深基坑工程安全管理要点及案例分析(应宏伟课件)

深基坑工程安全管理要点及案例分析浙江大学建筑工程学院应宏伟一、概述二、基坑围护结构主要类型三、基坑变形、破坏现象四、基坑工程设计及施工要求五、基坑工程重大危险源辨识六、基坑施工安全生产管理七、典型基坑工程案例分析提纲1.基本概念

基坑（广义）：由地面向下开挖形成的敞开地下空间。

基坑工程：建筑物或构筑物地下部分施工时，需开挖基坑，进行施工降水，同时要对基坑四周的建筑物、构筑物、道路和地下管线进行围护及监测，确保正常、安全施工。这项综合性工程称为基坑工程。

支护结构：基坑工程中采用的围护墙、支撑（或土层锚杆）、防渗帷幕、地基加固体等结构体系的总称。

深基坑：开挖深度超过5m（含5m）或深度虽未超过5m，但地质条件和周围环境及地下管线极其复杂的工程。一、概述基坑安全等级：三个安全等级。一级基坑：（1）软土地区基坑开挖深度大于8m（修订后10m，上海12m）。（2）支护结构作为主体结构的一部分。

（3）在基坑开挖影响范围内有重要建（构）筑物、轨道交通、需严加保护的管线或其他重要设施。。三级基坑：

开挖深度小于5m（上海7m)，且周围环境无特殊要求。二级基坑：

除一级和三级以外的基坑。杭州莫干山路华龙商务大厦基坑实景杭州利群大厦基坑实景杭州武林路某基坑实景型钢组合支撑基坑实景TRD内插型钢围护墙基坑实景

江苏润扬长江公路大桥锚碇基坑开挖深度达48m，是目前国内最深的基坑；杭州西湖文化广场深基坑平面尺寸达350m×285m，开挖深度达12.85m，上海虹桥枢纽地下室面积17万平方米；上海绿洲中环中心基坑，采用直径为210m的超大圆环支撑，为目前国内同类工程之最。

国外，圆形基坑深度最大达74m，直径达98m，法国非圆形基坑深度已达9层。随着城市建设的飞速发展，高层、超高层建筑和大中型地下市政设施日益增多，深基坑工程呈现数量多、规模大、深度深、难度大的趋势。2.基坑工程发展趋势上海世博500kV地下变电站(挖深34m)润杨大桥（跨度1490米）基坑支护/润杨大桥锚锭开挖深度48米（12道支撑）基础和地下工程施工中的传统课题综合性岩土工程难题涉及土力学领域：强度（稳定）问题：围护桩（墙）、支撑系统、地基变形问题：支护结构、周围环境——变形控制设计渗流问题土与支护结构共同作用(应同时具备岩土工程和结构工程知识)实践性很强的岩土工程问题

实践先于理论发展：基坑稳定性、支护结构的内力和变形以及地基变形对周围建筑物、地下管线的影响和保护的计算分析不准确。目前对策：理论导向、现场监测和经验判断三者相结合。全国性规范和地区性规范都应满足。3.基坑工程特点区域性和个性很强系统性工程

围护体系的设计、施工和土方开挖相互影响基坑工程的环境效应

基坑开挖势必引起周围地基中地下水位的变化和应力场的改变，导致周围地基土体变形，对相邻建筑物、构筑物和地下管线产生影响，甚至造成事故。二、基坑围护结构主要类型1．放坡开挖

选择合理的边坡以保证开挖过程中边坡的稳定性，包括坡面自身的稳定和边坡的整体稳定性。适用于地基土质较好、开挖深度较浅、施工现场有足够场地的工程，开挖支护费用一般较低。2．水泥土重力式围护结构

常采用深层搅拌法形成，有时也采用高压旋喷法，由数排水泥土桩排列在一起相互搭接而成，形成重力式挡墙支挡周围土体，并保持基坑边坡稳定。常用于软粘土地区开挖深度在6m以内的基坑工程。具有施工噪音低、振动小，对环境影响小、造价低、便于土方开挖等优点，缺点是通常变形较大。3.土钉墙（复合土钉墙）

