岩土工程安全度问题 (张钦喜)

1、 提 要1、岩土工程设计、施工安全的重要(zhngyo)意义2、岩土工程设计中的安全问题3、岩土工程施工中的安全问题4、岩土工程运营期的安全问题5、结语共八十八页 一、岩土工程设计、施工安全(nqun)的意义1、岩土工程是一项涉及勘察、设计、施工、运营管理等多个环节的系统工程，每一个环节一旦出现(chxin)设计或管理的纰漏，都有可能给工程安全埋下隐患，最终出现(chxin)安全问题；因此要从设计、施工、运营管理等多方面入手，把好安全质量关；2、一旦出现安全、质量问题，轻则造成经济损失、工期延误，重则造成人员伤亡。不管怎样都会造成不良甚至严重的社会影响，给企业造成经济上的和声誉的影响和损失。共

2、八十八页3、设计和计算是确保安全的前提，一旦设计计算阶段出现纰漏或重大计算错误，往往难以补救，事故将难以避免，而且往往出现较重大的事故；因此应十分重视设计阶段的安全度控制问题；4、设计时对工程(gngchng)安全度的控制，仅仅是在设计计算的层面进行，设计的结果反映了工程(gngchng)师对安全控制的期望和措施，但能否实现，完全取决于施工和运营阶段能否严格按照设计要求的工况进行施工和运营期间的使用。如果不能按照设计要求施工和运营，那么设计对工程(gngchng)安全度的控制就会落空。5、一切规范、规程都强调了“安全第一”的原则，在此基础上力争做到技术先进，经济合理，保护环境。可见安全永远是一

3、切工作首先要考虑的第一要务。共八十八页一些经典案例：1、2003年东直门某工程在施工过程中发生基坑坍塌，使得临近的两栋楼变成危楼，经济损失达2亿多，项目经理被关押1年；2、2006年，政协礼堂附近的某工地发生边坡坍塌，造成一人死亡，供热管线断裂，附近居民(jmn)供暖被迫停了2天，直接经济损失达数百万元，做了很多幕后工作，官方才没有抓人；3、2007年，北苑某工地正在施工CFG桩的钻机发生倾倒，当场砸死一人，经济损失几十万元，给死者家属造成难以弥补的精神损失；4、发身在今年初的德内大街93号院的基坑倒塌事故，使附近民房直接塌入坑内，造成交通中断，当事人直接损失几千万元，造成很坏的社会影响。共八

4、十八页由此可见，安全问题重于泰山，关乎千家万户，是一切(yqi)工作的前提，要天天讲讲，月月讲，真正做到：时时想安全，日日要安全人人讲安全，处处得安全共八十八页 设计是整个岩土工程安全的首要保证，如果设计有问题、有纰漏，那么安全就无从谈起，施工质量再好、再照图施工，也无法避免安全事故的发生。如前面讲的德内大街93号院的事故，设计就存在根本性的问题，或者说就没有设计，所以才出现了上述(shngsh)的重大事故。因此一定要做好岩土工程的设计计算工作。二、岩土工程设计中的安全(nqun)度共八十八页 如何做好岩土工程设计是一个(y )很复杂的问题，一方面要吃透勘察报告，另一方面要就是要有扎实的基础理

5、论知识，还要有丰富的设计经验，设计要全面细致，哪个方面考虑不周都会留下安全隐患。比如97年百盛二期的倒桩事故，就是没有对锚杆钢垫板的大小、厚度等进行要求，造成锚杆受力后，钢垫板从钢腰梁中抽出，导致锚杆失效，支护形式从桩锚体系变成了悬壁桩体系，最终导致倒桩事故的发生。二、岩土工程设计中的安全(nqun)度共八十八页共八十八页 岩土工程所面临的对象是岩土体，它是自然界地质历史(lsh)的产物，在空间分布上具有多变性和不均匀性，在物理力学性质上具有不确定性、随机性，并且随着外在条件的改变，性质具有易变形。因此岩土工程设计的第一步就是要仔细研读勘察报告，把握好土的空间分布和力学性质。二、岩土工程设计中

