基坑工程安全讲义

基坑工程安全李云鹏2014年8月10日概述基坑：为进行建（构）筑物基础、地下建（构）筑物的施工所开挖的地面以下空间。基坑工程的最基本作用是为了给地下工程的顺利施工创造条件。从地表开挖基坑的最简单办法是放坡大开挖，既经济又方便，在空旷场地优先采用。但经常由于场地的局限性，在基坑平面以外没有足够的空间放坡，人们不得不采用附加结构体系的开挖支护系统，以保证施工的顺利进行。为了给地下工程敞开开挖创造条件，基坑维护结构体系必须满足如下几个方面的要求：1）适度的施工空间。围护结构能起到挡土的作用，为地下工程的施工提供足够的作业场地。2）干燥的施工空间。采取降水、排水、隔水等各种措施，保证地下工程施工的作业面在地下水位面以上，方便地下工程的施工作业。当然，也有少量的基坑工程为了基坑稳定的需要，土方开挖采用水下开挖，通过水下浇注混凝土底板封底，然后排水，创造干燥的工程作业条件。3）安全的施工空间。在地下工程施工期间，应确保基坑本身的安全和周边环境的安全。基坑工程的特点1）安全储备小、风险大一般情况下，基坑工程作为临时性措施，基坑维护体系在设计时有些荷载，如地震荷载不加考虑，相对永久结构而言，在强度、变形、防渗、耐久性等方面的要求较低一些，安全储备要求可小一些，加上建设方对基坑工程认识上的偏差，为降低工程费用，对设计提出一些不合理的要求，实际的安全储备可能会更小一些。因此，基坑工程具有较大的风险性，必须有合理的应对措施。2）制约因素多基坑工程与自然条件的关系密切，设计施工中必须全面考虑气象、工程地质及水文地质条件及其在施工过程中的变化，充分了解工程所处的工程地质及水文地质、周边环境与基坑开挖的关系及相互影响。3）计算理论不完善基坑工程作为地下工程，所处的地质条件复杂，影响因素众多，人们对岩土力学性质的了解还不深入，很多设计计算理论，如岩土压力、岩土的本构关系等，还不完善，还是一门发展中的学科。基坑工程的设计计算理论的不完善，直接导致了工程中的许多不确定性，正如同济大学高大钊教授所讲“岩土工程问题没有100%的把握，只是一个偏于安全的估计而已”，因此目前在工程实践中采用理论导向，量测定量和经验判断三者相结合的方法。故基坑工程必须要和监测、监控相配合，更要有相应的应急措施。强调信息化施工的必要性。4）对综合性知识、经验要求较高基坑工程的设计与施工不仅需要岩土工程方面的知识，也需要结构工程方面的知识。基坑工程中设计和施工是密不可分的。设计计算理论的不完善和施工中的不确定因素会增加基坑工程失效的风险，所以，需要设计施工人员具有丰富的现场实践经验。基坑工程设计原则安全适用、技术先进、经济合理、确保质量、保护环境。安全是前提，技术先进和确保质量是保证，保护环境是为了可持续发展，经济合理是目标。基坑侧壁安全等级强调基坑侧壁安全等级的划分，就是要求设计者在支护结构设计时应根据基坑侧壁不同条件因地制宜进行设计。目前关于基坑侧壁安全等的划分的规范、规程、标准有4本，分别是：1）《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）；2）《高层建筑岩土工程勘察规程》（JGJ72-2004J366-2004）；3）《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）；4）《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）。影响基坑稳定的主要因素包括：开挖岩土体和地下水特征、基坑深度及放坡坡度、基坑周边环境条件、施工因素、气象因素等。基坑侧壁安全等级的划分原则：《建筑基坑支护技术规程》根据基坑开挖深度、周边环境条件和支护结构破坏后果的严重程度，可分为三级。《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002中7.1.1条规定：1。符合下列情况之一，为一级基坑：1)重要工程或支护结构做主体结构的一部分；2)开挖深度大于10m;

