深基坑开挖安全性措施及应用.docx

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深基坑开挖安全性措施及应用

深基坑开挖安全性措施及应用

1 引言

深基坑工程是一个危险性较大的分部工程, 它包括:

 土方开挖、降水排水、基坑支护、止水帷幕、临边防护工作等内容, 且在深基坑施工过程中受水文地质、地下水情况、周边环境、支护方案及施工方法的影响，很容易发生一些安全事故，应采取相应措施。

本篇章首先介绍了深基坑开挖技术的主要安全措施，并结合具体工程情况，阐述了其在新广州站站房桥深基坑施工中的应用。

采用连续墙的围护结构形式、部分淤泥基底提前加固、分段开挖等多种方式,保证了深基坑开挖的安全,并减少了对附近居民正常生活的影响，为今后类似基坑设计施工提供借鉴。

2 深基坑开挖技术安全措施

2.1 施工前控制

2.1.1分析地质勘察报告

施工前应对工程的地质勘察报告认真分析研究, 根据挖土深度范围内不同土质的物理性能和地下水位情况（特别是丰水期的水位情况）, 选择相应的土方开挖、支护结构及降水方案。

基坑支护结构应进行承载能力极限状态的计算及对基坑周边环境及支护结构变形进行验算根据基坑的实际情况, 选择确定安全、可靠的施工方案,并组织专家组对方案进行论证评审。

针对具体工程有可能采用的几种支护形式并从技术上和经济上进行分析比较。

（1） 基坑范围内地质条件较差,地面以下有淤泥、淤泥质土、淤泥质砂土及较厚的饱水砂层时,围护结构不宜使用人工挖孔桩。

钻孔灌注桩抗渗性差,桩外需设止水帷幕,止水效果不易保证。

（2） 地下连续墙适用于复杂施工环境和多种地质条件的基坑支护工程,其整体性、抗渗性较好,主体围护结构着重考虑采用地下连续墙的结构形式。

（3）钢管支撑和钢筋混凝土支撑具有整体性好的优点。

而钢管支撑可以施加预加力,可以根据计算分析及监测情况针对围护结构不同部位施加不同的预加力,有效控制围护结构的变形,且架设方便,拆除容易。

对于地质条件较差, 即软土地基及松杂填土地基, 坑边距周围建（构） 筑物较近时, 宜选择排桩或地下连续墙支护结构, 不宜选择土钉墙支护结构, 并制定安全措施方案。

2.1.2硬化处理基坑周围场地

基坑周围场地范围内地面应做硬化处理,布置完善的排水系统,预防雨季大量雨水涌入基坑,或渗透到基坑周边的土体中,破坏了边坡土体结构,降低边坡土体的稳定性。

2.1.3建立系统的监控方案

在深基坑开挖的施工过程中，基坑内外的土体将由原来的静止土压力状态向被动和主动土压力状态转变，应力状态的改变引起土体的变形，即使采取了支护措施，一定数量的变形总是难以避免的[1]，所以基坑施工前应做出系统的监控方案。

监控方案包括监控目的、监控项目、监控报警值、监控方法及精度要求、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。

2.2施工过程中的控制措施

2.2.1测量定位与监测控制

测量定位应确保工程的边线、轴线、标高等准确, 同时对周边建（构） 筑物做好监测记录,特别是地下水位高、需采取降水方案的基坑施工, 对基坑周边进行沉降观测,以防过量降水造成基坑周边出现沉降开裂, 还应对边坡及支护结构进行监测。

对深基坑施工过程进行综合监测的重要性可综述如下：

（1）验证支护结构设计，指导基坑开挖和支护结构的施工。

当前基坑支护结构设计水平处于半理论半经验的状态，土压力计算大多采用经典的侧向土压力公式，与现场实测值相比较有一定的差异，还没有成熟的方法计算基坑周围土体的变形情况因此，在施工过程中迫切需要知道现场实际的应力和变形情况，与设计时采用值进行比较，必要时对设计方案或施工过程和方法进行修正。