6、的安全(nqun)度共八十八页 在利用勘察报告时要注意3点：1、要对地层分布及其厚度进行综合考虑，不能仅以某个孔的地层变化为依据，要尽量考虑地层的厚度的综合变化趋势，确定(qudng)平均厚度，得出概化的综合剖面，必要时对性质相近的土层进行合理的合并；2、 C、 的取值：要考虑土的其他物理力学指标，并结合经验综合考虑后取值，有时勘察报告给的值明显偏高或偏低，这时都应该根据经验进行合理调整。二、岩土工程设计中的安全(nqun)度共八十八页 3、 m的取值：用理正软件 计算时，m的取值对于弯矩、位移、锚杆拉力的计算结果影响很大，虽然理正软件中给出了按C、值确定m的经验(jngyn)公式 ，但这个公

7、式得出的计算结果并不一定合理，怎么办，这里要正确理解m的力学意义。二、岩土工程设计中的安全(nqun)度共八十八页m值怎么(zn me)取？m= k/ z p=ks 其中(qzhng)的k基床系数 kPa/m (kN/m3)k=m z m是 k随 深度z变化的比例系数(kN/m4)K和m与土的模量E有关联的系数 共八十八页m值的推荐值 （陈仲颐 基础(jch)工程学）项目土的名称m（MN/m4）1流塑的粘土、FN、NF、淤泥3-52软塑的粘土、FN、F土、松散砂5-103硬塑的粘土、FN、NF、中砂、细砂10-204坚硬的粘土、FN、NF、夹姜石、密实粗砂20-305砂砾、大块碎石类土30-8

8、56密实卵石夹粗砂、密实漂卵石85-180共八十八页 在很好的把握了土的空间分布和力学性质后，下一步就是根据具体的工程问题，进行相应的设计和计算。在进行计算时，要充分考虑各种不利因素，比如：1、地面荷载的大小、位置；2、临近建筑物的情况，包括基础形式(xngsh)、埋深，建筑物荷载大小、结构形式(xngsh)、建成年代及使用情况等；3、基坑附近各种管线的情况，包括管线性质、埋深、使用情况等；共八十八页4、设计要考虑施工工况和施工工艺等，设计不能脱离开施工因素，比如锚杆的设计，就要综合考虑锚杆可能的施工工艺，锚杆位置的设定要考虑地层情况、地下水条件、群锚效应以及周边环境条件等.锚杆孔径一般为15

9、0mm，如设计成200孔径则需要(xyo)专门定制钻具；5、设计计算不能只会操作各种软件，设计如果变成简单的输入参数，输出计算结果，然后根据计算结果出图，那么设计的水平就是不高的。要尽量做到明白计算原理，知道哪些参数起哪些作用，必要时应适当调整计算参数，使得计算结果更符合实际。 共八十八页6、设计者还要有丰富的设计经验，对计算出的结果的合理性做出正确判断，对明显不合理的结果通过调整参数进行合理化处理。7、设计计算要采用综合分析法，这里是指可采用不同的软件、不同的计算方法，进行综合比较，并通过综合分析给出合理的设计结果。比如(br)桩锚支护，仅理正软件就有弹性法和经典法，两个算法的原理不同，计算

10、结果往往差别很大，这里就需要综合分析和比较，对弯矩和锚杆拉力做出综合分析。对于较重大的工程，也可以采用其他软件进行计算比较，从而能得出较为合理和符合实际的设计结果。共八十八页再比如土钉墙，就有设计和验算两个选项，两种方法的设计结果截然不同。采用设计选项时，结果往往是上短下长，而采用验算模式(msh)时，往往是根据经验采用上长下短的分布，究竟取用哪个结果合理，这就要求设计者根据经验和理论知识进行调整。共八十八页支护设计(shj)要想安全、合理，要避免走两个极端 1、过分(gufn)依赖计算2、过分依赖经验一、为什么不能过分依赖计算因为至少有5个方面的不确定，最后导致计算结果不可能非常的准，以至于