3)与临近建筑物，重要设施的距离在开挖深度以内的基坑；4）基坑范围内有历史文物、近代优秀建筑、重要管线等需严加保护的基坑。

2.三级基坑为开挖深度小于7m，且周围环境无特别要求时的基坑。

3.除一级和三级外的基坑属二级基坑。4.当周围已有设施有特殊要求时，尚应符合这些要求。基坑施工的危险源一、危险源的定义危险源是指一个系统中具有潜在能量和物质释放危险的、可造成人员伤害、在一定的触发因素作用下可转化为事故的部位、区域、场所、空间、岗位、设备及其位置。

对危险源的控制实际上就是找出其存在的事故隐患或防止其出现事故隐患。二、危险源构成

危险源的产生一般由潜在危险、存在条件、触发因素构成。一定的危险源总是与相应的触发因素想关联，在触发因素的作用下，危险源转化为危险状态，继而转化为事故。三、基坑施工时的危险源

基坑支护工程是指开挖深度超过3m（含3m）的基坑（槽）并采用支护结构施工的工程；或基坑虽未超过5m，但地质条件和周围环境复杂、地下水位在坑底以上等工程。由于基坑施工时土质以及工程、水文地质条件的影响，相邻建筑物、地下管线的影响，基坑的深度、形状等空间效应以及时效性的影响。如果不对这些因素进行辨识和采取措施，这些都会在一定程度造成事故的发生。而在各个施工环节上有些人为的因素同样也会变成危险源，例如机械操作的失误，人为的疏忽安全等等。基坑塌方2014年7月9日，延安一工地河水倒灌，致使地下停车场厢式建筑整体发生倾斜位移2014年7月19日宁波一工地塌方一人被埋2005年7月21日中午12时许，广州一建筑工地基坑挡土墙突然发生坍塌，邻近的海员宾馆和一幢8层居民楼发生倾斜，事故造成5人被困，广州地铁二号线中大站至市二宫站区段从21日下午开始暂停营运。2010年6月29日23时，一建筑工地挖掘施工后，基坑滑坡，造成DN400mm的吉林大学供水专线出现100多米长的断裂，造成吉林大学校园及周边区域停止供水，包括吉林大学师生3.5万人在内的11万人无水可用。多条光缆断裂，造成吉林大学南校3万多师生不能上网。建筑施工安全检查标准基坑要求《建筑施工安全检查标准》JGJ59—2011是房屋建筑工程施工现场安全生产的检查评定的主要工具和依据。其第3.11节，

基坑支护、土方作业对基坑安全进行了要求。3.11.1基坑支护、土方作业安全检查评定除符合现行国家标准《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497、现行行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ120、《建筑施工土石方工程安全技术规范》JGJ180的规定。3.11.2检查评定保证项目包括：施工方案、临边防护、基坑支护及支撑拆除、基坑降排水、坑边荷载。一般项目包括：上下通道、土方开挖、基坑工程监测、作业环境。

下面，逐项做一说明;施工方案1）深基坑施工必须有针对性、能指导施工的施工方案，并按有关程序进行审批；

2）危险性较大的基坑工程应编制安全专项施工方案，应由施工单位技术、安全、质量等专业部门进行审核，施工单位技术负责人签字，超过一定规模的危险性较大的基坑工程由施工单位组织进行专家论证。3）开挖深度超过5m的基坑土方开挖、支护、降水工程或开挖深度虽未超过5m但地质条件、周围环境复杂的基坑土方开挖、支护、降水工程专项施工方案，应组织专家进行论证；4）当基坑周边环境或施工条件发生变化时，专项施工方案应重新进行审核、审批。