土钉墙是边开挖基坑，边在土坡中设置土钉，在坡面上铺设钢筋网，并通过喷射混凝土形成混凝土面板，从而形成加筋土重力式挡墙起到挡土作用。适用于地下水位以上或人工降水后的粘性土、粉土、杂填土，一般不适用于淤泥质及地下水位以下且未经降水处理的土层，周围管线密集的基坑也应慎用。复合土钉墙系由常规土钉墙与水泥搅拌桩（或高压旋喷桩）、钢板桩、木桩、钻孔灌注桩等超前支护结构组合而成，可提高基坑稳定性，减少基坑变形，常用于软粘土基坑。土钉+排桩形成复合土钉墙4．悬臂式围护结构

常采用不设内支撑和锚杆的钢筋混凝土排桩墙、木板桩、钢板桩、钢筋混凝土板桩、地下连续墙等型式，钢筋混凝土桩常采用钻孔灌注桩、人工挖孔桩、沉管灌注桩及预制桩，一般在桩顶设压顶梁以增强整体性，悬臂式围护结构依靠足够的入土深度和结构的抗弯能力来维持整体稳定和结构的安全，适用于土质较好、开挖深度较浅的基坑工程。5．内支撑围护结构

由围护结构和内支撑体系两部分组成。围护结构常采用钢筋混凝土排桩、SMW工法和地下连续墙。内支撑体系可采用水平支撑和斜抛撑，其中水平内支撑又包括对撑、斜角撑和圆环梁支撑等型式。从材料上内撑有钢筋混凝土支撑和钢管（或型钢）支撑两种。适用范围广，可适用各种土层和基坑深度。当利用地下室的结构梁板体系作为内支撑体系时，则应视为内撑式围护结构的特例。此时可以结合全逆作或半逆作的施工方法，达到节约围护费用和施工周期的目的。型钢水泥土墙（SMW工法）SMW工法+钢管支撑上海环球金融中心主楼基坑－圆形基坑逆作法取土设备、取土孔取土架逆作法挖土环境挖土机逆作法6．拉锚式围护结构

由围护结构和锚固体系两部分组成。围护结构与内撑式围护结构体系相同。锚固体系可分为锚杆式和地面拉锚式。地面拉锚式需要有足够的场地设置锚桩或锚固物；锚杆式需要地基土能提供锚杆较大的锚固力。锚杆式一般适用于砂土或粘土地基，而在软粘土中很少使用。7．双排桩门架式围护结构

采用双排钢筋混凝土灌注排桩、压顶梁和联系梁形成空间门架式围护结构体系。它的支护深度比悬臂式结构深，但从受力机理来看，仍属悬臂型，因而在土压力作用下，其变形可能较大。适用于平面规模大、不宜设置撑锚系统的基坑。

桩锚围护结构三、基坑变形、破坏现象及机理基坑变形现象墙体变形水平变形未设支撑的刚、柔性墙和土钉墙——“上大下小”分布带撑（锚）柔性墙——“鼓形”分布竖向变位上抬：对基坑稳定、地表沉降及墙体自身稳定不利，实测最大可达10cm）下沉：承受竖向荷载，墙底有沉渣坑底隆起弹性阶段（开挖较浅）：基坑中部大，坑壁小塑性阶段（开挖深）：基坑坑壁附近出现塑性隆起

基坑破坏（失稳）现象*对应极限状态：承载能力极限状态原因：结构或地基强度不足表现形式放坡开挖：滑坡悬臂刚性挡墙基坑：整体滑移；倾覆；刚性滑移；墙体剪切破坏内撑式基坑：围护墙或支撑应力过大而破坏拉锚式基坑：锚杆系统失效或土层抗拔力不够无论是基坑破坏或变形过大都将影响周围环境的安全。

