建筑深基坑工程安全管理与事故案例课件.ppt
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1、 建筑深基坑工程安全管理与事故案例 2013121420131214南京南京 20131278-2820131278-28武汉武汉 2014010620140106广州广州一、深基坑的概念及特点一、深基坑的概念及特点二、深基坑工程事故类型及处理措施二、深基坑工程事故类型及处理措施三、二期项目土方开挖阶段事故预防三、二期项目土方开挖阶段事故预防四、深基坑工程事故预防及处理四、深基坑工程事故预防及处理五、深基坑工程事故案例分析五、深基坑工程事故案例分析六、深基坑工程事故启示六、深基坑工程事故启示七、未来基坑支护发展方向七、未来基坑支护发展方向-内支撑内支撑一、深基坑的概念及特点一、深基坑的概念及特
2、点 危险性较大的分部分项工程安全管理办法的通知危险性较大的分部分项工程安全管理办法的通知规定:一规定:一 般深基坑是指开挖深般深基坑是指开挖深度超过度超过5 5米(含米(含5 5米)或地下室三层以上(含三层),或深度虽未超过米)或地下室三层以上(含三层),或深度虽未超过5 5米,但地质条米,但地质条件和周围环境及地下管线特别复杂的工程件和周围环境及地下管线特别复杂的工程本规定所称深基坑工程,包括工程勘本规定所称深基坑工程,包括工程勘察、围护结构设计、围护结构施工、察、围护结构设计、围护结构施工、地下水控制、基坑监测、土方挖填等地下水控制、基坑监测、土方挖填等内容内容1 1、 深基坑的概念深基坑
3、的概念由于岩土工程具有很强的地域性,所以各地对于深基坑的由于岩土工程具有很强的地域性,所以各地对于深基坑的定义也有所差别。定义也有所差别。 如上海、广东、山东、江西、南京规定如上海、广东、山东、江西、南京规定5m以上为深基坑。以上为深基坑。 宁波、厦门、苏州规定宁波、厦门、苏州规定4m以上为深基坑。以上为深基坑。 建筑工程预防坍塌事故若干规定建筑工程预防坍塌事故若干规定(建质建质200382号号 )危险性较大的分部分项工程安全管理办法危险性较大的分部分项工程安全管理办法(建质建质200987号号)建筑基坑工程监测技术规范建筑基坑工程监测技术规范(GB50497-2009)规定:深基坑是开挖深度
4、超过规定:深基坑是开挖深度超过5米的基坑或深度虽未超过米的基坑或深度虽未超过5 米,但地质情况和周围环境较复杂的基坑。米,但地质情况和周围环境较复杂的基坑。 也有一些专家的建议,可采用稳定系数也有一些专家的建议,可采用稳定系数Ns来判来判定:定: 其中:其中:(kN/m3);开挖深度;开挖深度(m),是土的不固结,是土的不固结不排水抗剪强度不排水抗剪强度(kPa)。对于。对于7的基坑为深基坑。的基坑为深基坑。(1)深基坑工程具有很强的区域性岩土工程区域性强,岩土工程中的深基坑工程区域性更强。如黄土地基、砂土地基、软粘土地基等工程地质和水文地质条件不同的地基中,基坑工程差异性很大。因此,深基坑开
5、挖要因地制宜,根据本地具体情况,具体问题具体分析,而不能简单地完全照搬外地的经验。(2)(2)深基坑工程具有很强的个性深基坑工程具有很强的个性 深基坑工程不仅与当地的工程地质条件和水文地质条件有关深基坑工程不仅与当地的工程地质条件和水文地质条件有关, ,还与基坑相邻建筑物、构筑物及市政地下管网的位置、抵御变还与基坑相邻建筑物、构筑物及市政地下管网的位置、抵御变形的能力、重要性以及周围场地条件有关。因此形的能力、重要性以及周围场地条件有关。因此, ,对深基坑工对深基坑工程进行分类程进行分类, ,对支护结构允许变形规定统一的标准是比较困难对支护结构允许变形规定统一的标准是比较困难的的, ,应结合地