建筑基坑支护安全专项施工方案编制要点一、工程概况

（一）基坑所处的地段，周边的环境。

（二）四周市政道路、管、沟、电力电缆和通信光缆等情况。

（三）基础类型、基坑边坡支护形式、基坑开挖深度、降排水条件、施工季节、支护结构使用期限及其他要求。

二、编制依据

相关法律、法规、规范性文件、标准、规范及图纸（国标图集）、施工组织设计等。

三、工程地质情况及现场环境

（一）施工区域内建筑基坑的工程地质勘察报告，要包含土的常规物理试验指标，土的固结块剪内摩擦角φ、内聚力c、渗透系数K等数据。

（二）施工区域内及邻近地区地下水情况。

（三）场地内和邻近地区地下管道、管线图和有关资料，如位置、深度、直径、构造及埋设年份等。

（四）邻近的原有建筑、构筑物的结构类型、层数、基础类型、埋深、基础荷载及上部结构现状，如有裂缝、倾斜等情况，需作标记、拍片或绘图，形成原始资料文件。

（五）基坑四周道路的距离、堆放物及车辆载重情况。四、基坑支护设计

依据《建筑基坑支护技术规程》JGJ

120、工程地质勘察报告进行支护方案选择及设计，内容有：

（一）设计原则。

（二）支护结构选型。

（三）荷载标准。

（四）质量检测。

支护结构选型《建筑基坑支护技术规程》中对支护结构选型时，应综合考虑下列因素：

1基坑深度；2土的性状及地下水条件；

3基坑周边环境对基坑变形的承受能力及支护结构一旦失效可能产生的后果；

4主体地下结构及其基础形式、基坑平面尺寸及形状；

5支护结构施工工艺的可行性；

6施工场地条件及施工季节；7经济指标、环保性能和施工工期。2.1.3

基坑支护retainingandprotectionforexcavations为保护地下主体结构施工和基坑周边环境的安全，对基坑采用的临时性支挡、加固、保护与地下水控制的措施。2.1.4

支护结构retainingandprotectionstructure

支挡或加固基坑侧壁的承受荷载的结构。2.1.5

设计使用期限designworkablelife设计规定的从基坑开挖到预定深度至完成基坑支护使用功能的时段。2.1.6

支挡式结构retainingstructure

以挡土构件和锚杆或支撑为主要构件，或以挡土构件为主要构件的支护结构。2.1.7

锚拉式支挡结构anchoredretainingstructure

以挡土构件和锚杆为主要构件的支挡式结构。2.1.8

支撑式支挡结构struttedretainingstructure

以挡土构件和支撑为主要构件的支挡式结构。2.1.9

悬臂式支挡结构cantileverretainingstructure

以顶端自由的挡土构件为主要构件的支挡式结构。2.1.11排桩soldierpilewall沿基坑侧壁排列设置的支护桩及冠梁所组成的支挡式结构部件或悬臂式支挡结构。2.1.12

双排桩double-row-pileswall

沿基坑侧壁排列设置的由前、后两排支护桩和梁连接成的刚架及冠梁所组成的支挡式结构。2.1.18土钉soilnail设置在基坑侧壁土体内的承受拉力与剪力的杆件。例如，成孔后植入钢筋杆体并通过孔内注浆在杆体周围形成固结体的钢筋土钉，将设有出浆孔的钢管直接击入基坑侧壁土中并在钢管内注浆的钢管土钉。2.1.19土钉墙soilnailingwall

由随基坑开挖分层设置的、纵横向密布的土钉群、喷射混凝土面层及原位土体所组成的支护结构。2.1.20复合土钉墙compositesoilnailingwall

土钉墙与预应力锚杆、微型桩、旋喷桩、搅拌桩中的一种或多种组成的复合型支护结构。2.1.21

重力式水泥土墙gravitycement-soilwall水泥土桩相互搭接成格栅或实体的重力式支护结构。五、支护施工工序及施工方法

根据选择的支护方案和支护设计，安排支护施工工序及施工方法。

如采用挡土板桩，施工顺序：

建筑工程定位→板桩墙定位→安装导向围檩→沉打板桩→拆除导向围檩→安装拉锚或支撑装置→挖土（视基础深度，确定分层开挖厚度和相应支护设施）→基础施工→填土→拆除拉锚或支撑→拔除板桩。