11、完全不能根据经验做调整。共八十八页1、土压力(yl)分布及大小的不确定分布(fnb)大小郎金主动土压力系数库伦主动土压力系数共八十八页经验(jngyn)的系数 还有 水土压力的合算(h sun)与分算的争论 。共八十八页关于(guny)kp、ka的调整152025353040kp的增大(zn d)ka的减小1.251.501.752.002.002.000.750.640.550.470.410.35自“地基基础的设计与计算”，黄熙岭、秦宝玖，1981共八十八页2、计算参数的不确定(qudng)（、 、厚度、m）C 和 的不确定(qudng)、土层厚度的变化 地面荷载的不确定 原状土有很强的结

12、构性（可能会使原状土的强度参数明显大于试验室给出的值，使得实际土压力比理论计算土压力小很多，这就是为什么实际测到的锚杆拉力都很小的缘故）荷载引起的土压力计算方法的不确定共八十八页地面(dmin)超载的考虑共八十八页 临近建筑物荷载(hzi)的考虑共八十八页3、支撑(zh chng)/锚杆刚度的不确定LF( kN/mm )FLfLm共八十八页FS轴力共八十八页K1=32000K2=37500K3=21818K= 30400kN/m =30.4MN/m共八十八页4、嵌固条件(tiojin)的不确定k值怎么取？p=ks 其中(qzhng)的k基床系数 kPa/m (kN/m3)k= m z m- (

13、kN/m4)共八十八页K值怎么(zn me)取？m= k/ z 共八十八页m值的推荐值 （陈仲颐 基础(jch)工程学）项目土的名称m（MN/m4）1流塑的粘土、FN、NF、淤泥3-52软塑的粘土、FN、F土、松散砂5-103硬塑的粘土、FN、NF、中砂、细砂10-204坚硬的粘土、FN、NF、夹姜石、密实粗砂20-305砂砾、大块碎石类土30-856密实卵石夹粗砂、密实漂卵石85-180共八十八页5、计算模型(mxng)的不确定连续(linx)梁简支梁弹性地基梁K共八十八页二、过分强调(qing dio)经验，对计算结果大幅度调整结果(ji gu)往往是十分冒进，一旦出问题就是突发性的、十分

14、严重的。如1、望京某工程如2、银川大世界工程上述的种种不确定性告诉我们，岩土工程设计绝不是简单的输入参数、得出结果，而是要综合理论、实践和经验等多方面的知识，综合分析、综合判断的综合课题共八十八页共八十八页T1T2T3tM 桩锚基本形式及破坏(phui)特点共八十八页桩锚支护(zh h)的破坏形式（以一道锚杆为例）（一）: 支护体系破坏(1) 支点(zhdin)破坏共八十八页(2) 剔脚破坏(phui)(3)桩身断裂(dun li)破坏共八十八页(4)、剪切破坏(phui)共八十八页1、支点(zhdin)破坏1、锚杆杆体拉断-杆体配筋不足(bz)2、锚杆拔出或大位移-锚固段不够长或摩阻力不足3

15、、锚杆与桩间的节点破坏导致锚杆无法发挥作用1）、垫板抽出2）、钢腰梁拉开3）、腰梁承载力不够 或稳定性不足共八十八页共八十八页 98年黄寺某工地(gngd)共八十八页H1、设计的嵌固深度(shnd)不足2、剔脚破坏嵌固段不能提供(tgng)足够的被动土压力2、嵌固段土质松软，大位移3、局部加深导致的嵌固深度不足悬臂和单支点: t= 0.3H多支点: t= 0.2Ht共八十八页土如果像水一样(yyng)会怎样土不会(b hu)是水，但如果是流塑的，会怎样天津开发区某工地共八十八页1、桩配筋不足(bz)3、桩身断裂(dun li)破坏2、桩施工质量导致桩身出现质量缺陷 （断桩、缩径、夹泥等）3、桩

