深基坑工程作业条件危险性研究
摘要
从深基坑工程的施工主体与管理主体出发，阐述深基坑工程作业条件存在的主要安全问题，在组织管理和技术管理上分别提出相应的安全对策。
关键词：深基坑；作业条件；危险性；研究
前言
随着城市的发展，土地越来越宝贵。高层、超高层建筑不断涌现，相邻建筑物的间距越来越小，地下室的深度越来越大。在进行基础施工时，由于基坑坍塌发生群死群伤事故、抽水造成毗邻建筑物开裂、周边道路下沉开裂、管线爆裂的现象屡见不鲜，不仅危及到生命财产的安全，也给正常的施工造成影响，增加工程造价，拖延施工工期。有调查显示，基坑工程事故率可达到20％左右。因此，对于深基坑，建设、施工、设计单位都应给予高度的重视，开工前应进行充分的论证，采取可靠的措施，确保基坑工程作业人员及周边道路、管线、建（构）筑物的安全。
1绪论
地下空间施工形成的深基坑，所存在的安全问题不仅仅是基坑本身的安全、基坑施工过程安全，还包括对基坑邻边的影响。为满足抗震结构设计，基础本身要求有一定的埋置深度，同时为满足利用地下室，建造地下车库、商场、仓库和人防设施等功能的要求，高层建筑的基础埋置深度不断增大。从发展趋势看，高层建筑越来越高，向地下发展越来越深，给深基坑安全施工提出了严峻的挑战。
1.1深基坑工程分类
一般深基坑是指开挖深度超过5米（含5米）或地下室三层以上（含三层），或深度虽未超过5米，但地质条件和周围环境及地下管线特别复杂的工程。
深基坑工程主要包括深基坑支护体系设计与施工和土方开挖，是一项综合性很强的系统工程。它要求岩土工程和结构工程技术人员密切配合。基坑支护体系
是临时结构，在地下工程施工完成后就不再需要。
深基坑工程作业具有很强的区域性。如软粘土地基、黄土地基等工程地质和水文地质条件不同的地基中深基坑工程差异性很大。同一城市不同区域也有差异。深基坑工程的支护体系设计与施工和土方开挖都要因地制宜，根据本地情况进行，外地的经验可以借鉴，但不能简单搬用。因此，对于深基坑工程详细的类别划分尚未有一个完整的体系。通常，对深基坑工程的分类是按照工程地质和水文地质条件的不同划分的，也有按照深基坑工程建筑产品的不同划分的。
1.2深基坑工程作业特点
深基坑支护体系是临时结构，安全储备较小，具有较大的风险性。深基坑工程施工过程中应进行监测，并应有应急措施。在施工过程中一旦出现险情，需要及时抢救。在开挖深基坑时候需注意加强排水防灌措施，风险较大应该提前做好应急预案。
深基坑工程具有很强的个性。深基坑工程的支护体系设计与施工和土方开挖不仅与工程地质水文地质条件有关，还与基坑相邻建（构）筑物和地下管线的位置、抵御变形的能力、重要性，以及周围场地条件等有关。有时保护相邻建（构）筑物和市政设施的安全是深基坑工程设计与施工的关键。这就决定了深基坑工程具有很强的个性。因此，对深基坑工程进行分类、对支护结构允许变形规定统一标准都是比较困难的。
深基坑工程具有较强的时空效应。深基坑的深度和平面形状对深基坑支护体系的稳定性和变形有较大影响。在深基坑支护体系设计中要注意深基坑工程的空间效应。土体，特别是软粘土，具有较强的蠕变性，作用在支护结构上的土压力随时间变化。蠕变将使土体强度降低，土坡稳定性变小。所以对深基坑工程的时间效应也必须给予充分的重视。
深基坑工程是系统工程。深基坑工程主要包括支护体系设计和土方开挖两部分。土方开挖的施工组织是否合理将对支护体系是否成功具有重要作用。不合理的土方开挖、步骤和速度可能导致主体结构桩基变位、支护结构过大的变形，甚至引起支护体系失稳而导致破坏。同时在施工过程中，应加强监测，力求实行信息化施工。
深基坑工程具有环境效应。深基坑开挖势必引起周围地基地下水位的变化和
应力场的改变，导致周围地基土体的变形，对周围建（构）筑物和地下管线产生影响，严重的将危及其正常使用或安全。大量土方外运也将对交通和弃土点环境产生影响。
1.3深基坑工程作业要求