（2）保证基坑支护结构和相邻建筑物的安全。

在深基坑开挖与支护工程中，为满足支护结构及被支护土体的稳定性，首先要防止破坏或极限状态发生在破坏前，往往会在基坑侧向的不同部位上出现较大的变形，或变形速率明显增大。

支护结构和被支护土体的过大位移，将引起邻近建筑物的倾斜或开裂，邻近管道的渗漏，有时会引发一连串灾难性的后果。

如有周密的监测控制，无疑有利于采取应急措施，在很大程度上避免或减轻破坏的后果。

（3）总结工程经验，为完善设计分析提供依据。

支护结构的土压力分布受支护方式、支护结构刚度、施工过程和被支护土类的影响，并直接与侧向位移有关，往往是非常复杂的。

现行设计分析开挖与支护监测结果，对于总结工程经验，完善设计分析理论都十分重要，根据基坑采用信息化施工，对围护结构体系监测内容包括[2-3]：

墙体测斜、墙顶位移，墙体沉降，支撑轴力，立柱沉降，坑内土体回弹，坑外水位，土压力（设计要求），墙体弯矩（设计要求）。

对周边环境的安全进行监控的内容主要包括：

地表沉降，建筑物沉降，地下管线监测等。

2.2.2施工方案的控制

必须严格按照批准的施工方案进行组织施工, 不得随意变更。

需修改变更方案时, 应按审批后的方案进行施工。

基坑坑顶边缘不得任意堆放土方、材料及设备, 特别是有振动作用的设备, 避免增加坑顶边缘荷载作用。

加大边坡及支护结构的承载压力, 同时在坑顶设挡水设施, 防止雨水流入基坑冲刷坡面。

2.3 建立应急救援预案

深基坑工程施工因受内部水文地质和外部周围环境及气候的影响较大, 具有较大的危险性和不可预见性, 需对工程的危险源进行评估、分析, 施工单位还应建立和制定相应的应急救援预案。

从公司到项目部及作业班组的应急救援体制, 在人、财、物上全面落实, 工作责任层层落实到位, 防止突发事故的发生, 对紧急情况做出迅速反应。

一旦发生或可能发生的危及周围建（构） 筑的安全、周边沉降开裂、基坑支护结构的稳定、坍塌以及雨季影响等,能快速及时起动紧急应急准备方案实施抢险救援, 防止事故进一步发展并得到有效控制。

3工程实例应用

3.1工程概况

新广州站主要位于鱼塘水网地带，主要为冲-洪积砂层、可塑状残积土层、强风化砂岩中，地下水丰富、水位高。

新广州站与地铁站同期建设，并且同时在7～9轴范围内施工，具有施工交叉作业多、施工干扰性大等特点。

3.2围护方案

围护结构的设计,不仅关系到基坑开挖及周边保护建（构）筑物的安全,而且直接影响着土方开挖以及地下室结构施工等施工成本。

基坑支护结构是个系统工程,不仅要保证受力合理,而且要施工方便、工期节省。

首先要保证安全,存在重大安全隐患的方案实际上是没有任何现实意义,而且可能带来巨大的经济损失,然后尽量节省造价,过于安全但太浪费的方案也不符合市场需求,最后考虑施工的方便性,施工的方便性可以在施工中节省工期、降低施工造价。

为保证地铁周边安全及取得较好的止水效果，地铁基坑围护结构采用如下图1（地铁主体围护结构横断面图）：

图1围护结构横断面图

3.3 基坑开挖施工方法

3.3.1基坑开挖断面

在开挖区围护结构以及两端搅拌桩止水帷幕完成后，地铁首先开挖－4.5m以上土方，然后进行基坑土石方开挖，从中间往东、西两端分段分层开挖，每一段从上到下分2层开挖，纵向分为4段，基坑开挖1/2横断面图如图2所示。

