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摘要：随着我国经济的发展，城市建设中高层建筑、超高层建筑所占比例逐年增多，高层建筑基坑工程事故频繁发生，严重影响了人民的生命安全和国家财产损失。本文从基坑工程设计方案的可靠性、支护工程和施工过程三个方面对基坑工程的危险性进行了具体的分析，根据安全系统工程的原理给出了相应地危险因素控制方法。
关键词：基坑工程；危险性分析；控制方法
1.引言
1.1基坑工程的重要性
近年来，随着我国经济的发展，城市建设中高层建筑，超高层建筑所占比例逐年增多，高层建筑如何解决深基础施工中的安全问题也越来越突出，建设部近几年的事故统计中，坍塌事故成了继"四大"伤害（高处坠落，物体打击，触电事故，机具伤害）之后的第五大伤害，其中在建设部公布的二零零五年度《全国建筑施工安全生产形势分析报告》中的全国建筑施工三级以上事故的分析可知，由施工坍塌引起的三级以上安全事故二十一起，死亡八十六人，分别占事故总数与死亡人数的48.8%和50.6%；而由于基坑边坡失稳，土方坍塌事故引起的三级以上事故七起，死亡二十二人，分别占坍塌事故总数和死亡人数的33.3%、25.6%，且坍塌事故在三级以上事故总数中的比例排名第一；而由于基坑边坡失稳，土方坍塌而引起坍塌事故占坍塌事故的总数和死亡人数也是排名第一。由此可见，基坑开挖与支护不当，极易引起群死群伤。
随着我国城市化的快速发展，基坑工程也与日俱增，，相应的基坑事故越来越多，给国家和人民造成很大的经济损失。国际国内发生了许多基坑塌方事故教训，例如杭州地铁湘湖站塌方事故、新加坡nicoll大道地铁基坑塌方事故、上海地铁4号线过黄浦江段事故、北京10号线熊猫环岛站、苏州街站事故、北京万豪大厦基坑塌方、广州京光广场塌方事故，水利工程有沟后水库垮坝事故、美国拓溪水库垮坝事故，日本神奈川县地质滑坡试验事故。如何从这些惨痛教训中总结经验是从事基坑设计、施工和管理人员的工作之一。国家推出JGJ 120-99建筑基坑支护规范对基坑工程的设计、施工和检测提供了技术标准和原则，如何合理利用规范而非生搬硬套也是基坑工程是否成功的关键。
1.2基坑工程的研究现状
随着我国国民经济的高速发展，城市空间日趋紧张，三维城市空间己开始作为一种重要的自然资源加以开发，基坑工程开挖支护工程也随之越来越多。一方面，地下空间开发和利用是21世纪城市建设的方向；另一方面，80年代以来.高层建筑的数量和高度都不断增加。随着建筑高度的增加，根据构造及使用的要求基础埋深也随之不断增加。从而产生了大量的深基坑工程。尤其是进入90年代后，大中城市地价不断上涨，空间利用率随之提高，出现了众多的超高层建筑，使深基坑工程向大深度和大规模方向发展。而且大量地下空间的开挖部位于建筑群密集的地区，几乎没有什么土建工程比在建筑物或构筑物旁进行顺利开挖更难了。这一切都使深基坑开挖与支护的难度日益增大，也促进了深基坑计算方法和施工工艺的发展。“深基坑虽是临时性的，但若不采用合理的支护体系有可能导致严重的后果”。因此，其支护投资较大，通常沿基坑周边每1米需上万元。如何在确保安全可靠的基础上，根据不同的土质条件和施工技术、设备水平、选择合理经济的支护结构方案，一直是深基坑支护问题研究的一个重要内容。