6、区具体情况具体运用。应结合地区具体情况具体运用。2 2、 深基坑工程的特点深基坑工程的特点(3)基坑工程具有很强的综合性 深基坑工程涉及土力学中强度(或称稳定)、变形和渗流3个基本课题,三者融溶一起需要综合处理。有的基坑工程土压力引起支护结构的稳定性问题是主要矛盾,有的土中渗流引起土破坏是主要矛盾,有的基坑周围地面变形是主要矛盾。深基坑工程的区域性和个性强也表现在这一方面。同时,深基坑工程是岩土工程、结构工程及施工技术相互交叉的学科,是多种复杂因素相互影响的系统工程,是理论上尚待发展的综合技术学科。(4)深基坑工程具有较强的时空效应 深基坑的深度和平面形状,对深基坑的稳定性和变形有较大影响。在
7、深基坑设计中,要注意深基坑工程的空间效应。土体蠕变体,特别是软粘土,具有较强的蠕变性。作用在支护结构上的土压力随时间变化,蠕变将使土体强度降低,使土坡稳定性减小,故基坑开挖时应注意其时空效应。(5)深基坑工程具有较强的环境效应 深基坑工程的开挖,必将引起周围地基中地下水位变化和应力场的改变,导致周围地基土体的变形,对相邻建筑物、构筑物及市政地下管网产生影响。影响严重的将危及相邻建筑物、构筑物及市政地下管网的安全与正常使用。大量土方运输也对交通产生影响。所以应注意其环境效应。(6)深基坑工程具有较大工程量及较紧工期 由于深基坑开挖深度一般较大,工程量比浅基坑增加很多。抓紧施工工期,不仅是施工管理
8、上的要求,它对减小基坑变形,减小基坑周围环境的变形也具有特别的意义。 (7)深基坑工程具有很高的质量要求 由于深基坑开挖的区域也就是将来地下结构施工的区域,甚至有时深基坑的支护结构还是地下永久结构的一部分,而地下结构的好坏又将直接影响到上部结构,所以,必须保证深基坑工程的质量,才能保证地下结构和上部结构的工程质量,创造一个良好的前提条件,进而保证整幢建筑物的工程质量。 另一方面,由于深基坑工程中的挖方量大,土体中原有天然应力的释放也大,这就使基坑周围环境的不均匀沉降加大,使基坑周围的建筑物出现不利的拉应力,地下管线的某些部位出现应力集中等,故深基坑工程的质量要求高。(8)深基坑工程具有较大的风
9、险性 深基坑工程是个临时工程,安全储备相对较小,因此风险性较大。由于深基坑工程技术复杂,涉及范围广,事故频繁,因此在施工过程中应进行监测,并应具备应急措施。深基坑工程造价较高,但有时临时性工程,一般不愿投入较多资金,一旦出现事故,造成的经济损失和社会影响往往十分严重。(9)深基坑工程具有较高的事故率 深基坑工程施工周期长,从开挖到完成地面以下的全部隐蔽工程,常常经历多次降雨、周边堆载、振动等许多不利条件,安全度的随机性较大,事故的发生往往具有突发性。深基坑工程除通常具有区域性、个性、综合性、风险性等特点外,当前我国各深基坑工程除通常具有区域性、个性、综合性、风险性等特点外,当前我国各大城市深基
10、坑工程更突出了以下几个特点。大城市深基坑工程更突出了以下几个特点。近近 即深基坑离周边的环境保护对象近。即深基坑离周边的环境保护对象近。由于城市的改造与开发,基坑四周往往紧贴各种重要的建(构)筑物,如轨道交通设施、地下管线(煤气、水、电、通讯管道等)、隧道、防汛墙、天然地基民宅、古建筑、大型建筑物等,环境保护已成为突出问题,设计或施工不当,均会对环境造成不利影响。深深随着地下空间的开发利用,基坑越来越深,如无锡恒隆广场基坑深近27m,上海中心深基坑30m,均已挖入了承压水层。特别是在软土地区,对设计理论与施工技术都提出的更难的要求。二期项目平均开挖深度为二期项目平均开挖深度为18.3m18.3
