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基坑工程施工过程中,保证安全及隐患排查治理方案

384 2020-10-14 11:42:03




一、基坑分类




1、基坑分级及特点

基坑分级:1)一级基坑:重要工程,支护结构与基础结构合一工程,开挖深度>10m,临近建筑物、重要设施在开挖深度以内;开挖影响范围内有历史或近代优秀建筑、重要管线需严加保护;2)三级基坑:开挖深度小于7m,且周围环境无特别要求时的基坑。3)二级基坑:除一级和三级外的基坑属二级基坑。

基坑特点:1)地域性强:不同工程的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)个性强:对深基坑工程的分类,对支护结构允许变形规定有统一标准是比较困难的,应结合地区具体情况具体运用。3)环境复杂:深基坑工程的开挖对周围的建(构)筑物容易产生影响。影响严重将危及相邻建筑物、构筑物及市政地下管网的安全与正常使用。4)风险高:深基坑工程是个临时工程,安全储备相对较小,深基坑工程造价较高,一般不愿投入较多资金,因此风险性较大,一旦出现事故,将造成严重社会影响。

2、一般基坑支护方式

一般基坑支护方式:适用于深度不大的三级基坑,可采用横撑式土壁支撑、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。





3、深基坑的支护方式

深基坑支护的基本要求: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。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。


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:⑴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<l0m。⑵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。⑶土钉成孔:土钉成孔直径70~120mm、向下倾角15~200。⑷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。⑸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。

土钉墙支护施工流程:


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。


锚杆支护施工工艺:⑴造孔:包括钻机就位、施钻成孔、清孔三个作业步骤。造孔须干钻,严禁水钻;考虑沉渣厚度,孔底应超钻30~50mm;成孔后高压风清洗孔壁,以保证砂浆与孔壁的粘结力。⑵ 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。⑶ 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。⑷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。

锚杆支护施工流程:


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采用。

钢板桩支护:当基坑较深、地下水位较高且未施工降水时,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。


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。

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。


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,平面尺寸大的内支撑应在交点处设置立柱,立柱宜为格构式柱,以免影响底板穿筋,立柱下端插入工程桩内≥2m,否则应设置专用的桩基础。


4、基坑的降水方法

明沟加集水井降水:明沟加集水井降水是一种人工排降法。它主要排除地下潜水、施工用水和天降雨水。在地下水较丰富地区,若仅单独采用这种方法降水,由于基坑边坡渗水较多,锚喷网支护施工难度加大。因此,这种降水方法一般不单独应用于高水位地区基坑边坡支护中。


轻型井点降水:轻型井点降水适用于基坑面积不大,降低水位不深的场合。该方法降低水位深度一般在3~6米之间,若要求降水深度大于6米,理论上可以采用多级井点系统,但要求基坑四周外需要足够的空间,以便于放坡或挖槽。


喷射井点降水:喷射井点系统能在井点底部产生250毫米水银柱的真空度,其降低水位深度大,一般在8~20米范围。它适用的土层渗透系数与轻型井点一样,一般为每日0.1~50米。但其抽水系统和喷射井管很复杂,运行故障率较高,且能量损耗很大,所需费用比其他井点法要高。


电渗井点降水:电渗井点适用于渗透系数很小的细颗粒土,如粘土、亚粘土、淤泥和淤泥质粘土等。这些土的渗透系数小于每日0.1米,它需要与轻型井点或喷射井点结合应用,其降低水位深度决定于轻型井点或喷射井点。


管井井点降水:管井井点适用于渗透系数大的地层,地下水丰富的地层,以及轻型井点不易解决的场合。每口管井出水流量可达到每小时50~100立方米,土的渗透系数在每日20-200米范围内,这种方法一般用于潜水层降水。


深井井点降水:深井井点降水是基坑支护中应用较多的降水方法,它的优点是排水量大、降水深度大、降水范围大等。对于砂砾层等渗透系数很大且透水层厚度大的场合,一般用轻型井点和喷射井点等方法不能凑效,采用此法最为适宜。