深基坑工程主要包括基坑支护体系设计与施工和土方开挖，其中基坑支护工程施工与土方工程施工属需现场具体作业的工程，因此对深基坑工程作业要求主要分为对基坑支护工程施工以及土方工程施工的作业要求。
对基坑支护工程施工的作业要求主要包括：1、基础施工前必须进行地质勘探和了解地下管线情况，根据土质情况和基础深度编制专项施工方案。施工方案应与施工现场实际相符，能指导实际施工。其内容包括：放坡要求或支护结构设计、机械类型选择、开挖顺序和分层开挖深度、坡道位置、坑边荷载、车辆进出道路、降水排水措施及监测要求等。对重要的地下管线应采取相应措施。2、坑槽开挖时设置的边坡符合安全要求。坑壁支护的做法以及对重要地下管线的加固措施必须符合专项施工方案和基坑支护结构设计方案的要求。3、基坑施工应根据施工方案设置有效的排水、降水措施。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。
对土方工程施工的作业要求主要包括：1、施工前，应对施工区域内存在的各种障碍物，如建筑物、道路、沟渠、管线、防空洞、旧基础、坟墓、树木等，凡影响施工的均应拆除、清理或迁移，并在施工前妥善处理，确保施工安全。2、大型土方和开挖较深的基坑工程，施工前要认真研究整个施工区域和施工场地内的工程地质和水文资料、邻近建筑物或构筑物的质量和分布状况、挖土和弃土要求、施工环境及气候条件等，编制专项施工组织设计（方案），制定有针对性的安全技术措施，严禁盲目施工。3、山区施工，应事先了解当地地形地貌、地质构造、地层岩性、水文地质等，如因土石方施工可能产生滑坡时，应采取可靠的安全技术措施。在陡峻山坡脚下施工，应事先检查山坡坡面情况，如有危岩、孤石、崩塌体、古滑坡体等不稳定迹象时，应妥善处理后，才能施工。4、施工机械进入施工现场所经过的道路、桥梁和卸车设备等，应事先做好检查和必要的加宽、加固工作。开工前应做好施工场地内机械运行的道路，开辟适当的工作面，以利安全施工。5、土方开挖前，应会同有关单位对附近已有建筑物或构筑物、
道路、管线等进行检查和鉴定，对可能受开挖和降水影响的邻近建（构）筑物、管线，应制定相应的安全技术措施，并在整个施工期间，加强监测其沉降和位移、开裂等情况，发现问题应与设计或建设单位协商采取防护措施，并及时处理。相邻基坑深浅不等时，一般应按先深后浅的顺序施工，否则应分析后施工的深坑对先施工的浅坑可能产生的危害，并应采取必要的保护措施。6、基坑开挖工程应验算边坡或基坑的稳定性，并注意由于土体内应力场变化和淤泥土的塑性流动而导致周围土体向基坑开挖方向位移，使基坑邻近建筑物等产生相应的位移和下沉。验算时应考虑地面堆载、地表积水和邻近建筑物的影响等不利因素，决定是否需要支护，选择合理的支护形式。在基坑开挖期间应加强监测。7、在饱和粘性土、粉土的施工现场不得边打桩边开挖基坑，应待桩全部打完并间歇一段时间后再开挖，以免影响边坡或基坑的稳定性并应防止开挖基坑可能引起的基坑内外的桩产生过大位移、倾斜或断裂。8、基坑开挖后应及时修筑基础，不得长期暴露。基础施工完毕，应抓紧基坑的回填工作。回填基坑时，必须事先清除基坑中不符合回填要求的杂物。在相对的两侧或四周同时均匀进行，并且分层夯实。9、基坑开挖深度超过9m （或地下室超过二层），或深度虽未超过9m ，但地质条件和周围环境复杂时，在施工过程中要加强监测，施工方案必须由单位总工程师审定，报企业上一级主管。10、基坑深度超过14m 、地下室为三层或三层以上，地质条件和周围特别复杂及工程影响重大时，有关设计和施工方案，施工单位要协同建设单位组织评审后，报市建设行政主管部门备案。11、夜间施工时，应合理安排施工项目，防止挖方超挖或铺填超厚。施工现场应根据需要安设照明设施，在危险地段应设置红灯警示。12、土方工程、基坑工程在施工过程中，如发现有文物、古迹遗址或化石等，应立即保护现场和报请有关部门处理。13、挖土方前对周围环境要认真检查，不能在危险岩石或建筑物下面进行作业。14、人工开挖时，两人操作间距应保持2～3m ，并应自上而下挖掘，严禁采用掏洞的挖掘操作方法。15、上下坑沟应先挖好阶梯或设木梯，不应踩踏土壁及其支撑上下。16、用挖土机施工时，挖土机的工作范围内，不得有人进行其他工作，多台机械开挖，挖土机间距大于l0rn ，挖土要自上而下，逐层进行，严禁先挖坡脚的危险作业。