广州南珠海城广场基坑软土地基深基坑开挖所造成的工程事故

2008年11月杭州萧山区风情大道地铁一号线基坑塌陷，造成路面坍塌75米，下陷15米，多辆汽车掉入坍塌口，并酿成21人死亡的悲剧。杭州地铁1号线湘湖站基坑坍塌现场全景杭州地铁1号线湘湖站基坑坍塌现场近景软土地基深基坑开挖所造成的工程事故

同年12月，温州永嘉上塘大自然小区旁正在施工中的广场大厦基坑突然坍塌，造成近百平方米绿地突然沉陷塌方，基坑一侧的居民楼也成了危房，经济损失严重。上海某基坑坍塌成都某基坑坍塌建筑基坑工程事故的主要原因：⒈勘察：勘察不详、不准、疏漏、失误。⒉设计：对支护参数进行设计时，需进行稳定性计算分析及与之紧密相关的边壁破坏模式的选定。⒊施工：施工质量、施工工艺、材料质量、施工机械化程度、施工速度和时机、管理水平均可能成为工程事故的直接原因或间接原因。⒋监理：监理现场担负着监督处理施工是否按图施工的重任，是确保工程质量安全的重要环节。5.监测：监测方承担信息化施工重任，监测数据的真实、可靠和及时性也是基坑工程安全的重要保证。

6.建设方：建设方盲目压价、层层分包、不恰当地参与选择或强行拍板某种支护方案或降水措施等所引起的。7.规范：有些规范的某些规定显得不尽合理、适用。243项事故工程调查结果

基坑事故原因统计表

事故原因勘察设计施工监理建设方规范出现频率121241467202比例(%)3.939.946.92.36.40.6

事故基坑支护结构类型统计表支护类型桩墙板桩锚板锚桩撑板撑墙撑喷锚网深层搅拌桩放坡出现频率632291842151715比例(%)42.68.11.46.10.75.42.71.410.111.510.1四、基坑工程设计及施工要求

（一）基坑支护方案设计及专家论证

1、基坑支护结构应由有设计资质和执业资格的单位和设计人员进行设计；对基坑开挖深度≥5米及虽不到5米但对周围环境影响较大的，尚应对设计方案进行专家论证。

2、基坑支护设计方案是编制基坑安全专项施工方案和进行基坑支护结构施工的重要依据。基坑支护设计方案应包括有关地质资料、支护结构施工图、计算书、降排水措施及对土方开挖和基坑监测的安全技术要求等。设计方案应经设计单位技术负责人审定签字。

3、按规定应经过专家论证的设计方案必须经论证后实施。设计单位应根据专家论证意见完善设计方案；无需论证的基坑支护设计方案，建设、施工单位技术负责人、项目总监理师应对基坑支护设计方案的符合性进行复核。

4、基坑支护设计方案、审核意见和专家论证报告应一并列入安全生产台帐。（二）基坑安全专项施工方案及专家论证1.根据建设部建质（2009）87号《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》规定，对基坑（槽）开挖深度≥3米或虽不到3米但周边环境复杂的工程，应编制支护、降水、土方开挖专项施工方案，经施工单位技术负责人、总监理工程师签字后实施；对基坑（槽）开挖深度≥5米或虽不到5米但周边环境复杂、影响毗邻建筑（构筑）安全的工程，应对专项施工方案进行专家论证；施工单位应按照批准的施工组织设计或基坑（槽）专项施工方案，对基坑（槽）施工进行安全管理。基坑安全专项施工方案或基坑（槽）施工安全技术措施应在施工前编制（论证）完成。2.基坑支护工程专项施工方案应根据基坑支护设计文件及周围环境，并结合施工单位的施工能力及工程总体施工部署等有针对性地编制。其主要内容应包括：工程概况、编制依据、工程地质情况、周围地上及地下环境情况、基坑支护设计概况、工程难点和重点、施工组织体系、施工部署及施工顺序、各项资源配置、施工技术措施、安全生产技术措施、基坑及周围环境监测措施、危险源辨识及应急预案、验收标准、相应的附表及附图等。