16、吃结构，剔桩、断筋共八十八页关于(guny)配筋计算1、计算(j sun)出M，求As2、已知As，求M（如由于吃了结构，断了几根主筋）一、计算出M，求As中性轴在哪？拉压共八十八页t共八十八页 从上式知，中性(zhngxng)轴在受压侧C25: fc=11.9, ft=1.27, s=0.7ftII级：fy=300共八十八页关于(guny)配筋计算fyAsfcAcyiAsi共八十八页 一种(y zhn)简单的估算方法h0共八十八页共八十八页fyAsfcAcyiAsi2、已知As，求M（如由于(yuy)吃了结构，断了几根主筋）共八十八页桩锚支护破坏(phui)形式（二）：桩间土的流失或涌出打锚

17、杆引起(ynq)的水土流失(奥运变电站、翠宫饭店)共八十八页共八十八页共八十八页其他(qt)破坏形式整体(zhngt)滑动失稳 坑底隆起 承压水的突涌共八十八页 无法(wf) 准确 求出内力等3、概念设计 + 经验(jngyn)判断 + 工程类比2、多种方法的比较（综合分析法）4、进一步的研究 理论的、试验的、监测的、数值模拟的，尤其要加强监测和对监测数据的反演分析1、破坏形式的判断共八十八页在土力学中，任何公式或计算程序(chngx)的计算结果的准确性，从来不会超过粗略或大致的估计。 北方交大 赵成刚 （土力学原理 第 329 页） 清华、北交大出版社 2004经验(jngyn)之果要结在理

18、论这棵大树之上 ！ 张在明 不能单靠理论不能单靠经验共八十八页三、岩土工程施工中的安全问题（一）、岩土工程施工的特点1、不确定性 首先，由岩土工程勘察报告中的很少的场地数据很难对场地岩土的全部性能都了解清楚。其次，某些岩土的结构及性能参数又容易随环境条件而改变，而施工时又常改变了岩土的环境条件。第三，改变了的岩土结构及性能反过来对施工过程又施加一定的影响，不可能在事先(shxin)把这一切了解得非常清楚，所以施工是在对岩土性质及其变化不是全部了解清楚的清况下进行的。共八十八页这种不确定性的影响，轻则需调整施工工艺参数，重则甚至改变工法，这是无法回避的事实(shsh)。根据原位测试和现场监测得到

19、施工过程中的各种信息进行反分析，根据反分析结果修改设计、指导施工，这种信息化施工方法将是解决这个问题的重要手段。共八十八页2、区域性 各地区的自然条件不同，岩土性质存在很大差异。不同土的应力应变关系不一样，压缩性指标和抗剪强度指标、施工的方法、设计参、工程处理目的都不相同(xin tn)。例如，在施工技术的选用上，上海注重软土的，重庆注重山区岩石的，太原则注重能够解决湿陷性黄土问题的。三、岩土工程施工中的安全(nqun)问题 共八十八页3、隐蔽性 地基处理、桩基、地下连续墙、锚杆等都是在岩土中隐蔽施工，工程完成后的运行也是在隐蔽条件下进行的，不易发现问题(wnt)，出现问题(wnt)后的判断和

20、处理难度也较大，而且是否解决了问题(wnt)须有一定的时间来验证。在岩土工程施工中、工后采用了各种有针对性的检测、监测方法，检测、监测成为解决这类隐蔽性工程可能出现问题(wnt)的重要技术手段。三、岩土工程施工中的安全(nqun)问题 共八十八页三、岩土工程施工中的安全(nqun)问题 （二）各种支护形式应注意的关键问题岩土工程设计最终要落实到岩土工程施工，而能否落实设计意图(yt)，达到设计要求，确保工程安全，施工过程中的质量和安全控制无疑成为关键，另外要按规范要求做好监测和每日的安全巡视工作。另外遇到设计未考虑到的情况，要及时反馈给设计，及时进行设计变更，形成动态设计。保证岩土工程施工中的