17、基坑开挖应严格按要求放坡，操作时应随时注意边坡的稳定情况，如发现有裂纹或部分塌落现象，要及时进行支撑或改缓放坡，并注意支撑的稳固和边坡的
变化。18、机械挖土，多台阶同时开挖土方时，应验算边坡的稳定，根据规定和验算确定挖土机离边坡的安全距离。19、深基坑四周设防护栏杆，人员上下要有专用爬梯。
2我国深基坑工程作业现状
随着城市建设的发展，各类用途的地下空间已在世界各大中城市中得到开发利用，诸如高层建筑多层地下室、地下铁道及地下车站、地下停车库地下街道、地下商场、地下医院、地下仓库、地下民防工事以及多种地下民用和工业设施等。近20年是我国城市基坑工程发展最为迅猛的时期，针对城市地区用地紧张和地价昂贵的状况，开发商总是设法提高土地的空间利用效益。由于向上伸展受到容积率的限制，因而加大对地下空间的利用则成为有效的选择。深基坑施工作业与安全管理得到了前所未有的发展和推进。
2.1施工现场问题
深基坑施工各方面技术虽然已经在全国不同地区、不同的作业环境条件下取得了很多成功的经验，但现在仍然存在着一些问题需要进一步改进或提高。
1土方工程问题
在实际的工程建设中，往往会出现经过施工后的边坡表面的平整度、顺直度等不规则的问题，而在挡土支护工程后的欠挖与超挖现象也并不少见。另外为了降低成本或加快进度而刻意忽略施工措施与施工要求的不同，并由此所引起的施工质量问题也并不少见。
2支护工程问题
深基坑支护由于其土压力与传统理论的挡土墙土压力有所不同，在目前没有完善的土压力理论指导下，通常仍沿用传统理论计算，因此有误差是正常的。但不可避免的是，由于深基坑工程的特性，施工作业环境复杂，受土质、水土压等的影响很大，因此支护工程的设计方案仍是一个需要研究并提高的点。
2.2安全管理问题
深基坑工程的安全管理是一个复杂的管理问题，涉及建设单位、设计单位、施工单位、监测单位以及监理单位等。
1建设单位问题
基坑支护工程属于临时性工程，建设开发单位往往在思想上不够重视，不愿
投入过大的资金，为减少管理费用，很少聘用岩土工程专业人员，造成基坑施工现场管理缺乏经验，指挥人员技术素质太低，由此埋下安全隐患。
2设计单位问题
设计单位经验不足，往往盲目服规范，这种极端行为，在设计单位是普遍存在的问题。另外深基坑设计多以经验估算为主，过于重视专家意见。但经验或专家意见，并不能等同于具有普遍指导意义的理论，随意性较大，设计结果也就难以把握了。
3施工单位问题
基坑施工和运行期间，涉及的管理主体较多，施工单位现场作业不协调的行为严重影响了施工的安全管理。目前基坑开挖和支护一般由两个单位来完成，在管理上分别独立地受建设单位领导，这就不可避免地存在着工序之间的分工协作协作问题，这一问题与责任不明确等因素，更直接导致施工过程中各项不安定因素的增长。少数施工单位不具备技术条件，人力、物力等基本素质较差，不了解深基坑工程安全生产是建立在团结协作基础上的系统工程，片面地追求利润或迁就业主，使得深基坑工程的安全性大大降低。
4监理单位问题
监测单位技术分析能力不足。基坑工程事故与基坑监测不力或险情预报不准有直接关系，分析其原因主要表现在：1）监测人员技术能力不足。基坑监测过程是综合分析评价并进行决策的研究过程，目前监测人仅仅是测量员，只知道报告结果，不知道结果的来由，更谈不上如何处理结果了。明显的表现就是监测人不具备最起码的专业知识，知识面窄，更没有现场施工经验。2）监测人员责任心不够。监测是周而复始的机械工作，监测人未免疲乏、懒散, 对监测工作没有放到“安全第一”的高度来认识，导致监测质量得不到保证，监测数据不真实，使监测工作流于形式。
3深基坑工程作业问题分析
