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基坑故障分析法​

354 2021-04-12 15:02:05

基坑工程主要是为地下工程结构提供安全、足够的施工空间,一旦出现坍塌等重大事故,则不仅会对坑内主体工程造成直接损失,还会对周边建 (构) 筑物安全乃至社会安定产生严重的影响。


然而,由于基坑工程是主体工程施工过程中的一种临时性措施,业主一般不愿意投入足够的资金使其建得安全可靠。其次,基坑工程面对着复杂的地基土和环境条件(涉及地基土及其变形特性、土压力计算方法、地下水运动、坑边既有建筑物和地下管线容许变形等),设计分析方法至今仅停留在半经验、半理论的技术水平上。

再者,在实际工程中基坑支护结构施工、开挖、主体地下结构施工和现场监测一般由不同的单位承担,各方按图施工,致使开挖过程中的协调难以做好,监管重点和应急对策也常常难以把握到位。因此,基坑工程的风险性通常较大。


为了避免基坑工程事故的发生,必须科学地进行基坑工程的设计、施工与监测。国内外现行的有关技术规范大多仅对基坑支护工程的设计、施工和监控提出了些原则性的规定,对基坑及支护结构的稳定和变形给出了一些具体的计算方法,并没有对基坑工程的主要危险因素提出系统性评价分析方法。


事实上,影响基坑工程安全性的因素很多,而且在不同的基坑工程中。这些因素的相对主次地位也明显不同。因此。在应用现行技术标准进行基坑工程设计和施工前,采用安全评价方法从整体角度识别出影响基坑工程安全性的主要因素是十分重要的。


安全评价是—个利用安全系统工程原理与方法识别和评价系统或工程存在的风险的过程,其中包括危险因素识别及危险(害)程度评价两部分。故障树分析方法是安全系统工程的主要分析方法之一,可以用来对基坑工程进行安全评价。


1.故障树法

故障树分析法(Fault Tree Analysis,FTA)是一种评价复杂系统可靠性与安全性的方法,20 世纪 60 年代初期由美国贝尔研究所首先提出,并成功运用于对民兵式导弹发射控制系统的随机失效概率问题的预测上,之后逐步在各个工业领域得到推广应用。


FTA 是在系统设计过程中,通过对可能造成系统故障的各种因素(包括硬件、软件、环境、人为因素)进行分析,画出逻辑框图(即故障树),然后由此确定系统故障的各种可能组合方式或其发生概率,并据此采取相应的改进措施以提高系统可靠性。FTA 把系统最不希望发生的故障事件作为故障树的顶事件,自上而下分析导致顶事件发生的所有可能的直接因素(中间事件)及其相互间的逻辑关系,并由此逐步深入分析,一直追溯到那些原始的、其故障机理或概率分布已知的、无须再深究的因素 (底事件)为止。


FTA 解决问题的步骤大致如图6-1 所示。该方法在建立故障树后,首先是定性分析求出导致顶事件发生的最小基本事件的集合(即故障树的最小割集),然后再根据各底事件的已知概率进行定量计算以获得系统的故障概率以及底事件的重要度。故障树的最小割集一般有若干个,每个最小割集对应于一种事故模式。最小割集的求法很多,通常用较为简便的布尔代数法。岩土工程


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底事件的关键重要度越大,说明它对系统安全性的危害越大。所以,通过关键重要度便可有的放矢地控制安全隐患,以减少事故发生的可能性以及由其可能导致的人员和财产损失。


3.评价基坑工程安全性


基坑工程自开挖到完成地面以下全部隐蔽工程的施工。常会经历多次隆雨。周边堆载或振动、施工失当等许多不利条件的作用,其安全度的随机性较大,事故的发生往往具有突发性。因此,需要针对各种形式的基坑工程事故进行综合分析,分析各种基坑围护形式下发生失稳的因素,以总结归纳出各种安全隐患的共性。具体评价时,首先确定基坑围护形式中的各种底事件,比如放坡围护时可以包含有坡度选取值不当、坡面护坡方式不当、开挖方式不当(如某一部位开挖过快)、降水不当、地面超载过大等,对每一底事件给定一个事件发生的概率和事件关键重要度,将每一个底事件的概率代入式 (6-7),就可以得到基坑工程发生事故的概率F,也就是顶事件发生的概率。