基坑工程是指为保证基坑施工、主体地下结构的安全和周围环境不受损害而采取的支护结构、降水和土方开挖与回填，包括勘察、设计、施工和检测等。基坑工程是土力学基础工程中一个古老的传统课题，同时又是一个综合性的岩土工程问题，既涉及土力学中典型的强度、稳定与变形问题，同时还涉及土与支护结构的共同作用问题。深基坑工程既涉及岩土工程问题，又牵涉到结构工程问题，并且在理论上和技术上提出了许多亟待解决的新课题。特别是深基坑的复杂受力特征，土工程性质的复杂性和不确定性以及土力学计算模型的近似假定和实际情况的出入等。使深基坑支护的研究愈来愈受到学术界和工程界人士的重视。深基坑工程事故一旦发生，将给国家和人民的生命财产造成巨大的损失。一些深基坑工程为了节约投资，不作止水结构或盲目减少支撑，为赶工期，先挖后撑或不严格按设计方案实施，一次开挖到底，往往会造成非常严重的后果，但也有一些深基坑工程为了确保工程的安全，不惜工本强化支护设计，设计出非常保守的支护结构，使深基坑争费用居高不下，给国家和人民的财产带来了损失。这就给我们提出了这个追切需要解决的课题：怎样以最少的投资、最短的工期，达到设计基准并能够安全运行，满足对周围环境的保护等所有预定的要求。
2基坑工程的危险性分析
2.1基坑工程设计方案的可靠性
基坑工程设计方案的是否合理可靠，是基坑工程是否安全可靠的前提条件，它的重要性是不言而喻的。基坑工程设计方案的不合理不但会导致基坑工程事故，而且影响了工程质量和进度。例如济南某大厦工程，位于繁华市区，地上23层，地下3层，基坑深12m，场地狭窄，东、南、北三面距建筑物较近。施工单位提出，采用大直径灌注桩，设一土层锚杆，桩顶设混凝土圈梁的桩锚支护体系，需费用约100万元。建设单位提出，部分采用φ800悬臂灌注桩，部分采用φ150钢管悬臂桩，部分放坡方案，费用40万元。结果按建设单位方案后几次断桩，塌方来势凶猛，均在瞬间发生，共造成坑内土方堆积3000m3，断桩23根，桩倾斜2根，7根φ150钢管歪倒。经分析，原先施工单位提出的方案还是可行的，建设单位乱定方案，不科学办事，结果是浪费了投资，拖延了工期，欲速则不达。可见，基坑工程必须选择合理可靠的设计方案，绝不能为节省费用随意变更设计方案。
另一方面，我们也应该在保证安全可靠的前提下对设计方案进行优化，保证基坑工程设计方案的经济合理可行。以无锡新区科技商务中心基坑工程为例，原先建设单位采用基坑支护方案是：上部土钉墙+下部桩锚的支护形式，支护桩侧设水泥搅拌止水幕墙，基坑内采用管井降水，坑边考虑20KN/m2的堆载。该方案虽然从技术经济上看是可性的，但存在施工周期长，不能实现年底塔楼完成8层结构的施工目标，并且对基坑外围未采取降排水措施，对周围环境保护的作用也不大等问题。针对原基坑工程设计方案存在的这些缺点，易总通过严密的推理和精确的计算给出了一个优化设计方案。新的基坑设计方案采用两级放坡开挖、边坡土钉墙支护、基坑内外同时管井降水的施工方案，同时针对场地南侧及场东北侧影响基坑边坡安全性的荷塘采用回填压实后压密注浆回固。经过实践证明：基坑工程采用新方案后，不但工期提前了30多天，而且比原设计方案更为安全可靠，工序简单易行，并增大了场地占有面积。由此可见，基坑工程设计方案的选择和优化对于基坑工程的安全性、经济合理性等都具有十分重要的影响。
2.2基坑支护工程的危险性分析
在建筑基坑施工时，为确保施工安全，防止塌方事故发生，必须对开挖的建筑基坑采取支护措施。建筑基坑支护设计与施工应综合考虑工程地质与水文地质条件、基坑类型、基坑开挖掘深度、降排水条件、周边环境对基坑侧壁位移的要求，基坑周边荷载、施工季节、支护结构使用期限等因素，做到合理设计、精心施工、经济安全。
近几年来，高层建筑的迅速兴起，促进了深基坑支护技术的发展。各地在深基坑开挖和支护技术方面积累了丰富的设计和施工经验，新技术、新结构、新工艺不断涌现。但是，现在的城市建筑间距很小，有的基坑边缘距已有建筑仅十几米、甚至几米，给基础工程施工带来很大的难度，给周围环境带来极大威胁，也相应地增加了施工工期和施工费用。另外，原来的深基坑支护结构的设计理论、设计原则、运算公式、施工工艺等，已不符合深基坑开挖与支护结构的实际情况，导致一些基坑工程出现事故，造成巨大的损失。