深基坑工程施工中的安全事故主要表现在：一是围护结构整体失稳坍塌；二是围护结构局部或部分破坏；三是围护结构体系滞水功能失效，基坑大量进水或涌砂（泥）；四是基坑底土严重隆起；五是由于基坑支护结构严重位移或破坏引起基坑周边道路、地下管线、建筑物破坏等。
引起基坑上述事故的主要原团有以下几个方面：一是基坑施工单位对基坑工程没有给予足够的重视，施工前没有按相关规定编制切实可行的施工方案而随意施工；二是施工单位编制的施工方案存在着严重的缺陷，按此方案施工，事故不可避免；三是施工前提供的有关基坑地质勘察资料不准确，据此编制的方案不可能完善；四是施工单位虽编制了切实可行的施工方案，但在施工中为了压造价赶工 期而不按方案实施；五是在基坑工程施工中遇到突发事故没有切实可行的应急处理方案，或应急处理不当；六是其他不可预知的因素或不可抗力引起的基坑事故。
3.1固有措施问题分析
一般来说，土方开挖工程技术含量相对较低，工序简单，组织管理容易。而挡土支护工程的技术含量高，工序较多且复杂，施工组织和管理都较土方开挖复杂，二者的协调配合是深基坑工程施工作业中的重要问题。深基坑事故往往是由于支护工程的问题所引起的支护工程整体结构塌毁、局部结构破坏，挡水性不足导致坑内进水、涌沙、涌泥等事故，然而实际工程施工中真正导致上述事故发生的主要原因，除人为控制以及自然条件原因外，两道工序的协调配合措施是主要问题所在。因为上述两工序的施工建设单位通常是由建设单位独立分别管理的，因此不可避免的会在信息交流沟通、施工人员主观合作协调意识、方案措施技术交底等方面上出现问题。另外前者工序的进度往往在进行之后很久才会进行后者的施工工作，由此不得不使用比如二次回填土或者搭设梯架等方法来保证后者施工的进行，但因此而导致的安全隐患以及工人暴露在影响安全系数的环境中的时间则大大增加了，并往往因此导致支护工程的各种问题，从而最终导致上述事故的发生。
土方开挖施工的一般工序是首先由机械开挖，在挖至设计规定的深度或厚度后由工人人工修理钎平。但实际工程施工中，受技术交底与各部门信息交流沟通、各施工作业段开挖深度高度落差、机械操作工人专业技能水平与职业素质水平、建设施工单位施工现场管理措施方法等因素影响，边坡的平整度、顺直度等在实际工程中施工后的效果往往与设计方案要求有出入，而在此之后的工人人工修理钎平等工作又不可能进行深度地挖掘修正，因此最终边坡的顺直度往往在局部会出现与理想效果较大的不同，再加之其后对验收的不重视或主观上片面对施工措
施费用的降低以及侥幸心理，最终影响到边坡的实际工程施工效果。导致实际施工结果达不到或不符合设计要求，造成边坡挡土支护工程的欠挖超挖现象。
在支护工程施工中，因为工人的专业技能水平与职业素质水平较低，加上施工建设单位管理观念方面的忽视，或者为降低成本而偷工减料，都会导致支护工程的工艺达不到或不符合设计要求，实际施工过程也与设计要求的施工工程的差异性较大等问题。
3.2人为控制问题分析
实际深基坑工程中，大多数发生了工程事故的单位都是没有按照相关规定进行实施监理或检测工作的，或者也有部分是虽然进行了监理检测工作，但管理不规范，全责划分含糊，工作安排不细致，施工场地内外监督管理水平标准不一致，而实行全过程监理的就更少了。客观来讲，深基坑工程的监理工作对监理人员的专业知识水平、业务能力水平、经验阅历、以及职业道德水平都有较高要求，然而在我国现阶段的监理工作中，无论是监理人员的水平或是监理单位的安全责任意识都仍需长足的进步。当下我国的监理工作主要就支护结构工程质量、工期、进度进行监理，而距离全过程监理工作仍然是一个较大的缺口。
施工建设单位为降低成本，往往不安排施工监测人员进行相关工作，或者虽然设置了相关数据检测点，但对周边环境尤其是基坑坡边、坑外环境影响、变形的检测不足甚或完全忽视，导致数据不足；又或者直接对检测数据本身重视不足。使得检测工作流于形式，形同虚设。另外，施工建设单位对支护工程的检测更显不足，对其没有进行设计相关的监测方案或应急处理预案，发生意外或遭遇特殊天气、地理等人力不能控制的极端变化时，不能够做出及时有效的预警报警或应急处理工作，事故发生后处理也往往走着“大事化小，小事化了”的套路，各单位各部门竭尽全力地避开责任，对事故发生原因往往不了了之，加之对事故原因本身的调查也不容易展开，因此往往一次事故后仍然得不到应得的重视对待，对下次避免或处理事故完全没有任何帮助。