图2基坑开挖1/2横断面图

3.3.2基坑降排水

围护结构基本上进入到中风化、微风化岩层，渗流量不大，基坑挖土施工期内降水考虑雨水、土层中的原有地下水及少量的坑底渗流水，以地面挖沟设集水井抽水方式抽出坑内积水为主，控制开挖土方的含水量不致过大，影响开挖效率和环保。

开挖好后的基坑四周设置50×50cm的排水沟，4个角设1.5×1.5cm的集水坑，将基坑内地表水引入其中，采用大泥浆泵把基坑内的水排至7轴止水帷幕外经卸载后（深1.5m）的基坑内，此基坑可以作为大开挖的明排水沟（截水沟）。

3.3.3土石方开挖施工方法

根据基坑开挖区域的工程地质、水文地质、施工场地情况，综合考虑工期要求、施工总体安排等各种因素，确定施工方法，基坑开挖方法采用台阶法，台阶宽10m。

开挖方向为从开挖区中部（国铁7、9轴之间）开始沿地铁线路横向向两侧推进，先施工西区，再施工东区，每区设置4个开挖工作面。

开挖步骤分三步进行：

清除地表泥浆、流泥、表层土到-0.914m标高；开挖一级基坑，一级基坑国铁承台范围内底面标高为-4.214，地铁结构范围内底面标高为-5.214；开挖二级基坑，二级基坑国铁承台范围内底面标高为-9.214（-7.912），地铁结构范围内底面标高为-10.884。

