(建造)深基坑支护工程质量控制.ppt

深基坑支护工程质量安全控制技术 （建 造）,福建工程学院 土木工程技术与安全研究所 周继忠 教授E-mail:,近20多年我国建筑基坑工程得到很大发展。 基坑工程由上一世纪80年代前的中小型基坑向大型、超深、复杂方向发展。 上世纪90年代末我国颁布了一批行业和地方的基坑技术规范，标志了经过十余年的研究与实践，基坑工程技术已趋向成熟。 2010年前后我国颁布了一部国家规范：建筑基坑监测技术规范(GB50497-2009) ，并对以往编制的基坑技术规范进行了较为全面的修订，这标志了我国的基坑工程进入了一个新的阶段。,基坑工程是一系统工程，由于基坑工程的差异性、复杂性及不确定性，其风险较大。 在基坑施工中发生事故的概率远远大于主体工程，事故率达到10%20 %。 基坑工程事故的影响大、处理难。 在基坑工程中做到精心设计、精心施工、加强监测、提高信息化水平对防止基坑事故具有很大意义。,福州某深基坑倒塌事故,排 桩,上海某工程事故,排 桩,原因：坑边超载（土方机械）,上海某工程事故,排 桩,原因：围檩扭转（连接和加劲肋不当）,吴江某工程事故,排 桩,原因：牛腿预埋件抗剪失效 （施工焊接）,上海某工程事故,排 桩,原因：灌注桩长度不足（施工偷工减料）,上海某工程事故,排 桩,原因：灌注桩长度不足 （施工偷工减料）,上海 某工程事故,排 桩,原因：支撑围檩屈服,广州某工程事故,深层原因 违规建设 施工方曾向业主发出过55份安全隐患警告 无证施工，发出停工通知书2次，要求整改超过5次 无监理单位,排 桩,直接原因 设计方案存在5大安全隐患； 原设计的16.2m增加到20.3m；基坑喷锚支护桩成为“悬空”桩，丧失支撑能力,福州某基坑工程倒塌事故 1、工程概况： 某工程位于闽江北岸，设置有一层地下室，局部二层地下室，基坑开挖深度分别为5.7m和10.3m。工程场地开阔，东侧、北侧、西侧均为道路，路边埋有电缆和水管等地下管线。,排 桩,场地上部土层： 杂填土0.61.8m厚； 粘土0.32.4m厚； 淤泥4.916.7m厚； 中砂类薄层淤泥3.116.9m厚； 中砂8.820m厚。 地层相互交错，不均匀；场地地下水贮存于中砂夹薄层淤泥及中砂层中，为承压水，水位埋深6.556.90m，水脉与闽江连通。基坑开挖面在、层中。,2、支护及降水监测： 二层地下室部分的基坑采用钢筋砼结构的圆拱形内撑式排桩支护。场地中布设了40口降水井，抽水量约1.3万m3/d，降水井主要根据地质条件和施工要求布置，设计要求水位降至承台底以下0.5m。 对支护结构和周边环境进行监测：桩身变形、位移、支护桩身应力、支撑梁应力、立柱沉降、支护结构顶部位移、道路位移、地下水位等。,支护结构剖面示意图,基坑开挖到接近原设计深度时，监测结果：围护桩最大变形15.734.2mm；桩身钢筋应力为最大拉应力76225MPa（开挖侧），最大压应力3177MPa；圈梁及环梁最大压应力为172MPa，均小于级钢筋应力设计值360MPa；水位降至承台底0.50.6m间；基坑中各项指标处于正常状况。,突击开挖电梯井坑后，坑底在承压水的作用下发生突涌，泥砂涌入电梯井坑，无法成坑，于是放置污水泵强抽，接连开挖数天后，电梯坑也未挖到位，抽出了大量的污泥和砂子；围护桩发生大量的踢脚式位移，围护梁被扭断，设置在基坑外侧的塔吊承台桩摇晃、折断，最后塔吊倒塌，打断了部分支撑梁，基坑支护局部垮塌。