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运用安全系统工程的原理对基坑支护工程进行危险性分析，可以得出目前的基坑支护设计还存在以下几个方面的不安全因素：
1.基坑支护结构设计中土体有关参数的不确定性
基坑支护结构所承担的土压力大小直接影响其安全度，但由于地质情况多变且十分复杂，要精确地计算土压力目前还十分困难，至今仍在采用库伦公式或朗肯公式。而关于土体物理参数的选择是一个非常复杂的问题，尤其是在基坑开挖后，含水率、内摩擦角和粘聚力三个参数是可变值，很难准确计算出支护结构的实际受力。
在深基坑支护结构设计中，如果对地基土体的物理力学参数取值不准，将对设计的结果产生很大影响。土力学试验数据表明：内磨擦角值相差5°，其产生的主动土压力不同；原土体的内凝聚力与开挖后土体的内凝聚力，则差别更大。施工工艺和支护结构形式不同，对土体的物理力学参数的选择也有很大影响。
2.基坑工程土体取样的不完全性
在深基坑支护结构设计之前，必须对地基土层进行取样分析，以取得土体比较合理的物理力学指标，为支护结构的设计提拱可靠的依据。一般在深基坑开挖区域内，按国家规范的要求进行钻探取样。为减少勘探的工作量和降低工程造价，不可能钻孔过多。因此，所取得的土样具有一定的随机性和不完全性。但是，地质构造是极其复杂、多变的、取得的土样不可能全面反映土层的真实性。因此，支护结构的设计也就不一定完全符合实际的地质情况。
3.基坑开挖存在的空间效应考虑不周
基坑开挖中大量的实测资料表明：基坑周边向基坑内发生的水平位移是中间大两边小。基坑特别深基坑边坡的失稳，常常以长边的居中位置发生。这足以说时基坑开挖是一个空间问题。传统的深基坑支护结构的设计是按平面应变问题处理的。对一些细长条基坑来讲，这种平面应变假设是比较符合实际的，而对近似方形或长方形深基坑则差别比较大。所以，在未进行空间问题处理前而按平面应变假设设计时，支护结构要适当进行调整，以适应开挖空间效应的要求。
4.当前支护结构设计计算理论的局限性
目前基坑支护结构的设计计算仍基于极限平衡理论，但支护结构的实际受力并不那么简单。工程实践证明，有的支护结构按极限平衡理论设计计算的安全系数，从理论上讲是绝对安全的，但有时却发生破坏；有的支护结构安全系数虽然比较小，甚至达不到规范的要求，但在实际工程中却满足要求。极限平衡理论是基坑支护结构的一种静态设计，而实际上开挖后的土体是一种动态平衡状态，也是一个土体逐渐松弛的过程，随着时间的增长，土体强度逐渐下降，并产生一定的变形。所以，在基坑工程设计中必须充分考虑到这一点。
2.3施工过程中的危险性分析
基坑工程施工过程中的危险因素主要可归结为技术工艺因素、材料因素、机械设备因素、环境因素、管理因素五个方面。为便于建筑工程施工安全事故危险因素分析研究，结合建筑工程施工安全管理的特点，对五种危险因素分析如下：
1技术工艺因素
技术工艺因素主要是指建筑工程在基坑工程施工准备阶段所进行的施工组织设计中采用的各种专项施工方案、安全施工方案、安全技术标准等。在施工过程中采用的工艺标准是否成熟，是否存在安全隐患等直接影响到基坑工程的安全。
2材料因素
材料因素是指基坑工程施工过程中采用的物质材料是否符合国家相关质量安全标准，安全材料的投入是否到位。
3机械设备因素