3.基坑安全专项施工方案包括支护结构施工、土方开挖施工、（降）排水施工、基坑监测四部分，其中基坑监测可由有资质的专业单位编制。编制的内容应符合《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》的要求。基坑安全专项施工方案由施工单位工程项目负责人组织编制人员或项目技术负责人进行编制。工程由专业单位分包时，可由专业承包单位组织编制，总承包单位审核。4.专项方案编制后应当由施工单位技术部门组织审核并经单位技术负责人审定。其中不需专家论证的专项方案报监理单位，由项目总监理工程师批准后实施；需经专家论证的由施工单位报送专家论证。专家论证后应提交论证报告。施工单位应根据论证报告修改完善方案，并重新经单位技术负责人、项目总监理工程师、建设单位项目负责人签字后实施。未按规定程序经审核批准或专家论证的专项方案不得实施。

5.专项方案实施前，编制人员或项目技术负责人应向现场管理人员和作业人员进行安全技术交底。方案的实施应遵循《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120）等有关标准，在方案实施过程中不得擅自修改和调整方案，并应对实施情况进行监测和巡查。基坑工程完成后施工单位、监理单位应按专项方案和有关规定进行验收。

6.基坑施工安全是施工现场安全管理的重点，为了加强对基坑（槽）施工安全的控制，应在基坑施工过程中分阶段及时对基坑支护作业、临边防护、坑边荷载等进行安全检查或验收。检查或验收由项目负责人或项目技术负责人组织项目安全员、有关专业人员（专业单位技术负责人）参加，项目监理工程师应当参加。验收中发现不符合规范、标准或施工方案要求的应及时提出处理意见，发现不安全状态的应立即进行整改。整改完成后方可进入下一道工序。检查与验收应做好记录。

7.支护结构施工所使用的原材料及半成品应按有关施工安全质量验收规范、标准进行检测和验收，检测和验收记录应存档。8.基坑安全专项施工方案、专家论证报告及《安全专项施工方案（安全技术措施）审批表》、有关检查记录应一并列入安全生产台帐。（三）基坑监测方案和监测报告(巡查记录)1.根据《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497—2009规范，对基坑（槽）开挖深度≥5米或虽不到5米但周边环境复杂的工程，应实施基坑工程安全监测。基坑工程监测由建设单位委托有资质的第三方监测单位在现场进行。

2.基坑工程施工前。监测单位应编制监测方案，监测方案应经建设、基坑设计、监理单位认可；对重要的监测方案应进行专家论证，监测单位应按论证意见完善监测方案。

3.基坑安全监测应按方案进行，监测单位应根据监测方案所明确的监测频率及时向施工、监理单位提供监测报告。当监测数据达到报警值时应及时报告建设或监理、施工单位，施工单位应及时采取纠正措施，防止事故发生。监测终结后监测单位应提供监测总结报告。4.按规定无需专业单位进行基坑监测时，施工单位应参照监测规范有关要求对相应项目进行安全巡查或监测，并形成记录。记录表见《建筑基坑工程监测技术规范》。5.基坑工程施工期间施工单位应安排专人进行巡视检查。基坑工程巡视检查宜包括以下内容：

(1)支护结构

1)支护结构成型质量；

2)冠梁、围檩、支撑有无裂缝出现；

3)支撑、立柱有无较大变形；

4)止水帷幕有无开裂、渗漏；

5)墙后土体有无裂缝、沉陷及滑移；

6)基坑有无涌土、流砂、管涌。

(2)施工工况

1）开挖后暴露的土质情况与岩土勘察报告有无差异；

2）基坑开挖分段长度、分层厚度及支锚设置是否与设计及专项施工方案一致，有无超长、超深开挖；

3）场地地表水、地下水排放状况是否正常，基坑降水、回灌设施是否运转正常；

4）基坑周边地面有无超载。

(3)基坑周边环境

1）地下管道有无破损、泄露情况；

2）周边建（构）筑物有无新增裂缝出现；

3）周边道路（地面）有无裂缝、沉陷；

4）邻近基坑及建（构）筑物的施工变化情况。

(4)