,基坑垮塌事故分析, 超挖：原设计基坑深度10.3m，变更后局部坑深 13.9m，虽然增设了一道锚杆，但没有降水的配合， 使承压水冲破剩余的薄层淤泥，发生基坑突涌。, 排水不科学：承压水带着泥砂冲入已挖坑中， 用污水泵强抽反而加大、加快了流砂、流泥的速度， 使被动土区域被掏空，产生了踢脚的条件；被动土 区砂土的流失又使围护桩后的砂土流失，使布设在 围护桩后的塔吊桩失去了土体的包裹和支撑。, 现场管理混乱:建设单位直接指挥施工，把工程 肢解分包，缺乏统一协调、部署。, 野蛮施工：建设单位为省三口降水井的工程造 价，采用“抢挖”的方式进行土方开挖，没有制定 科学、合理的方案。,慈溪某工程事故,土钉墙,原因：软土下卧层，超深开挖,慈溪两工程事故,原因：土钉长度不足（遇有地下障碍）,土钉墙,慈溪某工程事故,土钉墙,原因：土钉长度不足注浆量不足,余姚某工程事故,坑边超载,土钉墙,原因：地面超载,水泥土墙,上海某工程事故,原因：局部地质异常施工控制,慈溪某工程事故,原因：局部地质异常施工控制,水泥土墙,上海某工程事故,原因：设计（干法搅拌桩）搅拌桩搭接,水泥土墙,芜湖某工程事故,原因：水泥掺量（施工偷工减料）,水泥土墙,芜湖某工程事故,水泥土墙,杭州某工程事故,地下连续墙,杭州某工程事故,地下连续墙,原因：地质条件（管涌）； 坑边荷载（反复动力荷载）,上海某工程事故,地下连续墙,原因：支撑设计； 开挖方式 管涌,西宁某工程事故,喷锚网,合肥某工程事故,土层锚杆,合肥某工程事故,土层锚杆,原因：支护墙变形（锚杆蠕变）； 邻近建筑下土体扰动,承压水突涌,上海某工程事故,原因：管桩封口质量差，承压水突涌,苏州某工程事故,承压水突涌,原因：降水不足,上海两工程事故,挖土影响,原因：软弱土层挖土方式,舟山某工程事故,挖土影响,原因：软弱土层（PHC桩）挖土方式,业主 方面,1）业主任意发包工程，或者由于种种原因层层分包。 2）业主盲目压价或压缩施工工期，造成设计和施工过的时间仓促，致使工程设计中一些因素考虑不周，各专业之间协调不够，压价导致偷工减料现象。 3）在施工过程中，业主为节省工程造价强行取消部分支撑或锚杆，造成位移过大，甚至失效。,业主 方面,4）业主为节省支护结构费用，任意变更，增大支护桩间距，桩径变小，致使安全度降低。 5）业主无力支付工程款，怡误支护时机。 6）业主不按照程序办事，使得施工过程中缺乏有效质量监管造成失控。,勘查 方面,1）没有进行实地勘查，盲目套用附近建筑物场地以往的勘查资料。 2）勘查报告未能准确查明场地的水文地质条件。 3）没有对周围环境进行认真调查，未能掌握周围建筑物地基情况及地下管线分布情况，施工中出现意想不到的问题。,勘查 方面,4）基坑勘查没有查明土层膨胀性，从而没有引起基坑工程的设计与施工的特别注意。 5）基坑勘查范围过小，基坑勘查不点少，不能查明场地中某个位置的软弱土层，或者钻孔不到位且没有采取措施。,设计 方面,1）土工参数的选用不正确，尤其是土体强度指标，土的内摩擦角和内聚力C选用不正确。软土地域淤泥土层的、C值不可能与试验室取得的指标值完全一致，其值与工况有一定的关系。主动土压力、被动土压力用郎肯公式表示：,Pa=Htg2(45-/2)-2ctg(45-/2) Pp=Htg2(45+/2)+2ctg(45+/2),设计 方面,2）对周围环境调查不够，使得设计对相邻建筑物、构筑物、地下管线等的不利影响考虑不周。 3）不遵守相关规范规定。 4）支护方案的选择缺乏技术论证。