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陜西一基坑坍塌,致3人遇難!你的基坑施工安全防御真的做到位了嗎?

發布時間:2019-12-18來源:分享:

近日,陜西寶雞基坑坍塌事件引強烈關注,現場3名施工人員被埋,經搶救無效后死亡。

基坑坍塌近年來已不少見。對于一棟建筑來說,地基是最基本也是最重要的支撐點,其承受著全部建筑物的荷載,且越大的建筑物要求會越高,不但要有足夠的承載力,還要具備防止傾覆、失穩的能力,以及控制一定范圍的沉降量等。為解決人防和車庫的問題,地下室亦建的越來越多,隨之而來的是基坑工程施工愈來愈多。

但建筑基坑的支護系統通常為臨時結構,安全儲備小且風險性較大。基坑支護不牢將危及人身和財產安全,并對周邊環境造成負面影響。

當基坑出現質量問題或支護結構不穩定時,基坑監測作為決策者的重要手段,將持續發揮作用,指引基坑施工工作向著安全、穩定的方向發展,促使安全性和經濟性達到合理平衡。因此,在基坑作業過程中,安全監測和預警是工程建設必不可少的重要環節,進一步保障施工安全。

本文從致基坑出現事故的主要原因入手闡述基坑監測的重要意義,繼而介紹基坑監測項目分類及監測數據報警值,最后通過實際應用案例驗證基坑監測實際作用。

一、基坑事故原因及監測預警的重要意義

基坑支護是一門實踐性很強的學科,出現基坑事故的原因表現在多個方面。
在工程設計階段準確無誤的預測基坑支護結構和周圍土體在施工過程中的變化是不現實的,一旦施工過程出現異常,且這種變化又未能及時發現,任由其發展,后果將不堪設想。

 基坑事故原因

據統計,國內外多起重大基坑工程事故發生前,其監測數據都有不同程度的異常反映,但未得到充分重視致嚴重后果。因而在整個基坑工程實施過程中,基坑監測及預警顯得格外重要,其意義主要體現在以下幾個方面。

1.為信息化施工和優化設計提供依據

在基坑工程中,工程的實際工作狀態與設計工況往往存在一定差異,設計值不能全面、準確的反映工程的各種變化;而對于復雜的大中型基坑或環境要求嚴格的項目,往往沒有已有經驗可借鑒,也難以從理論上找到定量分析、預測的方法,需要依賴于施工過程中的現場監測。

2.為基坑支護結構及周邊環境安全

在城市中基坑工程往往處于密集的既有建筑物、道路橋梁、地下管線、地鐵隧道或人防工程附近,所以在基坑開挖和施工過程中,支護結構體系、鄰近建筑物及道路管線的安全性、穩定性需重點關注。如若處理不當,不僅將危及基坑本身安全,而且會殃及臨近的建構筑物、道路橋梁和各種地下設施,造成巨大損失。

3.為基坑工程設計理論水平的完善夯實根基

現有基坑支護結構的內力變形計算的方法很多,如等值梁法、連續介質有限元法以及彈性地基桿系有限元法等等。基坑工程監測作為發展基坑設計理論的重要手段,其數據能夠驗證設計計算的準確性,大量的基坑監測數據能夠推動基坑工程設計理論水平的完善與發展。

二、監測項目分類及監測數據報警值

場監測在基坑工程中持續發揮安全預警作用,在實際工程應用中,可根據不同的圍護設計方案、基坑周邊環境狀況、基坑等級、相關規范要求選用,以期發揮更好的作用。

 監測項目分類

 水位監測點(左)、水平位移監測點(右)

基坑工程監測報警值為確保基坑工程安全,對監測項目變化所設定的監控值,用以判斷監測對象變化是否超出允許的范圍、施工是否出現異常。報警值由基坑工程設計方確定,主要從監測項目的累計變化量和變化速率值兩個維度控制,應符合基坑工程設計的限值、地下主體結構設計要求以及監測對象的控制要求。

監測數據一旦達到報警值時,監測單位應第一時間通知業主單位、監理和施工方,各方及時采取相應措施,將施工風險降至最低,將基坑事故消除在萌芽階段。監測報警值作為現場監測的重要基礎,對基坑工程和周邊環境的安全監控意義重大。