21、安全，涉及因素很多，其中的一些关键节点和要求，现分述如下：一、土钉墙支护工程1. 按设计坡比挖土、修坡，不得随意改变边坡坡度；2. 按设计要求的孔径、长度等施工，不得偷工减料；3. 注浆要饱满、密实，不得有空腔；共八十八页要确保土钉杆体居中，对中支架不能距离太远（1.52米）；做好土钉杆体和面层加强筋的连接(linji)，确保连接(linji)牢固（双L或其他有效形式）； 面层厚度要达标，喷射砼时钢筋网片下要加垫块，保证钢筋网片居中； 不能超挖；遇到易坍塌地层时要提前采取措施，比如提前挖集水坑排水、挖开以后及时喷射水泥浆进行坡面封闭和保护；共八十八页二、桩锚支护(zh h)工程1、注意周边管线

22、和地下障碍物的调查工作，防止桩、或锚杆施工破坏地下设施2、桩身直径要达到设计要求，混泥土灌注要连续、密实，不得(bu de)出现缩颈、断桩等质量事故；3、采用后插钢筋笼工艺成桩而又不均匀配筋时，一定注意钢筋笼的方向性；4、锚杆施工时一定保证成孔直径和长度达到设计要求，遇到易于缩颈的地层时一定要采取有效措施，或采用二次劈裂注浆工艺；共八十八页二、桩锚支护(zh h)工程5、遇到易塌孔的地层时，要隔锚跳打并及时灌注；6、钢腰梁的链接要牢固，一定要用缀板形式连接，而不要采用钢筋连接；7、成桩深度达到设计(shj)要求，不能偷工减料；8、钢腰梁及钢垫板一定要经过计算，不能过大也不能过小；9、锚杆要按规

23、范进行一定数量的验收试验，确保锚杆承载力满足设计要求；10、锚杆施工时要按设计要求的超挖深度挖土，不得超挖；共八十八页11、做好桩间护壁，防止桩间土流失进而引起更大的安全问题；12、遇到设计未考虑到的情况，及时与设计沟通，及时完善或变更设计，千万(qinwn)不要擅自做主，随意施工；13、做好基坑安全监测工作，尤其要加强对监测结果的数据分析工作；14、做好每天的安全巡视工作，对一些重点设施、重点区域要作为巡视重点，每天观察变形、裂缝发展情况，并做好巡视记录 ，共八十八页三、内支撑工程除按设计要求进行施工外，一定要按照(nzho)设计要求的工况，进行挖土和支撑，一定要遵循先撑后挖的原则进行施工，

24、及时完成钢支撑的安设并按设计规定施加预应力，杜绝超挖。钢支撑要有防坠落措施共八十八页工况1工况2工况3工况4工况5工况6共八十八页下面的照片中可以看出超挖的严重程度，如此(rc)严重的超挖，不出事故才怪呢？共八十八页这是一个四道支撑的深基坑，开挖深度为16m，由于施工超挖，第四道支撑没有及时支撑。经反算，由于没有第四道支撑的作用，致使第三道支撑的轴力增加(zngji)了4347，地下连续墙的弯矩增加(zngji)了3751，剪力增加(zngji)了3840。共八十八页共八十八页共八十八页此外，不管对于何种支护形式，地面荷载的控制都十分重要。尽管，在基坑设计中，对基坑周围的地面荷载也作了规定，设

25、计考虑了一定数量的地面荷载所产生的土压力，留有一定的裕度，但施工也经常在基坑周边堆放超过规定的重物，包括建筑材料和弃土。由于坑边超载而产生的围护结构过大变形，甚至基坑破坏的事故时有发生，直到最近(zujn)挤到了一幢小高层。共八十八页共八十八页共八十八页（三）、要控制施工安全需正确处理好几个方面的关系1、投入与产出的关系 目前少数单位和项目对安全生产投入相对(xingdu)较少。因为通过投标的项目往往造价都下浮了近10%,有的业主还在开标前要求投标单位在中标后再下浮价格的承诺,可以说到手的项目利润很微小,表面上形成无钱投入的现象；因为部分领导认为施工中发生事故的可能性很小,对安全生产进行投入是