,5）设计荷载取值不当：未充分考虑由于雨季、涨潮以及地下管道的渗漏而导致基坑周围土体含水量增加、黏聚力和内摩擦角的降低，致使支护结构承受的主动土压力突然增大；过低估计或漏算地面荷载。 6）治理地下水的措施不力（防水、止水、降水方案）。,设计 方面,7）支护结构设计失误。 8）锚固设计失误（桩入土深度不足、拉锚强度不足、锚定位置不合理等）。 9）安全系数不足。 10）设计人员缺乏足够的工程设计经验。 11）随意更改方案,设计 方面, 基坑周围的地下水以多种不同的方式影响着基坑的稳定性，在水文地质条件复杂时需考虑渗流压力或潜蚀破坏的可能性。水的问题没有处理清楚导致基坑事故的例子不少。, 对支护结构的受力不甚明了。很多基坑支护设计只考虑了开始和最终工况，没有考虑施工过程的工况影响。实际上，支护结构所承受的土体压力是过程中产生的，很多应力和变形是不可逆的。, 计算模型选择不当，计算简化与实际工况情况相差过大，在软土地域的支护设计中采用传统的极限平衡法，其结果误差太大，尤其对于多层内支撑的支护结构。, 施工的影响因素考虑不周，比如工程桩的型式、施工方式、施工速度均会引起土体物理性质的变化；附加荷载的影响；施工周期的变化出现的土体的粘性性质（变形与时间的相关性），这些情况不可能由室内试验检测得到或由理论分析得出明确结论。,1) 检测手段的滞后。现场实体检测最能反映支护结构和土体状态的实际情况。土压力、水压力、位移、应力测试是最为直观的结果，其数值的准确性、完整性不仅为我们在同类地层、同类支护的设计提供可靠的依据，而且是制定应急预案、措施的必备条件。,监测 方面,2）岩土工程理论滞后于工程实践，虽然岩土工程专家提供了许多计算模型，但其中的一些物理参数、边界条件难以确定，计算过于复杂，不便于使用。 3）监测工作不认真、不及时。 4）监测点布置不具代表性、监测项目不完整。 5）监测方法不科学。,监测 方面,施工 方面, 施 工 质 量 问 题,水泥搅拌桩的注浆量不足，注浆工艺不正确；,锚杆锚固长度不足，锚固材料使用不当；,喷锚支护的面层厚度不足，钢筋布置不正确，砼强度不够，土钉设置不当（长度、间距、材料、节点）；,挡土桩（墙）施工质量不满足要求，支撑系统与设计不符；,钢管支撑联结不牢固，焊接质量不好，螺栓连接不到位。, 超挖问题：没有做到先撑（先支护）后挖，而是一挖到底，先挖后撑；挖土深度与支护设计不符。, 施工管理问题：肢解外包、层层分包、多层转包，未能做到统一管理，统一协调；施工过程结构、支护变更未能及时调整施工方法、工序。, 排水、防水措施不力，止水帷幕失效，引起涌水、涌砂。 拆除支撑前未进行有效的换撑。 施工管理不到位、不够主动，施工人员业务不精，对施工中存在的问题未能及时发现；或对发现问题未能及时处理；或对违规施工未能及时制止；对基坑施工危险性认识不足、思想麻痹、 甚至有的抱着侥幸心里、质量安全意识不强。抢险措施不力。,监理 方面,监理监管不到位，监理人员业务素质不精，监管不够主动，对施工中存在的问题未能及时发现；或对发现问题未能及时处理；或对施工单位违规施工未能及时制止；对基坑施工危险性认识不足、思想麻痹、 甚至有的抱着侥幸心里、质量安全意识不强。,最关键是安全可靠，因此基坑支护必须在结构极限状态范围内使用。, 承载能力极限状态：对应于支护结构达到最大承载能力或土体失稳、过大变形导致支护结构或基坑周边环境破坏； 正常使用极限状态：对应于支护结构的变形已妨碍地下结构施工或影响基坑周边环境的正常使用功能。,建设工程安全生产管理条例第二十四条规定：“建设工程实行施工总承包的，由总承包单位对施工现场的安全生产负总责。