5、本项目深基坑分区及周边环境


本项目基坑开挖深度9.5米,与邻近滨江花园小区的距离在开挖深度以内,基坑范围内有一个箱涵,按其分类标准属于一级基坑,当时基坑正处于雨季施工,基坑施工风险大,应重点监控基坑的稳定性,确保基坑无重大风险。




二、风险分级管控




1、基坑安全风险辨识

基坑安全专项方案编制前由技术总工牵头,组织各部门开展基坑风险辨识工作,要求全员参与,从人、机、环、管方面全面识别,并形成安全风险清单。要针对各阶段施工识别重大危险源并制定管控措施。

土方开挖:主要安全风险是挖掘机交叉作业、安全间距、站位等是否符合要求,碴土运输车辆进出管理,管理不善容易造成设备及车辆伤害事故。

边坡支护:通过对己发生的基坑事故的整理和总结,发现基坑失稳的主要原因为基坑支护结构边线、基坑坑底隆起和基坑流砂等因素造成。因此基坑支护施工质量非常关键,每一道工序都需要验收合格。

基坑降排水:深基坑安全事故中,约90%的事故与水压力有关,在施工过程中要对水有正确的认识并给予高度的重视。水压力会使土体产生渗流现象,渗流会破坏土体:一是在渗流力的作用下,土体颗粒流失或局部土体产生移动;二是由于渗流作用水压力发生变化使土体或结构物失稳。故要高度重视基坑排水问题。

基坑监测:基坑从开挖至基坑回填期间都必须对基坑进行监测,基坑监测需对支护结构和周边环境进行监测。基坑监测对基坑支护状态进行及时预报,通过对监测数据的分析,可确保基坑内的人、机、物的安全,也可为后续工作提供可靠的保障。然而,实际施工中,管理人员为降低基坑运行成本,往往未请第三方单位基坑进行实时监测,当基坑一旦出现变形预警值时,往往会错过最佳抢险时间,从而造成巨大的经济损失。本项目需要第三方检测机构时时监测。


2、安全风险空间分布图

全面识别基坑安全风险后,针对各风险进行评价,确定风险等级并绘制现场风险空间分布图,重点区域重点监控。


3、建章立制、落实责任

总承包首先要做的就是把制度健全完善,总包是制定机构,分包是执行机构,目的是实现每项工作的流程化管理模式,好比政府行政办事机构,必须具备所有条件才能办理,正所谓走流程,这样大大减轻总包的工作负担,同时规范分包行为。而安全部门更多是监督流程的合规合法性,对“走后门”实施警告、整改、处罚等一系列措施。譬如:

基坑施工设备管理(流程):制定设备管理制度并发文交底(总包)→设备进场申请(分包) →设备进场验收、登记台账(总包) →设备使用检查(总包) →设备隐患整改、维护保养(分包) →设备出场申请(分包) →设备出场检查、台账更新(总包)

如果每个流程管控到位,设备使用安全风险将得到控制,事故也就可以避免。举一反三,每项工作都要制定标准的流程,重点就是督促各流程执行。

而作为总承包要划分安全管理的责任界面(即:“谁来管、管什么、怎么管、承担什么责任”),将工区长、班组长纳入到重点管理对象。

4、安全技术管理

基坑施工前应编制安全专项施工方案,并审定是否需要专家论证,本项目基坑属于专家论证范畴,因此方案通过公司审批并经总监理工程师签字确认后,还需要通过专家评审符合相关设计要求才能进行施工。

对于地方有特别要求的,还需要咨询当地质量安全监督站,本项目需要提前报当地质量安全监督站介入,最后需要提交专家验收表。(无施工许可证,需建设单位申请提前介入,降低无证施工风险及后期手续办理困难),(专家评审意见需要书面回复并最终得到专家签字认可方可有效)