监测设施

1）基准点、监测点完好状况；

2）监测元件的完好及保护情况；

3）有无影响观测工作的障碍物。6.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反馈建设单位及相关单位。当监测数据达到监测报警值时必须立即通报建设单位及相关单位。

7.当出现下列情况之一时，应加强监测，提高监测频率，并及时向建设单位及相关单位报告监测结果：

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违反设计工况施工；

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)邻近的建（构）筑物突发较大沉降、不均匀沉降或出现严重开裂；

10)基坑底部、坡体或支护结构出现管涌、渗漏或流沙等现象；

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。8.当出现下列情况之一时，必须立即报警，并实时跟踪监测，应立即停止施工，并对基坑支护结构和周边的保护对象采取应急措施。

1)监测数据达到监测报警值的累计值；

2)基坑支护结构或周边土体的位移值突然明显变大或基坑出现渗漏、流沙、管涌、隆起、陷落或较严重的渗漏等；

3)基坑支护结构的支撑或锚杆体系出现过大变形、压屈、断裂、松弛或拔出的迹象；

4)

周边建（构）筑物的结构部分、周边地面出现危害结构的变形裂缝或较严重的突发裂缝；

5)

根据当地工程经验判断，出现其他必须进行危险报警的情况。1、整体失稳

2、倾覆

3、坑底隆起

4、管涌

5、桩墙渗漏

6、墙体破坏

7、内支撑失稳、断裂

8、深层位移、坑底隆起、管涌、渗漏等对周围环境的影响或破坏五、基坑工程重大危险源辨识601、整体失稳原因：基坑开挖后，由于圆弧滑动面上抗剪强度不足引起的土体整体滑动。

规范计算内容：整体稳定性验算。

61大放坡62土钉墙63重力式挡土墙64排桩内支撑6566672、倾覆原因：软粘土层中，由于支护结构插入深度不足，使得绕挡土结构某点的主动土压力力矩大于被动土压力矩而发生倾覆。

规范计算内容：抗倾覆稳定验算。

68排桩内支撑69重力式挡墙703、坑底隆起

原因：软粘土层中基坑开挖后，由于土体重力压差引起桩底土体破坏或桩弯曲变形而发生基坑内土体上隆。

规范计算内容：坑底土的抗隆起稳定验算。71围护墙底地基承载力验算简图72基坑底抗隆起验算简图734、管涌原因：由于基坑水头差产生上浮力使被动区土体因失重而破坏。分两种状况：（1）竖直向隔水帷幕——插入深度不足或局部缺陷（2）水平向封底隔渗的厚度和强度不足——深层承压水规范计算内容：抗管涌、抗突涌稳定性验算。

74基坑底管涌验算简图755、桩墙渗漏原因：基坑止水帷幕破坏发生渗流。对象：多发生在粉土、粉砂、粘质粉土等渗透性较大的桩墙支护结构中。766、墙体破坏

1、原因：墙体设计强度不足或施工质量缺陷导致墙体强度不足，发生破坏。

规范计算内容：重力式挡墙和排桩墙内力和强度验算。

2、对象：多发生在重力式挡墙和悬臂式桩墙支护结构中。777879807、内支撑失稳、断裂原因：设计强度不足、挖土顺序不当或外力影响使内支撑失稳或断裂引起基坑整体坍塌。