总承包单位依法将建设工程分包给其他单位的，分包合同中应当明确各自的安全生产方面的权利、义务。总承包单位和分包单位对分包工程的安全生产承担连带责任。分包单位应当服从总承包单位的安全生产管理，分包单位不服从管理导致生产安全事故的，由分包单位承担主要责任。”,1、加强法律法规和业务学习,1、加强法律法规和业务学习,这就对项目经理和施工管理人员业务能力提出了要求，因此施工单位应当组织施工管理人员学习资料、图纸、技术规范和标准，提高施工管理人员自身素质和专业技术水平，避免由于施工管理人员业务能力低而未能及时发现基坑工程施工中存在的质量与安全隐患，导致支撑体系倒塌。,认真执行福建省建筑边坡与深基坑工程管理规定-2009、建设部危险性较大的分部分项工程安全管理办法建质200987号、建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）、建筑地基基础工程施工质量验收规范（GB50202-2002）、建筑基坑监测技术规范(GB50497-2009),1、加强法律法规和业务学习,2、场地及周边环境的调查, 场地中的工程地质、水文地质条件，是否有软土层、砂质层、地下河道、防空洞；是否潜藏地下水或有古河道的水脉与江、湖、河、海相通，补给水压力如何？, 基坑开挖的深度、支护结构的类型；支护结构与主体结构的位置关系；支护结构与周边环境的位置关系。, 基坑开挖引起的土体应力应变关系的改变和降水对周围环境可能产生的不良影响。,2、场地及周边环境的调查, 支护结构的牢固程度如何？, 地面建筑物：基坑周围35倍基坑开挖深度的影响范围内的建筑物，应调查其结构形式、基础类型、尺寸和埋深，施工建造时间、使用情况、沉降、变形的现状与稳定情况，有无严重的不均匀沉降及倾斜情况，有无裂缝产生及其开展情况等。, 地下结构：地下铁道、隧道、人防建筑、地下水池、车库，调查其平面位置、埋深、结构形式、基础状况等。,2、场地及周边环境的调查, 地下管线：煤气管、给排水管、电线电缆，应调查其使用功能、位置、管体材料、接头构造、使用年限等。, 道路、水池：与基坑的距离、路基状况、车辆载重、运行密度，水池的位置、渗漏情况，水位高低等。, 施工可用场地的大小，材料设备进出场的运输条件、车辆行走路线。, 周边住房对施工噪声、振动等不良影响的接受程度。,在施工过程中，应对基坑工程施工安全因素进行系统识别，找出关键因素并加以控制，采用安全评价方法，系统地识别出影响基坑工程安全性的主要因素，用以指导在设计、施工、监测中采取有效的措施来提高基坑工程系统的可靠性。防止基坑工程发生的坍塌安全事故是十分重要的。,3、开展风险识别,某放坡开挖基坑工程风险识别,注：H rwh rs为承压水引起涌水涌土的条件公式，H为承压水压力水头，rw为地下水的重度，h为基坑坑底到坑下承压水层的土层厚度，rs为土层土的重度； r k j为上层滞水或潜水引起涌水涌砂的条件公式，r为土的浮重度，k为安全系数，一般取1.52.0，j为最大渗流力。,排桩结构支护工程风险识别,4、认真编制和审查施工组织设计或施工方案,基坑工程的成功与否，不仅与设计计算有关，而且与施工方案的正确与否，施工的合理性、施工质量、施工工艺等密切相关。 施工专项方案应根据基坑开挖的要求、支护结构形式、地质条件、水文状况、周边环境、工期、气候、地面荷载等条件综合考虑。