挡土板桩施工必须做到：

（一）确保坑壁稳定，施工安全。

（二）确保邻近建筑物、构筑物和管线安全。

（三）考虑基础施工各工序如挖土、模板安装、钢筋绑扎、混凝土浇捣便于进行。

（四）尽可能施工简便、经济合理。六、基坑施工

（一）基坑开挖

基坑开挖应根据支护结构设计、降排水要求，确定开挖方案。基坑边界周围地面应设排水沟，且应避免漏水、渗水进入坑内；放坡开挖时，应对坡顶、坡面、坡脚采取降排水措施。基坑周边严禁超载堆放。

内容应包括：开挖机械的选型，开挖程序，机械和运输车辆行驶路线，地面和坑内排水措施，冬季、雨季、汛期施工措施等。（二）开挖监控

基坑开挖前应作出系统的开挖监控方案，监控方案应满足《建筑基坑工程监测技术规范》GB

50497—2009，包括监控目的、监测项目、监控报警值、监测方法及精度要求、监测点的布置、监测周期、工序管理和记录制度以及信息反馈系统等。建筑基坑工程监测技术规范3.0.1

开挖深度大于等于5m、或开挖深度小于5m但现场地质情况和周围环境较复杂的基坑工程以及其他需要监测的基坑工程应实施基坑工程监测。

3.0.2

基坑工程设计提出的对基坑工程监测的技术要求应包括监测项目、监测频率和监测报警值等。

3.0.3

基坑工程施工前，应由建设方委托具备相应资质的第三方对基坑工程实施现场监测。监测单位应编制监测方案，监测方案须经建设方、设计方、监理等认可，必要时还需与基坑周边环境涉及的有关管理单位协商一致后方可实施。3.0.4

监测工作宜按下列步骤进行：

1

接受委托；

2

现场踏勘，收集资料；3

制定监测方案；

4

监测点设置与验收，设备、仪器校验和元器件标定；

5

现场监测；

6

监测数据的处理、分析及信息反馈；

7

提交阶段性监测结果和报告；

8

现场监测工作结束后，提交完整的监测资料。3.0.6

监测方案应包括下列内容：

1工程概况；2

建设场地岩土工程条件及基坑周边环境状况；

3

监测目的和依据；4

监测内容及项目；

5

基准点、监测点的布设与保护；6

监测方法及精度；

7

监测期和监测频率；

8

监测报警及异常情况下的监测措施；

9

监测数据处理与信息反馈；10

监测人员的配备；11

监测仪器设备及检定要求；12

作业安全及其他管理制度。3.0.7

下列基坑工程的监测方案应进行专门论证：1

地质和环境条件复杂的基坑工程；

2邻近重要建筑和管线，以及历史文物、优秀近现代建筑、地铁、隧道等破坏后果很严重的基坑工程；3已发生严重事故，重新组织施工的基坑工程；4采用新技术、新工艺、新材料、新设备的一、二级基坑工程；5其他需要论证的基坑工程。3.0.9

监测单位应及时处理、分析监测数据，并将监测结果和评价及时向建设方及相关单位作信息反馈，当监测数据达到监测报警值时必须立即通报建设方及相关单位。4.1.1

基坑工程的现场监测应采用仪器监测与巡视检查相结合的方法。

4.1.2

基坑工程现场监测的对象包括：

1

支护结构；

2

地下水状况；

3

基坑底部及周边土体；

4

周边建筑；

5

周边管线及设施；

6

周边重要的道路；

7

其他应监测的对象。7.0.1

基坑工程监测频率的确定应以能系统反映监测对象所测项目的重要变化过程而又不遗漏其变化时刻为原则。

7.0.2

基坑工程监测工作应贯穿于基坑工程和地下工程施工全过程。监测工作应从基坑工程施工前开始，直至地下工程完成为止。对有特殊要求的基坑周边环境的监测应根据需要延续至变形趋于稳定后才能结束。7.0.3

监测项目的监测频率应综合考虑基坑类别、基坑及地下工程的不同施工阶段以及周边环境、自然条件的变化和当地经验而确定。当监测值相对稳定时，可适当降低监测频率。对于应测项目，在无数据异常和事故征兆的情况下，开挖后仪器监测频率可按表7.0.3确定。

