欢迎来到『东合南岩土』官方网站!

基坑工程安全分析方法

379 2021-10-28 16:15:49

为预防基坑事故的发生,需要对基坑进行合理的勘察、完善的设计以及安全的施工。其中基坑的安全分析是保证基坑安全的-个重要内容。针对基坑的不同情况。可以采用不同的安全分析方法。

工程类比方法

工程类比法是岩土工程设计中常用的设计方法,是将拟设计的工程项目与周边工程条件相类似的工程实例进行对比,吸取其他工程的成功经验和失败教训。这种方法一般适用于工程建设初期,尤其是在工程地质资料等有限的情况下。

工程类比法进行基坑安全分析是对设计基坑的条件与已经开挖的基坑条件进行对比分析,以判断将要开挖基坑的安全性。分析条件包括多个方面,见表6-1。

image.png

其中土层条件、围护类型以及开挖深度等是比较重要的因素,在进行类比分析法设计中要重点考虑。一般情况下,经验类比方法作为基坑围护设计的辅助手段采用。

安全度分析法

所谓基坑支护结构安全度,是指深基坑支护结构在整个基础施工期间,在受到来自外界的作用影响下,完成挡土支护功能的概率。深基坑支护结构所承受的外界作用可以分为直接作用和间接作用两类。直接作用指作用在深基坑挡土支护结构上的三类荷载∶恒荷载、活荷载、偶然荷载;间接作用指地基变形、温度变化和地震等对深基坑挡土支护结构所产生的影响。在深基坑支护结构设计过程中,要防止两种极限状态的发生∶一是破坏极限状态,如支护构件失效破裂、锚杆或土钉抗拔失效和边坡失稳坍滑、基底隆起、砂性土管涌等等;二是使用功能的极限状态,主要是指支护结构变形过大危及邻近建(构)筑物和支护结构的使用功能。这种状态并不一定是达到破坏,支护结构本身没有失稳,但其变形过大,,可能会引起邻近建(构)筑物的损坏。

深基坑支护结构的安全度设计,就是根据已知的深基坑支护结构抗力和所受外界作用力的概率统计特征,在特定的可靠指标下,确定深基坑支护结构的参数,如围护桩桩径、插入深度、锚杆及土钉长度等。在目前常规的深基坑支护工程设计中,桩墙式支护结构的嵌固深度均是通过极限状态下稳定性(抗倾覆、抗滑移、壁体稳定性、抗隆起)验算来求得,至于使用功能的极限状态,则没有被反映出来,主要是一个变形控制问题,要根据周边环境要求确定。

image.png

image.png

6.2.3 故障树分析法

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、施工和监控提出了一些原则性的规定,对基坑及支护结构的稳定和变形给出了些具体的计算方法,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,而目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-一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,并成功运用干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。

image.png

image.png

image.png