11、m,最大,最大挖深为挖深为25.9m25.9m,整体三层地下室、局部,整体三层地下室、局部有夹层。有夹层。大大 基坑的规模与尺寸越来越基坑的规模与尺寸越来越大。大。目前随着我国高铁及地铁的迅猛发展,现在许多大城市的高铁站前广场下均修建或计划修建与地铁及汽车公交的地下换乘空间,如虹桥枢纽、天津西站、南京南站、济南西站等,均有大规模地下空间的开发。上海招商银行信用卡中心工程基坑面积达81000m2,无锡恒隆广场基坑面积35000m2。这类基坑在支护结构的设计中,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的难度。二期项目基坑面积约39000平方米,基坑周长约855米。天津中银天津中银
12、117大厦集高档商场、写字楼、商务公寓和六星级酒大厦集高档商场、写字楼、商务公寓和六星级酒店于一身店于一身,创以下五个方面之最创以下五个方面之最:一、单体工程基坑开挖面积之最:开挖面积达一、单体工程基坑开挖面积之最:开挖面积达13.913.9万平方米万平方米(324(324428m428m) 二、单体工程基坑土方工程量之最:约二、单体工程基坑土方工程量之最:约200200万立方米万立方米 三、房建工程基坑深度之最:达到三、房建工程基坑深度之最:达到3737米米 四、民用建筑工程桩之最:四、民用建筑工程桩之最: (1 1)长度之最:工程一期试桩确定长度为)长度之最:工程一期试桩确定长度为1211
13、21米,工程桩在米,工程桩在100100米以上。米以上。 (2 2)长径比之最:)长径比之最:121121:1 1 (3 3)水下浇注混凝土之最:)水下浇注混凝土之最:C55 C55 (4 4)钢筋规格之最:直径)钢筋规格之最:直径50mm50mm三级钢。三级钢。 (5 5)垂直度偏差之最:)垂直度偏差之最:1/300(1/150)1/300(1/150)。 五、已开工建设的单体建筑面积之最:规划建筑面积五、已开工建设的单体建筑面积之最:规划建筑面积120120万平万平方米。方米。 紧即场地紧凑。紧即场地紧凑。 市区大规模的改造与开发,其中不少以土地出让形式吸引外资、内资开发,为充分利用土地资
14、源,常要求建筑物地下室做足红线。场地可用空间小大大增加了施工难度。这必须通过有效的资源整合才能顺利实现。二期项目地下室距离外墙用地红线3.5米二、深基坑工程事故类型二、深基坑工程事故类型 基坑工程事故类型很多。在水土压力作用下,支护结构基坑工程事故类型很多。在水土压力作用下,支护结构可能发生破坏,支护结构型式不同,破坏形式也有差异。可能发生破坏,支护结构型式不同,破坏形式也有差异。渗流可能引起流土、流砂、突涌,造成破坏。围护结构渗流可能引起流土、流砂、突涌,造成破坏。围护结构变形过大及地下水流失,引起周围建筑物及地下管线破变形过大及地下水流失,引起周围建筑物及地下管线破坏也属基坑工程事故。粗略
15、地划分,基坑工程事故形式坏也属基坑工程事故。粗略地划分,基坑工程事故形式可分为:可分为: (1) (1) 周边环境破坏:周边环境破坏:围护结构变形过大或地下水位降围护结构变形过大或地下水位降低造成周围路面、建筑物及地下管线破坏事故。低造成周围路面、建筑物及地下管线破坏事故。 (2)(2) 支护体系破坏:支护体系破坏:主要包括:墙体折断;整体主要包括:墙体折断;整体失稳失稳; ; 基坑踢脚隆起破坏;基坑踢脚隆起破坏; 锚撑失稳。锚撑失稳。 (3) (3) 渗透破坏:渗透破坏: 土体渗透破坏(流土、管涌、突涌)。土体渗透破坏(流土、管涌、突涌)。20092009年上海莲花河畔景苑基坑边管桩折断破坏
