力失去平衡；（2）基底踢脚隆起过大。5土层渗透破坏：（1）侧壁漏水、涌砂、涌土；（2）坑底管涌、突涌。以上只是基坑破坏主要表现形式，实际工程中基坑事故的表现形式更为多样，其原因可能是某单一原因也可能是多个原因的叠加，当风险积累到使基坑支护结构达到某种极限状态时，就会出现某种破坏状态。6基坑破坏的主要形式基坑侧壁流砂地表不均匀沉降悬臂大变形踢脚失稳坑底隆起隆起失稳渗流坑壁变形大涌砂引起两侧受力不平衡围护结构强度不足、折断坑底承压水处理不当产生突涌基坑邻近水体，地下水连通导致坑底突涌坑内外水压差过大，坑底发生冒水翻砂坑内横向或纵向土体滑坡，纵坡滑移可能冲断横向支撑、导致基坑坍塌AB锚A与支撑距离太近，难以协调工作。可作为换撑使用。锚B可以代替一道支撑。撑、锚并用问题肥槽回填问题肥槽支撑问题1支护桩桩体（地连墙墙体）、土钉墙等向坑内变形（平移或弯曲变形）。2支撑杆件弯曲、变形。3少设支撑或支撑位置不合理。4腰梁与围护结构不密贴。5支撑与腰梁没有顶紧。6支撑（锚杆）预加应力值偏小，锚头锁定不合理。7锚杆（土钉）打设长度不足；锚杆锚固体直径或长度不够。8锚杆（土钉）打入软弱地层，锚固力下降。9桩缝（墙缝）间水土流失。10基坑边动力荷载频繁作用导致软弱地层抗剪指标下降。11基坑边荷载超过控制标准，地层固结沉降，坑壁压力增加。12分层、分段开挖过程存在超挖或架设锚杆（支撑）不及时。13坑底隆起过大。14基坑坑底暴露时间过长或被水浸泡导致地层强度降低。15软土基坑的坑内或坑外加固不及时或范围不足。16降水或地下水位下降引起地层固结。17雨水浸泡地层，坑壁水土压力增大，坑底土层软化。18基坑肥槽回填不密实。三、基坑周边沉降的主要原因四、基坑支护结构施工质量问题1冠梁施工冠梁技术要求：支护桩顶部冠梁的宽度不宜小于桩径，高度不宜小于桩径的0.6倍。地下连续墙墙顶冠梁宽度不宜小于墙厚,高度不宜小于墙厚的0.6倍。冠梁钢筋应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010对梁的构造配筋要求。冠梁用作支撑或锚杆的传力构件或按空间结构设计时，尚应按受力构件进行截面设计。冠梁绑筋冠梁预留钢支撑预埋件及防坠落措施桩位偏差大，部分桩顶钢筋未锚入冠梁内冠梁未预埋钢支撑预埋件2腰梁施工腰梁技术要求：1）钢腰梁与挡土构件间宜采用支架连接。2）支撑与腰梁斜交时，腰梁上应设置牛腿或采用其它能够承受剪力的连接措施；腰梁与挡土构件间应设置剪力传递构件，如抗剪镫。3）腰梁采用型钢组合时，应满足在锚撑集中荷载作用下的局部受压稳定与受扭稳定性的构造要求。4）混凝土腰梁应与挡土构件紧密接触，不得留有缝隙。5）钢腰梁与挡土构件间隙的宽度宜小于100mm，并应在钢腰梁安装定位后，用强度等级不低于C30的细石混凝土填充密实。平面立面斜撑端部牛腿、抗剪镫：腰梁连接不规范钢腰梁拼接、局压、连接部位问题腰梁质量缺陷实例钢支撑活动端松动、脱落腰梁背后是虚土腰梁背后填充不密实钢腰梁背后与挡土构件无可靠连接，不能将斜撑剪力传给挡土构件，有滑动失稳风险基坑端头围檩与围护结构间抗剪能力不足，围檩整体滑动3支撑施工钢支撑技术要求：1）支撑结构构件及其连接的受压、受弯、受剪承载力及各类稳定性计算应符合现行规范规定。2）钢支撑的承载力计算应考虑安装偏心误差的影响。3）基坑形状有阳角时，阳角处的斜撑应在两边同时设置4）支撑应与冠梁或腰梁设置可靠的连接。5）支撑中间的立柱及联系梁组成空间支撑体系，应采取可靠措施保证支撑体系的稳定。立柱及联系梁应能有效约束支撑的水平侧向和竖向位移。