26、得不偿失,存在侥幸心里。正是由于这些模糊的认识使不少岩土施工单位得到惨痛的教训。共八十八页 2、 部门管理(少数人管理)与全员管理的关系 安全生产管理在不少岩土工程施工单位是“喊”的人多,“做”的人少;订的制度多,落实的少。有时看到工地的安全生产状态太差,只好代替项目经理现场抓安全、往往顾此失彼,某工地施工人员进场调试机械,安全部门的人员还末到现场,由于现场施工人员安全意识差,再加上没有监督。工作粗心大意,至使某个重要(zhngyo)部件的螺丝未拧紧,机械使用时发生重大事故。共八十八页3、安全管理“虚与实“的关系 有的施工单位的部分管理人员似乎也明白安全生产(shngchn)的重要性。只要上级

27、一有文件、一有要求,便会花很多的时间,很大的精力,组织层层开会、层层传达、大造安全生产的声势,表面文章做得多,却不愿意去花太多的精力去做实在的安全管理,出了事故遇到上级追查时,搬出各类会议记录作挡箭牌,推卸自己的责任。共八十八页4.1健全安全管理制度1、落实安全责任制度根据谁负责生产、谁就负责安全的原则，针对工程特点和工地(gngd)机构的实际情况，确定本工地(gngd)的项目经理为第一安全责任人，对施工安全生产负直接领导责任，具体组织实施各项安全生产措施和制度，专业安全员和技术负责人负责安全技术措施的编制，安全技术交底，安全教育；专业安全员负责安全管理和监督检查；各专业员和施工队（组）长负责

28、安全措施的组织落实和安全管理及监督检查，这样形成职责分明的安全工作网络，在此基础上健全和落实安全组织体制，其安全体系见图（四）做好施工(sh gng)安全管理工作共八十八页安全总负责项目经理 专业安全员 项目技术负责 落 实 到 每 位 施 工 人 员 材料员贾永虎 施工员刘松岩 质检员徐鹏程试验员苏明亮安全员商业臣体系(tx)见图。共八十八页2、抓好安全教育制度进入工地后，应对进入工地的全体工作人员进行入场教育，定期进行安全教育。根据工种分配不同(b tn)，对施工班组进行安全技术交底，施工人员上下班要进行交接岗的安全交底。安全教育程序见下表：施工安全技术交底要求：安全技术交底的安全技术措施

29、要全面，要有针对性。各分项施工前，由工长对操作人员进行安全技术交底，交底内容要全面，结合本工种及施工环境针对性要强，与操作人员办理签字手续。无安全技术交底就进行施工，要追究工长的责任。共八十八页开工前技术负责人要将工程概况、施工方法、安全技术措施等情况向项目负责人及施工员进行详细交底。分部分项工种由施工员向各工种班组长进行安全交底。班组长要对工人进行施工要求作业环境的安全交底。安全技术交底的签字手续(shux)必须由交底者和接受交底者本人进行签字，绝对不允许代签。新进场的工人，首先由项目部牵头，讲授安全生产常识和技术要求，教育后办理签字手续。班组一级教育，由施工班长具体负责，教育内容为事故教训

30、、本岗位安全操作规程及本工种的工作环境等，教育后办理签字手续。共八十八页3、落实安全检查制度施工过程中，将定期例行检查和不定期的专业检查结合。定期检查由工程处会同各施工部门负责人及有关专业人员结合实际情况每半月检查一次，检查内容(nirng)为工地的安全意识，安全制度，安全措施三个方面。工地自检每周一次，由项目经理实施。要结合检查结果讲评，进行表扬或提出整改措施。不定期的专业检查应根据工程实际情况确定，具体由安全责任人组织实施。共八十八页4.2 安全技术措施1、 安全员、电焊工、电工及司机等特殊工种须持证上岗，杜绝无证操作。2、 施工现场要张贴悬挂醒目的安全宣传标语，标牌。3、开工前由项目经理组织安全工作大检查，验收合格方可开工。严格执行操作规程，安全员随时检查和监督工作。4、 现