挖出的土方甩至一级基坑后运走。

3.4基坑开挖安全技术保证措施

本地铁淤泥层较厚，地质较差，且地下地层易液化，对基坑开挖施工极为不利，在施工中须采取有效的措施确保施工过程中的安全。

3.4.1防边坡失稳措施

（1）分层开挖，层间设台阶，每层开挖边坡坡率根据地质情况按规定放坡，保证边坡稳定。

（2）在基坑四周及基坑内设置完善通畅的排水系统，保证雨季施工时地表水的及时抽排。

（3）暴雨或大雨来临前，停止开挖，立即对边坡进行覆盖防护。

3.4.2防涌水涌砂措施

（1）、及时反馈的监测信息严格控制水泥搅拌桩挡墙变形在允许范围内，遇接缝等薄弱环节错位开裂，出现渗水通道时，及时处理。

（2）、在开挖过程中，如出现较大的渗漏水现象，则须回填部分土方，然后在该处对应的围护结构外侧旋喷桩处理堵漏后开挖。

（3）、开挖过程对围护接缝等薄弱部位加强巡视，若出现少量渗漏，及时处理，先堵漏后开挖，防止渗漏点扩大。

3.4.3防止可能液化的措施

（1）、基坑降水是基坑开挖的基本保证，降低开挖土层的含水量。

（2）、基坑边上不设过重堆载，大型吊机须距基本边线一定安全距离外作业。

（3）、雨季施工注意防止水流入基坑，基坑边上设截水沟，及时排走水流。

（4）、及时将地面及坑内积水排走，保持基坑底干爽。

3.5监测控制与应急预案

3.5.1监测基坑外围土体裂缝

基坑开挖时应重视对周边的巡视，如发现地面有裂缝出现，应立即用水泥砂浆填实，并组织各方分析出现裂缝的原因。

3.5.2监测桩裂缝

由于混凝土的抗拉强度较低，桩一般都是带裂缝工作的，这属于正常的现象。

但须加强观测，随着桩变形加大，裂缝不断开展，如出现横向的渗渍，此时须引起高度的警惕，并及时分析原因，及时采取措施。

3.5.3应急预案

本基坑开挖场地的水文地质条件相对较差,开挖面积大,深度深挖,开挖时周围的动水压力和土压力会相对增大,可能引发基坑涌水、涌砂事故。

基坑开挖的过程中，出现围护结构桩与桩之间涌水涌砂现象，其预案为：

准备一定数量的沙包；预备高压旋喷设备1套；万一出现较大渗漏，首先停止开挖，采用沙包反压渗漏点，防止渗漏扩大。

然后在围护桩渗漏点外侧再施作三根φ600旋喷桩堵截渗漏视具体情况而定（见图3）。

图3桩间防渗堵漏示意图

4 结语

基坑工程是一个大的系统工程，它的施工过程包括围护施工、加固、降水、开挖、支撑等众多的施工工艺，而基坑变形伴随着基坑施工的全过程深基坑工程施工因受各种因素影响较大,较容易出现安全事故隐患,严重的还会影响到工程质量。

因此,深基坑工程施工要根据其特点,了解和掌握一切不利因素,重视容易发生安全事故的管涌、坍塌、开裂沉降、滑移、大暴雨等因素,采取相应的预防措施,制定切实可行、安全、合理施工方案和方法,严格按照规范要求施工。

如在施工过程中对各个环节加强监测、检查并采取有效的预防控制措施,能保证深基坑工程施工的安全。

深基坑安全防护措施

项目部在项目经理的领导下，安全员具体全负责安全技术措施的制定和监督管理。

建立交通安全、施工安全和文明安全的综合性管理小组，项目经理负责人，安全员任安全生产技术负责人。

1、建立交通安全、施工安全和文明安全的综合性管理小组，项目经理任负责人，安全工程师任安全生产技术负责人。

2、做好挂牌施工，将工程名称、工程规模、施工期限、各级负责人及工程示意图公布于众，接受社会监督。

3、在沟槽开挖前，探明地下管线走向标高，并开挖样洞，插上红旗，施工中随时监测，并加以保护

4、在道口和沟槽周围设置安全封闭安全护栏，设红灯示警，并派专人监护和指挥过往车辆。

5、根据土质情况做好沟槽放坡、降水和支护工作，沟槽旁边不得堆放建筑材料，并防止车辆振动引起土壁坍塌，施工人员不得擅自更改施工设计。

6、机械挖运土方，应有专人指挥运行，沟槽内修坡清底人员与铲斗保持一定距离。

7、施工工期间，所有工作人员应佩带标牌，戴安全帽进入现场。

8、加强现场电器安全管理，所有线路按规定架设，所有电器均设漏电保护器。

9、加强现场防火安全管理，在堆放易燃材料和重点仓库设置灭火器材。

安全作业注意事项：

1、起重指挥应由技术熟练，懂得起重机机械性能的人员担任。

指挥时应站在能够照顾到全面工作的地点，所发信号应事先统一。

2、所有人员严禁在起重臂和吊起的重物下面停留或行走。

3、吊装管道时，严禁在扒杆回转半径内停留。

4、吊装过程中，不得站在管道两侧操作，以防发生伤人事故。

5、开挖基坑的泥土应堆放在坑边一米以外，并且高度不得超过1.5米。

6、梯子不得缺档，不得垫高使用。

梯子横档间距30厘米为宜。

使用时上端扎牢，下端应采取防滑措施。

如需接长使用，应绑扎牢固。

7、下雨之前对边坡上口做好地面水收集阻挡措施，以免地表水冲刷导致基坑边坡垮塌。

土方开挖注意哪些问题

1）轴线桩、龙门板或水平桩有无位移；

2）坑边堆土高度、位置与范围、以及建材堆放；

3）土壁、坑底渗水现象；

4）地表水、雨水冲刷情况；

5）周边地面有无裂缝；

6）有无塌方；

7）土质异常、局部土质松软、古墓、古井、局部障碍物；

8）施工进度；

9）有无超挖（工程量超预算……）等待；

10）施工安全（如下层掏洞开挖、挖土机下作业等）。

深基坑支护

深基坑支护是指为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全，对深基坑侧壁及周边环境采用的支挡、加固与保护的措施。