,危险性较大的分部分项工程安全管理办法建质200987号第五条规定：施工单位应当在危险性较大的分部分项工程施工前编制专项方案； 第六条规定：建筑工程实行施工总承包的，专项方案应当由施工总承包单位组织编制。其中，起重机械安装拆卸工程、深基坑工程、附着式升降脚手架等专业工程实行分包的，其专项方案可由专业承包单位组织编制。,4、认真编制和审查施工组织设计或施工方案,危险性较大的分部分项工程安全管理办法建质200987号第八条规定：“专项方案应当由施工单位技术部门组织本单位施工技术、安全、质量等部门的专业技术人员进行审核。经审核合格的，由施工单位技术负责人签字。实行施工总承包的，专项方案应当由总承包单位技术负责人及相关专业承包单位技术负责人签字。 不需专家论证的专项方案，经施工单位审核合格后报监理单位，由项目总监理工程师审核签字。”,4、认真编制和审查施工组织设计或施工方案,危险性较大的分部分项工程安全管理办法建质200987号规定需要编制专项方案的危险性较大的基坑工程： 一、基坑支护、降水工程 开挖深度超过3m（含3m）或虽未超过3m但地质条件和周边环境复杂的基坑（槽）支护、降水工程。 二、土方开挖工程 开挖深度超过3m（含3m）的基坑（槽）的土方开挖工程。,4、认真编制和审查施工组织设计或施工方案, 编制依据, 工程概况, 施工准备与组织, 施工方法, 质量标准, 成品保护, 施工现场监测要求, 异常情况下的 应急预案措施, 技术质量保证措施, 安全保证措施, 环境保护措施,内容至少应包含以下几个方面：,危险性较大的分部分项工程安全管理办法建质200987号第五条规定：“对于超过一定规模的危险性较大的分部分项工程，施工单位应当组织专家对专项方案进行论证。” 福建省建筑边坡与深基坑工程管理规定（2009）明确规定：“开挖深度超过4m（含4m）的基坑工程；或深度虽未超过4m，但地质条件和周边环境复杂的基坑工程，施工单位应组织 专家对专项方案进行论证” 。,5、组织专项方案专家论证会,福建省建筑边坡与深基坑工程管理规定（2009）第十八条规定：施工单位应当严格按照设计文件要求和专项施工方案组织施工，不得擅自修改、调整施工方案。专项施工方案经论证后需做较大修改的，施工单位应在修改后重新组织专家进行专项论证。,5、组织专项方案专家论证会,下列人员应当参加专家论证会： （一）专家组成员； （二）建设单位项目负责人或技术负责人； （三）监理单位项目总监理工程师及相关人员； （四）施工单位分管安全的负责人、技术负责人、项目负责人、项目技术负责人、专项方案编制人员、项目专职安全生产管理人员； （五）勘察、设计单位项目技术负责人及相关人员。,施工单位应当建立重要部位和重要施工环节的检查审核制度。 土方开挖前应当进行开挖条件审核。内容包括：具备合法的基坑工程施工图，经审查的施工方案，基坑监测方案已经开始实施，已完成的支护结构检测合格，截水排水检查或者检测合格等。 土方开挖过程中，必须对开挖顺序、开挖方法、开挖深度和支护时间等关键点进行控制。,6、建立重要部位和重要施工环节的检查审核制度,危险性较大的分部分项工程安全管理办法建质200987号第十五条规定：“专项方案实施前，编制人员或项目技术负责人应当向现场管理人员和作业人员进行安全技术交底。”,6、建立重要部位和重要施工环节的检查审核制度,危险性较大的分部分项工程安全管理办法建质200987号第十六条规定：“施工单位应当指定专人对专项方案实施情况进行现场监督和按规定进行监测。发现不按照专项方案施工的，应当要求其立即整改；发现有危及人身安全紧急情况的，应当立即组织作业人员撤离危险区域。 