16、致倒楼年上海莲花河畔景苑基坑边管桩折断破坏致倒楼1 1、 周边环境破坏周边环境破坏 支护结构变形引起的沉降支护结构变形引起的沉降 在深基坑工程施工过程中在深基坑工程施工过程中, ,会对周围土体有不同程度的会对周围土体有不同程度的扰动扰动 , ,一个重要影响表现为引起周围地表不均匀下沉一个重要影响表现为引起周围地表不均匀下沉 , ,从而影响周围建筑从而影响周围建筑 、构筑物及地下管线的正常使用、构筑物及地下管线的正常使用 , ,严重的造成工程事故严重的造成工程事故 。引起周围地表沉降的因素大体。引起周围地表沉降的因素大体有有 : :墙体变位墙体变位 ; ; 基坑回弹、隆起基坑回弹、隆起 ; ;井
17、点降水地层固结井点降水地层固结; ;抽水造成砂土损失、管涌抽水造成砂土损失、管涌 流砂流砂 等等 。在这些因素中又。在这些因素中又以前三种为主以前三种为主 , ,因此如何预测和减小其所引起的地面沉因此如何预测和减小其所引起的地面沉降为基坑工程界的一个重要课题降为基坑工程界的一个重要课题 。 基坑降水引起的沉降基坑降水引起的沉降 在深基坑开挖过程中在深基坑开挖过程中, ,降低地下水位过大或围护降低地下水位过大或围护结构有较大变形时结构有较大变形时, ,可能会引起基坑周围地面沉可能会引起基坑周围地面沉降。若不均匀沉降过大时降。若不均匀沉降过大时, ,还有可能引起建筑物还有可能引起建筑物倾斜倾斜,
18、,墙体、道路及地下管线开裂等严重问题。墙体、道路及地下管线开裂等严重问题。 2010年1月南宁市中兴街路面开裂2010年4月广州市中山三路路面开裂工程实例工程实例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 工程实例工程实例2010年8月上海逸虹景苑小区楼房开裂 工程实例工程实例2 2、 支护体系破坏支护体系破坏由于施工抢进度,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。2.1 2.1 围护体系折断围护体系折断2008年苏州某基坑事故工程实例工程实例工程实
19、例工程实例2008年杭州地铁地下连续墙折断破坏 工程实例工程实例2011年杭州基坑围护桩折断 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。2.2 围护体整体失稳模式2.3 围护体踢脚破坏模式 由于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。某基坑发生“踢脚”破坏工程实例工程实例在地铁车站那样的长条形基坑内区放坡挖土,由于放坡较陡、降雨或其他原因引致滑坡、冲毁基坑内先期施工的支撑及立柱,导致基坑破坏。2.4坑内土滑坡,使内支撑失稳2009年杭州地铁1号线凤起路站基坑内土体滑坡及支
20、撑体系破坏工程实例工程实例在饱和含水地层(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。3.1基坑壁流土破坏3 3、土体渗透破坏、土体渗透破坏止水帷幕渗漏,桩间流土地面塌陷地面塌陷宁波某基坑发生流土与地面塌陷工程实例工程实例由于对承压水的降水不当,在隔水层中开挖基坑时,当基底以下承压含水层的水头压力冲破基坑底部土层,发生坑底突涌破坏。3.2 基坑底突涌破坏上海某基坑坑底内发生承压水突涌工程实例工程实例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