机械设备因素是指施工机械、设备在基坑工程施工过程中是否处于完好正常运转状态，机械设备是否存在故障、机械设备的安全性能是否满足安全施工的要求。
4环境因素
环境因素就是指基坑工程所在地的地质、地形、气象条件、周围环境以及施工现场布置是否合理、安全、整洁、有序，是否存在安全隐患。
5管理因素
施工单位的管理因素与前四种因素是紧密相连的，在技术工艺因素、材料因素、机械设备因素、环境因素中都包含一定数量的危险因素，这些危险因素所处的状态和具有的危险性都与管理因素有直接或间接的关系。在管理因素中使前四种危险因素产生危险作用引发安全事故的因素就是管理方面的危险因素。
3.基坑工程危险因素的控制方法
针对当前基坑工程中的各种危险因素，我们必须采取相应地控制措施，才能有效避免基坑工程施工中重大事故的发生。
首先，要做到基坑工程的安全可靠，必须处理解决好以下三个方面的问题：
（1）基坑开挖过程中必须按照有关规范采取支护措施
基坑支护是基坑开挖安全施工的前提，是实现基坑工程最终经济价值的保证，它们具有各自的独立功能特性而又不能独立存在，是由若干具有独立功能的体系和部分组成的紧密联系的整体。例如，某大厦，由于开发单位没有认识到边坡支护的重要性，在没有考虑边坡支护的前提下，直接进行基坑开挖，致使基坑土石方大量垮塌，严重危害坡顶原有建筑物的安全使用。事故发生后，开发单位不仅在工期上造成大量损失，而且仅用在抢险上的资金就远远的超过了原计划基坑工程的投资。
（2）应重视土石方公司与岩土工程公司之间的关系
支护工程与基坑开挖虽然是紧密联系的整体，但支护工程较基坑开挖而言，其具有技术含量高、投人人力及机械设备种类多、施工管理复杂等特点。简单地将不具有岩土工程资质的土石方公司与岩土工程公司混为一谈，往往会导致支护工程质量低下、安全性降低直至酿成严重浪费的不良后果。应充分发挥岩土工程公司的技术优势，对基坑工程宜采取设计施工总承包的形式，以才能有效地避免基坑事故的发生。
（3）避免恶性压价使支护工程以不合理低价中标
任何基坑工程都具有自身的地质条件、建筑特征及周边环境的影响因素，针对这些特征，应有相应的支护方法和手段。在市场经济的大潮中，支护工程设计及施工单位的合理利润应得到相应的保证，对确保支护工程的质量。例如某工程，由于支护工程价格偏低，工程投资不足，支护措施不当，导致坡顶开裂出现险情，严重影响贵阳市遵义路的安全使用。经建设行政主管部门介人后，业主对边坡支护工程的追加投资达原计划的三倍以上。
4、结论
基坑工程是一个系统工程，涉及工程地质、水文地质、工程结构、建筑材料、施工工艺和施工管理等多方面。它是集土力学、水力学、材料才学和结构力学等于一体的综合性学科。支护结构又是由若干具有独立功能的体系组成的整体。正因如此，无论是结构设计还是施工组织都应当从整体功能出发，将各组成部分协调好，才能确保它的安全可靠、经济合理。
而基坑工程的安全涉及到基坑工程设计的可靠性、基坑支护方案的安全性以及施工过程中的各种危险因素的控制方法等诸多方面的内容。而基坑工程中不安全因素的根源一方面可归结为当前基坑工程的理论和实验不足，导致了基坑工程设计的不合理和不安全；另一方面是基坑工程的信息化水平和施工单位的施工管理水水平。
参考文献：
[1] 余志成，施文华.深基坑支护设计与施工.北京：中国建筑工业出版社，1998
[2] 建筑基坑支护技术规程（JGJ120—99）.北京：中国建筑工业出版社，1999
论文作者:周建国
论文发表刊物:《北方建筑》2016年12月第34期
论文发表时间:2017/2/23
标签：基坑论文; 工程论文; 因素论文; 事故论文; 结构论文; 深基坑论文; 设计方案论文; 《北方建筑》2016年12月第34期论文;