三、從工程實例看監測預警實際應用意義

基坑支護工程的不可預見因素很多,風險性大,設計和施工應考慮的首要問題是確保基坑支護本身及周邊環境的安全,因此基坑工程的監測與預警尤為重要。

下文結合上海地鐵二號線河南中路車站項目的實際監測數據探討基坑監測及預警的實際應用意義,通過工程實例闡述基坑工程監測預警對整體工程的重要作用。

1.項目概況:典型軟土地層,重點保護東海商都

上海地鐵二號線河南中路車站基坑位于上海市黃浦區南京路段,北靠中聯商廈和電子商廈,南臨東海商都和南京路新華書店。車站走向與南京路基本一致,基坑周圍環境如下圖所示。

 基坑概況

整個車站所在范圍內的地層呈現出典型的上海地區軟土地層特征。基坑開挖深度-15.2m~-16.9m。基坑分七層開挖,支撐體系采用地下連續墻+內撐體系。

本基坑工程的首要保護對象是位于基坑南側的東海商都。該大樓主要由兩部分組成:大樓外圈具有70年歷史的七層框架結構,基礎為柱下短木樁獨立基礎,最近一排基礎與基坑邊線的凈距僅為1.2m-2m;大樓中間為新近建造的結構,采用箱型基礎,埋深約為3m,底板下設有打入砂性持力層的鉆孔灌注樁。

東海商都的歷史長達70年,因其自身結構較差,大樓的變形需嚴格控制,以確保大樓安全和正常使用。

2.監測預警:變形趨勢威脅結構安全,及時采取措施控風險

從挖土動工到西端頭井澆完底板這段時間內,施工單位在開挖步序上出現了偏差,具體基坑開挖情況如圖所示。由于西端頭井開挖過快,又在西標準段開挖一條縱向施工槽井并暴露達70天,造成東海商都西北側被動區土體卸荷過大,東海商都西北角的沉降量明顯大于其余部位,柱間的最大差異沉降也接近報警值。
這一變形趨勢嚴重威脅到了東海商都的結構安全,必須立刻采取措施予以補救。

 出現險情時的基坑開挖情況

 出現風險時的東海商都沉降

3.補救措施

鑒于上述風險趨勢,施工方制定了后繼開挖中一系列變形控制措施,主要思路為:在后續開挖中,西段先通過調整控制施工步驟和參數,并結合被動區注漿;東段仍按原來的施工參數施工,允許東段有一定變形,以減小東西方向過大的差異沉降。

當差異沉降調整至滿足建筑物變形要求后,即在整座大樓范圍內采用嚴格的變形控制措施,達到同時控制西側沉降和差異沉降的目的。

4.變形控制效果

在實施控制措施后,現場實測數據顯示:東海商都西側擋墻的水平位移增量明顯小于實施控制措施前的數值,后續每層開挖的擋墻最大水平位移增量和位移速率明顯減少。通過采用以調整開挖參數為主的變形控制措施,西段在每層挖土中的變形速率和變形增量得到了有效的控制,每一層的變形速率和變形增量都要小于上一層的相應量。
東西兩端在第3-5層開挖采用不同的施工參數:西側的每小段開挖寬度和無支撐暴露時間均要小于東段,使得東段在相應各層的開挖變形和變形速率要明顯大于西側,東西兩側差異沉降得到顯著改善。而第3-5層在西段實施被動區壓力注漿,西段的墻底位移得到有效控制,甚至小于注漿前的位移量。
在整個施工過程中,通過采用合理的監控測量和有效的控制措施,并結合精心的監測預警機制,基坑施工完成后,東海商都西側的沉降及相應的沉降差異都得到有效控制。

 采取控制措施后東海大樓東西沉降變化

以C50測點為例,從西段C50處沉降歷史曲線中可以看出:地墻完成階段(第一、二兩層土層開挖階段),由于挖土較快且暴露時間較長,出現沉降速率較大、累計沉降較大的現象,出現監測報警后,通過采取多種措施來控制沉降(調整施工步驟和參數、調整支撐、在主動區和被動區注漿),沉降速率明顯變小。

 西段C50處沉降歷史曲線

從上述實踐中可以看出:由于地層的各向異性和不均勻性以及地層在施工擾動時產生的不可控因素,在施工過程各個階段還可能發生某些偏離預測值的現象,這就要求現場監測必須在施工過程進行跟蹤監測和有效控制。

此項工作是保證地下工程的實際地層位移符合預測值的一個關鍵節點,監測人員應及時對反饋人員進行分析,提前發現問題并及時預警,減少事故發生,確保工程順利進行。

結語:
隨著城市發展和建筑水平的提升,基坑工程在數量、使用領域等方面得到高速發展。但目前基坑支護設計存在安全儲備小、制約因素多、計算理論不完善等問題,因而基坑監測及預警在整個基坑工程中發揮著舉足輕重的作用。

通過安全監測能夠有效監控基坑的安全性,發現危險及時預警并及時處理,保證基坑結構安全,防止基坑事故的發生,確保施工安全。

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