21、会导致基坑失稳。 3.3 基坑底管涌湖南浯溪水电站二期基坑出现管涌 工程实例工程实例 以上基坑工程事故,只是从某一种形式上表现了基坑破坏以上基坑工程事故,只是从某一种形式上表现了基坑破坏,实际上基坑工程事故的表现形式往往具有多样性,有一,实际上基坑工程事故的表现形式往往具有多样性,有一个连锁效应,表现的形式也呈多样性。所以基坑工程事故个连锁效应,表现的形式也呈多样性。所以基坑工程事故发生的原因往往是多方面的,具有复杂性。发生的原因往往是多方面的,具有复杂性。4 4、 处理措施处理措施事项主要处理措施管线预防措施* 对不同管线建立与各自管理单位的联系卡片,向管理单位学习保护技术要点及一旦遭到破坏
22、抢救措施。* 根据管线重要程度,建立距离不等安全区域,挂牌标示警告牌,严禁机械设备碰撞。* 对施工场地在东、西侧的四个出入口浇筑300mm厚钢筋混凝土板进行加强保护,防止重型车辆出入频繁对管线造成破坏;在场地出入口使用前,铺垫钢板并延伸到东西侧道路上,以进一步保护出入口处的管线。* 在土方开挖过程中,严格按照土方开挖要求施工,遵循各开挖顺序,及时形成支撑,将土方开挖对周围环境影响降低到最小;在施工过程中,对各类临近管线及时进行监测,若监测中发现地下管线沉降或位移累计或变形速率接近报警值,则与管线管理单位一起确定是否立即采取将管线暴露、采用双液注浆加固管线基础等措施,同时调整附近基坑的施工顺序、
23、施工方法等。* 控制降水速度,切实堵好坑外进入坑内的漏水部位,防止坑外水持续顺流入基坑内,减少降水对基坑外水位的影响。管线保护应急处理* 如果监测点位发生突变,则立即停止开挖,并及时回填,在基坑内侧堆填砂石施加荷载。分析原因,采取措施(坑外土体采用压密注浆加固等措施),待变形稳定再施工。* 在基坑开挖阶段,检查支撑轴力、土压力、围护结构内力,如支撑轴力较大,增加临时支撑,控制基坑变形发展。* 如出现突发性变化,立即停止施工,有必要时对开挖的位置进行回填处理,分析突变的原因再采取相关应急措施。4.4.1 1 周周围围管管线线处处理理措措施施4.2 4.2 基坑内边坡失稳应急措施基坑内边坡失稳应急
24、措施1)在失稳边坡外侧卸载或在内侧回填,稳定边坡。2)在坡脚设置排水明沟和集水坑,设置大功率水泵抽水。对相邻开挖的土层的坡面上采用钢丝网水泥砂浆抹面的方法进行护坡。3)在失稳的深坑周围打设井点进行降水。4)在深坑周围和坑内进行注浆加固。5)加设支撑。4.3 4.3 基坑开挖引起坑底隆起失稳基坑开挖引起坑底隆起失稳 基底隆起失稳主要是基坑内支护体系未进稳水层,同时由于坑内外水头高差引起坑底土体的隆起。避免基底隆起失稳的措施有:1)基坑开挖前应进行预降水,时间不少于三周。坑底加固区以上土体须满足挖土要求,坑底加固区以外范围要求降水后水位离坑底0.51.0米(含不作封底加固处理的落深区)。基坑开挖至
25、基底后继续进行降水,确保地下水位位于落深区基底以下不小于1.0米。2)基坑周围地区做好排水工作,围护结构周边一定距离设置排水明沟,防止雨水流入基底,保证基底土体干燥。3)加强基坑监测,及时发现隐患。4)底板分区分块浇注混凝土,尽量减少坑底暴露的时间。事项主要处理措施坑底隆起失稳应急处理立即停止基坑内降水,监测单位增加监测频率。立即停止土方开挖,及时将人员撤退至安全位置。必要时可进行基坑堆料反压。对基底实施注浆加固。必要时启动坑外应急井,采取回灌或其他措施降低坑外承压水对基坑的压力。5)对落深超过2m深度的局部深坑进行加固处理,深坑边采用高压旋喷桩作为坝体,同时采用高压旋喷桩对坑底进行封底。高压
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