规范计算内容：内支撑结构设计8182永嘉上塘一地下室上海淞江一地下室

8、深层位移、坑底隆起、管涌、渗漏等对周围环境的影响或破坏规范计算内容：环境影响分析与保护1、基坑开挖

1）临边防护（1）基坑施工必须按要求进行，具体临边防护要求按“三宝四口”章节要求执行。（2）开挖深度超过2米的基坑施工还必须在栏杆式防护的基础上加密目式安全网防护。六、基坑施工安全生产管理2）排水措施（1）常见的地下水控制方法有集水明排、降水、截水和回灌等型式单独或组合使用。常用的地下水控制方法有明排水、井点降水、自流深井排水等。（2）深基坑施工采用坑外降水的，必须有防止临近建筑物危险沉降的措施。3）坑边荷载（1）基坑、边坡和基础桩孔边堆置各类建筑材料的，应按规定距离堆放；各类施工机械距基坑、边坡和基础桩孔边的距离，应根据设备重量、基坑、边坡和基础桩的支护、土质情况确定，堆载不得超过设计规定。（2）各类施工机械施工与基坑、边坡的距离小于规定时，应对施工机械作业范围内的基坑支护、地面等采取加固措施。4）上下通道（1）基坑作业时必须设置专供作业人员上下的通道，作业人员不得攀爬临时设施。（2）通道的设置，在结构上必须牢固可靠，数量、位置上应符合有关安全要求。5）土方开挖（1）土方施工机械应由有关部门检查验收合格后进场作业，操作人员应持证上岗，遵守安全技术操作规程。（2）机械开挖土方时，作业人员不得进入机械作业半径范围内进行坑底清理或找坡作业。（3）施工时应遵循自上而下的开挖顺序，严禁先切除坡脚，并不得超挖。2、基坑监控1）监控方案基坑开挖前应制定系统的开挖监控方案，监控方案应包括监控目的、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。2）监测项目

基坑工程监测可按基坑侧壁安全等级（分为一、二、三级）选择监测项目，具体分为：支护结构位移；周围建筑物、地下管线变形；地下水位；桩、墙内力；锚杆拉力；支撑轴力；立柱变形；地体分层竖向位移；支护结构界面上侧向压力。3）监测点布置（1）监测点的布置应满足监控要求，从基坑边缘以外1~2倍开挖深度范围内的需要保护物体均应作为监控对象。（2）位移观测基准点数量不少于两点，且应设在影响范围以外。（3）深基坑工程应进行水平和垂直位移监测，并符合下列要求：A、布点要求：开挖深度不超过7米的三级基坑，监测点间距不大于20米；开挖深度超过7米的一、二级基坑，监测点间距不大于10米；每一典型坡段不少于3个监测点。B、水平位移监测包括：位移量、位移速率和方向。4）监控报警基坑监测项目的监控报警值应根据监测对象的有关规范及支护结构设计要求确定。5）监测周期（1）监测项目在基坑开挖前应测得初始值，且不应少于两次。（2）各项监测的时间间隔可根据施工进程确定。当变形超过有关标准或监测结果变化速率较大时，应加密观测次数。当有事故征兆时，应连续监测。（3）深基坑工程进行水平和垂直位移监测应在施工前进行一次，施工期每天监测不少于一次；监测过程中发现监测对象变形发展较快则应增加监测次数，围护结构增体最大位移或地面最大沉降超过以下值时应增加监测次数：一级基坑：5mm、3mm；二级基坑：8mm、6mm；三级基坑：10mm、10mm。6）监测报告

基坑开挖监测过程中，应根据设计要求提交监测日报、阶段性监测报告。工程结束时应提交完整的监测总结报告，报告内容应包括：

（1）工程概况。

（2）监测项目和各测点的平面和立面布置图。

（3）采用仪器设备和监测方法。

（4）监测数据处理方法和监测结果过程曲线。

（5）监测结果评价。3、基坑作业环境

1）基坑内悬空作业基坑内悬空作业时，应有稳固的立足点，并搭设防护设施，特殊情况下无可靠的安全设施。2）基坑内垂直作业

基坑内垂直作业各工种进行上下立体交叉作业时，不得在同一垂直方向上操作。3）基坑内交叉作业（1）悬空作业各工种进行上下立体