基坑施工阶段要按照方案监督执行,安全员要熟悉方案图纸设计要求,联合质量部加强监督,对不符合方案要求的立即制止并整改。

土方开挖:重点关注开挖顺序,开挖坡度,严禁超挖;

基坑边坡支护根据支护形式重点监督支护质量,本项目重点关注钢筋的间距、搭接、喷浆厚度、坡顶位移监测;

基础施工:重点关注基坑降排水、周边环境、基坑监测;

地下室结构施工:重点基坑降排水、基坑监测、临边洞口及交叉作业防护;

基坑回填:重点监督回填顺序、交叉作业、文明施工。

基坑从开挖至回填整个施工期,都要严格按照方案执行,方案就是最好的指导手册,否则一个环节出现问题且未得到解决,那就埋下了一个隐患。多个这样的隐患一旦发生连锁反应就造成事故的发生。(本项目基坑坡顶、二级放坡平台钢筋搭接不满足方案要求;基坑底排水沟、集水井施工滞后,排水不畅,基坑底长期泡水)

5、基坑开挖工艺流程

以本项目为例:东、西、北面土方开挖流程

放线→放出边坡开挖边线→开挖第一级坡至缓台→人工修坡→绑扎面层钢筋→喷射混凝土面层→开挖第二级坡至坡底→绑扎面层钢筋→喷射混凝土面层


以本项目为例:南面土方开挖流程

放线→放出边坡开挖边线→开挖至第一道锚杆→钻孔→插入锚杆→注浆→绑扎面层钢筋→喷射混凝土面层→开挖至第二道锚杆→钻孔→插入锚杆→注浆→绑扎面层钢筋→喷射混凝土面层,以此类推开挖至边坡底


6、基坑开挖过程管控重点

临边防护

基坑施工深度超过 2m 的必须有符合防护要求的临边防护措施,也可以是定型化、标准化护栏。


排水措施

基坑开挖过程中,应严格控制水位。在基坑施工过程中,将水压力分为两类:一是地表承压水;二是承压水。为保证基坑安全施工运行需对其采取预防和控制措施。对于地表水,常在坡顶进行约2m的硬化处理,在坡壁上设置泄水孔,并在坡顶和坡脚砌筑排水沟对雨水进行疏导,防止雨水长期浸泡坑底土层,破坏土体结构,导致土体失稳;对于承压水,则需采用降水措施,降水的主要作用是降低地下水位减少承压水头对基坑底板的顶托力,防止坑底产生突涌现象。降水过程中,易导致周边建筑物的下沉开裂, 因此在基坑开挖过程中,应该严格控制承压水水位,禁止超降。


坑边荷载

(1)基坑边缘堆置建筑材料等,距槽边最小距离必须满足设计规定,禁止基坑边堆置弃土,施工机械施工行走路线必须按方案执行。

(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。


安全通道:基坑作业时必须及时搭设专供作业人员上下的安全通道,安全通道可根据基坑开挖和支护形式合理选择,作业人员不得攀爬临时设施。通道的设置,在结构上必须牢固可靠,数量、位置上应符合现场安全要求。


机械设备安全作业:土方施工机械应由项目部联合检查验收合格后方可进场作业,并对所有进场机械设备登记造册,统一管理,定期更新。操作人员应持证上岗,遵守安全技术操作规程。施工时应遵循自上而下的开挖顺序,严禁先切除坡脚,并不得超挖。同时较多施工组同时施工容易造成机械打架、施工混乱等场面。为保证机械设备安全高效运行,必须全程监控。


7、基坑监测重点

监测内容: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。本项目重点监测支护结构及周围建筑物位移。


监测点布置:监测点的布置应满足监控要求,深基坑工程应进行水平和垂直位移监测,并符合下列要求:布点要求:开挖深度不超过7米的三级基坑,监测点间距≦20米;开挖深度超过7米的一、二级基坑,监测点间距≦10米;每一典型坡段不少于3个监测点。水平位移监测包括:位移量、位移速率和方向。本项目按要求共设置26个监测点。