表7.0.3

现场仪器监测的监测频率基坑类别施工进程基坑设计深度≤5m5～10m10～15m＞15m一级开挖深度（m）≤51次/1d1次/2d1次/2d1次/2d5～101次/1d1次/1d1次/1d＞102次/1d2次/1d底板浇筑后时间（d）≤71次/1d1次/1d2次/1d2次/1d7～141次/3d1次/2d1次/1d1次/1d14～281次/5d1次/3d1次/2d1次/1d＞281次/7d1次/5d1次/3d1次/3d二级开挖深度（m）≤51次/2d1次/2d5～101次/1d底板浇筑后时间（d）≤71次/2d1次/2d7～141次/3d1次/3d14～281次/7d1次/5d＞281次/10d1次/10d7.0.4

当出现下列情况之一时，应加强监测，提高监测频率。1

监测数据达到报警值；2

监测数据变化较大或者速率加快；3

存在勘察未发现的不良地质；4

超深、超长开挖或未及时加撑等未按设计工况施工；5

基坑及周边大量积水、长时间连续降雨、市政管道出现泄漏；

6

基坑附近地面荷载突然增大或超过设计限值；

7

支护结构出现开裂；8

周边地面突发较大沉降或出现严重开裂；

9

邻近建筑突发较大沉降、不均匀沉降或出现严重开裂；

10

基坑底部、侧壁出现管涌、渗漏或流砂等现象；

11

基坑工程发生事故后重新组织施工；

12

出现其他影响基坑及周边环境安全的异常情况。监测报警8.0.1

基坑工程监测必须确定监测报警值，监测报警值应满足基坑工程设计、地下主体结构设计以及周边环境中被保护对象的控制要求。监测报警值应由基坑工程设计方确定。

8.0.2

因围护墙施工、基坑开挖以及降水引起的基坑内外地层位移应按下列条件控制：

1

不得导致基坑的失稳；

2

不得影响地下结构的尺寸、形状和地下工程的正常施工；

3

对周边已有建筑引起的变形不得超过相关技术规范的要求或影响其正常使用；

4

不得影响周边道路、管线、设施等正常使用；

5

满足特殊环境的技术要求。8.0.3

基坑工程监测报警值应以监测项目的累计变化量和变化速率值两个值控制。

8.0.4

基坑及支护结构监测报警值应根据土质特征、设计结果及当地经验等因素确定，当无当地经验时，可按表8.0.4采用。序号监测支护基坑类别项目结构一级二级三级

类型累计值变化累计值/mm变化累计值/mm变化

绝相对基坑深度(h)控制值速率/mm·d-1绝相对基坑深度(h)控制值速率/mm·d-1绝相对基坑深度(h)控制值速率/mm·d-1

对

对

对

值/mm

值/mm

值

/mm

1围护墙（边坡）顶部水平位移放坡、土钉墙、喷锚支护、水泥土墙30~350.3%~0.4%5~1050~600.6%~0.8%10~1570~800.8%~1.0%15~20钢板桩、灌注桩、型钢水泥土墙、地下连续墙25~300.2%~0.3%2~340~500.5%~0.7%4~660~700.6%~0.8%8~102围护墙（边坡）顶部竖向位移放坡、土钉墙、喷锚支护、水泥土墙20~400.3%~0.4%3~550~600.6%~0.8%5~870~800.8%~1.0%8~10钢板桩、灌注桩、型钢水泥土墙、地下连续墙10~200.1%~0.2%2~325~300.3%~0.5%3~435~400.5%~0.6%4~53深层水平位移水泥土墙30~350.3%~0.4%5~1050~600.6%~0.8%10~1570~800.8%~1.0%15~20钢板桩50~600.6%~0.7%2~380~850.7%~0.8%4~690~1000.9%~1.0%8~10型钢水泥土墙50~550.5%~0.6%75~800.7%~0.8%80~900.9%~1.0%灌注桩45~500.4%~0.5%70~750.6%~0.7%70~800.8%~0.9%地下连续墙40~500