钢支撑端部设防脱落措施设中间临时立柱基坑钢支撑约束构造软土地区立柱间设剪刀撑支撑节点构造支撑施工质量缺陷实例活络头端部销栓缺陷活络头端部失稳钢支撑轴向精度不符合要求支撑施工质量缺陷钢支撑受挖机撞击用小的型钢代替钢管角撑支撑浇筑误差大临时立柱施工质量缺陷临时立柱脱空、偏移支撑与纵向杆固定弱土体立柱侧移不平衡而失稳4钻孔灌注桩的施工质量施工技术要求：1）灌注桩设有预埋件时，应根据预埋件的用途和受力特点的要求，控制其安装位置及方向。2）当施工方法不能保证钢筋的方向时，不应采用沿截面周边非均匀配置纵向钢筋的形式。3）桩位的允许偏差应为50mm；桩垂直度的允许偏差应为0.5%。4）排桩的桩间土应采取防护措施。围护桩向基坑外偏斜，网喷层固定困难灌注桩施工质量缺陷围护桩侵入结构线土体开挖高差达7.6米引起立柱偏压、偏移1.2m，导致支撑跨度加大、开裂5挖土与支撑配合不利土体坡度过陡，下雨易滑移支撑架设不及时涌水严重深圳地铁文锦站渗漏水现场基坑横剖面基坑纵向剖面26软土地区要先撑后挖，控制围护结构变形2010年5月深圳地铁5号线太安站基坑施工引起居民楼裂缝基坑开挖引起建筑物结构开裂破坏实例基坑开挖引起建筑物倾斜、下陷支撑剪切破坏锚杆锚固力低导致桩侧移基坑失稳，支撑破坏支撑剪切破坏坑壁漏水、渗流、坑底突涌实例止水帷幕渗漏，桩间流土宁波某基坑发生流土与地面塌陷破坏实例坑中坑地下水减压不到位出现突涌承压水突涌下雨导致坑内积水雨天导致基坑坍塌桩间泥土涌入，坑内反压地连墙接缝漏水土钉的锚固力不足引起边坡坍塌坑外大堆载及降水致土钉墙塌方基坑暴露时间过长加降雪、降雨致边坡滑坡基坑暴露时间过长，降雨积水边坡失稳广州地铁海珠广场基坑塌方原因：1.基坑原设计深度17米，实际局部开挖深度为20．3米，造成原支护桩变为吊脚桩；2.基坑南侧岩层向基坑内倾斜，不利于锚杆承载。3.基坑坡顶严重超载。4、基坑施工超过2年，暴露时间太长。水管爆裂，喷水冲刷地基围墙外道路坍塌围墙外道路坍塌引起建筑物破坏五、基坑工程危险源辨识1特殊保护要求的工程：临近地铁、高铁基础、历保建筑、危房、交通主干道、基坑边塔吊、污水管沟、给水管线、煤气管线等重要管线。2下列情况应列为重大危险源：1）基坑开挖对邻近建（构）筑物、设施造成安全影响或有特殊保护要求的；2）达到设计使用年限拟继续使用的基坑；3）改变现行设计方案，进行加深、扩大及改变使用条件的基坑；4）邻近在施工程：如打桩、基坑开挖、隧道施工、降水施工等；5）邻水的基坑。3下列情况应列为一般危险源：1）存在影响基坑工程安全性、适用性的材料低劣、质量缺陷、构件损伤或其它不利状态的情况；2）支护结构、工程桩施工产生的振动、剪切等可能产生流土、土体液化、渗流破坏；3）截水帷幕可能发生严重渗漏；4）交通主干道位于基坑开挖影响范围内，或基坑周围建筑物、构筑物、市政管线可能产生渗漏、管沟存水，或存在渗漏变形敏感性强的排水管等可能发生的水作用产生的危险源；5）雨季施工时土钉墙、浅层设置的预应力锚杆可能失效或承载力严重下降；6）侧壁为杂填土或淤泥等特殊性岩土；7）基坑开挖可能产生过大隆起；8）基坑侧壁存在振动、冲击荷载；9）内支撑因各种原因失效或发生破坏；10）对支护结构可能产生横向冲击荷载；11）台风、暴雨或强降雨降水施工用电中断、基坑降排水系统失效；12）土钉、锚杆蠕变产生过大变形及地面裂缝。根据资料，对103项深基坑工程事故的调查（见表）中可以看出，深基坑工程的事故原因是多方面的，其中设计失误造成的事故率较高。基坑工程故故原因统计表——————————————————————————————————序号发生事故的主要原因发生次数占总数的比例————————————————————————————————————————1工程勘察的失误32.9％2基坑设计失误3534.0％3荷载取值错误54.9％4支撑结构失稳43.88％5锚固结构失稳77.0％6忽视基坑稳定性65.8％7水处理不当2221.4％8施工方法错误54.9％9工程监测失误10.9