施工单位技术负责人应当定期巡查专项方案实施情况。”,6、建立重要部位和重要施工环节的检查审核制度,福建省建筑边坡与深基坑工程管理规定（2009）第二十条规定：施工单位项目技术负责人应对专项施工方案实施情况进行现场监督和检查。发现施工实际情况与勘察报告、设计图纸、施工组织方案不符或者出现异常情况的，应当及时会同建设、勘察、设计、监理、监测等单位研究解决，必要时应当提出补充勘察或修改设计文件的要求。当监测数据达到报警值时，应及时组织人员进行处置并加密监测频率，迅速查明原因后制定解决方案，并严格按方案实施。 施工单位技术负责人应当定期巡查专项施工方案实施情况。,6、建立重要部位和重要施工环节的检查审核制度,福建省建筑边坡与深基坑工程管理规定（2009）第二十一条规定：基坑工程施工和使用期间，施工单位应指派专人每天进行巡视检查。巡视检查内容应满足建筑基坑工程监测技术规范（GB50497-2009）要求，并做好记录。遇到台风暴雨等异常情况应加强巡视检查。发现异常和危险情况应及时通知建设单位和其他相关单位。,6、建立重要部位和重要施工环节的检查审核制度,土方开挖,上海莲花河畔13层住宅楼倒塌,原因：盲目指挥；施工无知,上海莲花河畔13层住宅楼倒塌示意图,图2 内支撑支护结构示意图,图3 支护结构工况剖面图, 支撑的安装和拆除顺序必须与支护结构的设计工况相符合； 先安装支撑后开挖土方； 主体结构底板或楼板完成后，并达到一定的设计强度，可借助底板或楼板的强度和平面刚度，拆除相应部位的支撑，但在此之前必须在围护墙与主体结构之间设置可靠的传力构造； 砼内支撑，强度达80%可开挖支撑以下的土方；钢支撑必须保证构件和连接节点的施工质量；支撑系统应封闭。,在基坑较深、土质较差的情况下，一般支护结构需在基坑内设置支撑。有内支撑支护的基坑土方开挖比较困难，其土方分层开挖主要考虑与支撑施工相协调。,a) 浅层挖土、设置第一层支撑； b) 第二层挖土； c) 设置第二层支撑； d) 开挖第三层土,盆式开挖基坑面积大、支撑或拉锚作业困难且无法放坡的基坑。,盆式开挖过程： 先开挖基坑中央部分，形成盆式此时可利用留位的土坡来保证支护结构的稳定，此时的土坡相当于“土支撑”。 随后再施工中央区域内的基础底板及地下室结构形成“中心岛”。 在地下室结构达到一定强度后开挖留坡部位的土方，并按“随挖随撑，先撑后挖”的原则，在支护结构与“中心岛”之间设置支撑最后再施工边缘部位的地下室结构。,优点：盆式开挖方法支撑用量小、费用低、盆式部位土方开挖方便，这在基坑面积很大的情况下尤显出优越性，因此，在大面积基坑施工中非常适用。 缺点：但这种施工方法对地下结构需设置后浇带或在施工中留设施工缝，将地下结构分两阶段施工，对结构整体性及防水性亦有一定的影响。,岛式开挖 当基坑面积较大，而且地下室底板设计有后浇带或可以留设施工缝时，还可采用岛式开挖的方法。,岛式开挖,这种方法与盆式开挖类似，但先开挖边缘部分的土方，将基坑中央的土方暂时留置，该土方具有反压作用，可有效地防止坑底土的隆起，有利支护结构的稳定。必要时还可以在留土区与挡土墙之间架设支撑。在边缘土方开挖到基底以后，先浇筑该区域的底板，以形成底部支撑，然后再开挖中央部分的土方。,降水与止水,解决地下水、地表水的必要性 渗透水影响主体结构施工。 承压水会冲跨支护结构，喷锚支护的稳定性；排桩支护的桩间止水失效；锚杆施工的可行性和可靠性；流砂、流土影响基坑成型；主体结