监测注意事项:(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。

本项目监测周期及次数:1)、开挖期间,开挖面深度小于5m时,每2天监测一次;开挖面深度5~10m时,每1天观测一次;开挖面深度>10m时,每12小时监测一次。雨天(中雨)以上,监测频率加密一倍。2)、地下室底板浇注后7天内,每1天观测一次;底板浇注后7~14天内每2天监测一次;底板浇注后14~28天内,每3天监测一次;底板浇注后28天以上,每5天监测一次。雨天(中雨)以上,监测频率加密一倍。3)、遇特殊情况(如变形出现突变或出现险情)时,每2小时观测1次,必要时连续观测。4)、地下室顶板施工完成,并进行侧边回填土后,可停止观测。

监测预警:基坑工程监测必须有基坑设计方确定监测报警值,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。


监测报告:基坑开挖监测过程中,应及时收集监测日报(含监测数据及分析)、阶段性监测报告。并将项目监测数据与第三方监测数据进行分析对比,指导施工作业。


8、基坑验收流程

基坑验收严格按照方案及相关规范进行验收,重点监控过程验收。


9、地下室结构施工安全防护

地下室结构施工阶段严格按照“三宝四口五临边”实施安全防护部署。


10、基坑回填

基坑回填要特别注意与防水施工交叉作业的安全监管,安全员全程要旁站监督,防止野蛮施工和违章操作,同时注意扬尘的控制。


11、人员安全教育

作业现场施工人员的专业素质高低不同、文化程度参差不齐、风险敏感度低且不易管理。第一,新人入场必须进行三级安全教育培训,且针对不同的施工班组,对在建工程中特有的特征且易出现的危险事故重复警告。对特殊作业人员除一般的安全教育外,还应对安全技术进行不定期的培训,严格按照考核标准选用合格人才;第二,采用新技术、新工艺、新设备时,需对施工人员进行新的培训,未经培训者不得上岗。





三、隐患排查治理




1、基坑工程施工安全检查重点

确保施工条件与设计条件的一致性

(1)保证基坑开挖全过程与设计工况保持一致,严禁超越工况或者合并工况。

(2)周边环境保护与设计条件工况的一致性。包括坑顶堆载条件、周边保护管线、建(构)筑物边界条件及保护要求等。

(3)开挖基坑条件、水文地质条件与勘察设计报告反映情况一致。

施工全过程的安全检查

(1)施工前应检查周边环境包括市政道路、管线、建(构)筑物是否符合基坑施工安全要求。

(2)应检查整个施工期,包括围护结构施工、支撑系统施工及拆除、土方开挖、降水等施工阶段的用电、消防、防台防汛等安全技术措施是否落实,机械设备的使用和维护的安全技术措施是否落实。

(3)基坑开挖期间,应检查降水效果是否符合土方开挖要求,围护墙及坑底是否有渗漏水、流砂、管涌等状况,挖土是否按照分层分段开挖原则进行;支护结构体系变形是否在可控范围内。

(4)基坑施工及开挖过程中,应严格按照监测方案实施监测,及时了解基坑变形情况,判断变形程度,调整相关施工参数,发现异常情况,立即启动应急预案,防止事故发生。

(5)建立基坑安全巡视制度,及时发现并排除基坑安全隐患。

2、基坑安全巡视重点


3、基坑常见安全隐患分析










4、本项目基坑安全隐患及处理措施







5、重视雨季安全生产


6、基坑常见隐患应急处理措施



7、应急救援






四、事故案例分析




1、基坑施工安全管理的重要性

基坑工程发生事故的概率往往大于主体工程,根据工程实际调查,基坑工程事故概率可达到10%以上。


2、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。粗略地划分,基坑工程事故形式可分为:

1、基坑周边环境破坏

2、基坑支护体系破坏

3、土体渗透破坏

4、其他方面原因引起的事故






以上基坑工程事故类型,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。

3、基坑工程典型事故案例分析