检查要点

根据目前的形势深基坑工程施工事故频发，而且事故一旦发生，极易造成群死群伤，后果相当严重，究其原因，主要是施工方案及施工过程中各种安全预控措施不到位。

根据国家有关规定要求，深基坑工程施工必须编制监理细则，明确深基坑工程的技术要求和施工现场的检查要点。

1、深基坑围护必须根据设计要求，深度及现场环境工程进度来确定施工方案，纺制后经单位总工程师审批，并报总监理工程师审批，符合规范及法律法规要求才能施工。

2、深基坑施工必须解决地下水位，一般采用经型井点抽水，使地下水位降到基坑底1．0米以下，须有专人负责24小时，值班抽水，并应做好抽水记录，当采取明沟排水时，施工期间不得间断排水，当构筑物未具备抗浮条件时，严禁停止排水。

3、深基坑土方开挖时，多台挖土机之间间距应大于10m,挖土由上而下，逐层进行，不得深挖。

4、深基坑上下应挖好阶梯或支撑靠梯，禁止踩踏支撑上下作业，坑四周应设置安全栏杆。

5、人工吊运土方时应检查起吊工具，工具是否牢靠，吊斗下面不得站人。

6、在深基坑边上侧堆放材料及移动施工机械时，应与挖土边缘保持一定距离，当质良好时，应离开0.8米以外，高度不得超过1.5米。

7、雨季施工，坑四周地面水必须设排水措施，防止雨水及地面水流入深基坑，雨季开挖土方应在基坑标高以上留15—30cm泥土，待天晴后再开挖。

8、深基坑回填土要四周对称回填，不能一边填满后延伸，并做好分层夯实。

9、深基坑施工中，现场工程技术人员要坚持跟班作业，及时解决施工中出现的安全、质量问题，确保每道工序在安全保证的前提下才能抓质量、进度。

10、对深基坑施工中的关键部位，必须严格控制，前道工序未验收签证，后道工序绝不允许施工。

11、对深基坑施工中的危险源部位要有预见性及防止措施方案。

12、基坑三大要点风险控制要按照建委98年0796号文（通知）认真执行。

深基坑的支护有哪几种方式？

深基坑土方开挖，当施工现场不具备放坡条件，放坡无法保证施工安全，通过放坡及加设临时支撑已经不能满足施工需要时，一般采用支护结构进行临时支挡，以保证基坑的土壁稳定。

支护结构的选型有排桩或地下连续墙、水泥土墙、逆作拱墙或采用上述型式的组合等。

（1）排桩或地下连续墙 

    通常由围护墙、支撑（或土层锚杆）及防渗帷幕等组成。

排桩可根据工程情况为悬臂式支护结构、拉锚式支护结构、内撑式支护结构和锚杆式支护结构。

地下连续墙可与内支撑、逆作法、半逆作法结合使用。

施工振动小、噪声低，墙体刚度大，防渗性能好，对周围地基扰动小，可以组成具有很大承载力的连续墙。

（2）水泥土桩墙 

    水泥土桩墙，依靠其本身自重和刚度保护坑壁，一般不设支撑，特殊情况下经采取措施后亦可局部加设支撑。

水泥土墙有深层搅拌水泥土桩墙、高压旋喷桩墙等类型，通常呈格构式布置。

    适用条件：

基坑侧壁安全等级宜为二、三级；水泥土桩施工范围内地基土承载力不宜大于150kPa；基坑深度不宜大于6m。

（3）逆作拱墙 

    当基坑平面形状适合时，可采用拱墙作为围护墙。

拱墙有圆形闭合拱墙、椭圆形闭合拱墙和组合拱墙。

对于组合拱墙，可将局部拱墙视为两铰拱。

    适用条件：

基坑侧壁安全等级宜为三级；淤泥和淤泥质土场地不宜采用；拱墙轴线的矢跨比不宜小于1/8；基坑深度不宜大于12m；地下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施。