施工建设单位为了降低管理费用，所招收的相关工作人员鲜有专门学习土力结构等专业的有有丰富从事相关工作经验的，这就造成了施工现场管理指挥的工作人员或监督部门的人员专业技能素质普遍过低，由于缺乏经验，现场管理混乱无秩序等问题。
另一方面，实际工程施工工作的展开实事上是与设计密不可分的，然而为了降低成本，施工建设单位往往片面强调设计的一面，而对实际施工工作与设计工作的结合刻意忽视。深基坑的设计本应是为了施工工作定下标准的工作，然而实际工作中，为了满足建设行政部门在监督管理方面的要求，从而展开在此之后紧随的相关施工工作，往往仅仅强调于施工图中的安全性而忽略实际施工中的操作性，而之后在深基坑的招投标阶段为中标得到施工资格又忽略施工实际情况压力工程造价，甚至存在个别低于设计方案中的预算。导致之后在实际施工工作的展开中，根本无法做到按照施工图设计的要求，由此埋下安全隐患，导致事故频发。
深基坑工程的施工期间参与的管理主体较多，各单位之间的协作合同行为严重影响着施工作业现场的危险性，如对场地设施的合作应用、材料的处理等问题。而一旦出现某些单位部门间不合作的现象，如将施工材料、机械设备、临时性工程放置、搭建于深基坑的边坡附近等行为，如不经过沟通协调很可能会导致边坡因受力过大而发生严重变形，此类行为将大幅度提升施工现场的作业条件危险性。
3.3自然条件问题分析
深基坑支护由于其土压力与传统理论的挡土墙土压力有所不同，在目前大多采用习惯的水土合算计算土压力，然后这种方法因为基坑水压受地下常水位的影响，往往会低估水土压力的，因此往往会出现有误差，因而影响到工程的安全性。
4. 解决措施
4.1 做好设计工作
首先，设计人员在进行初步设计时，一定要对施工场地的地质情况进行详细的勘察，尤其是地质特点以及当地的地貌，以此为深基坑开挖提供正确的参考数据。设计图纸中，设计人员要详细的表述出土的特性，尤其是稳定性，这对施工人员来说至关重要; 其次，设计人员依据勘察数据会设计出很多种方案，相关人员通过对造价、安全度等方面对比，选择出最合理的方案，这是确保施工现场安全的重要因素。有些工程正是因为设计方案选择不合理，不仅造价偏高，也引发了很多安全事故。
4.2 做好技术方面工作
首先，组建技术交底班子，班子成员包括项目经理、施工组长等。班子成员
要对深基坑施工现场安全管理有充分的认识，同时每一位成员都要对施工步骤有详细的了解，按照相应的规范进行技术交底，监督与管理要齐头并进，以此保证施工顺利完成; 其次，施工单位要严格按照设计图进行施工，安全管理人员要进行动态控制。深基坑施工所要达到的主要目的就是挡土、防水，为此施工人员在进行施工时，一切都要以挡土、防水为目标。施工期间可能会发生很多无法确定的因素，设计图纸可能与现实情况不符，此时施工人员不能擅自做主，要与设计人员、监理人员一起商讨对策; 最后，采用信息化手段施工，现阶段信息化技术已经被广泛的应用在深基坑施工中，信息化技术手段可以进行信息采集，同时对各种不安全因素进行随时的监控，这对减少安全隐患的出现有着积极的作用。
4.3 做好材料管理工作
深基坑施工所需要的材料质量必须有所保证，材料质量不合格是引发安全事故的重要原因之一。材料采购人员在选择材料厂家时，一定要检查其是否具有出厂合格证，同时还对材料进行送检，只有送检合格的材料才能够使用。另外，安全管理人员还需要建立材料管理制度，做好材料的采购、储存等方面的工作。
结论
深基坑工程是一个系统工程，管理主体较多，施工工序繁杂，存在很多不确定因素，责任的界定相当模糊，因此，需要建立系统化的责任管理模式。这需要政府牵头，建设开发单位组织且为总管理责任主体，设计、施工、监理、监测等单位为管理责任主体，且互相牵制。
基坑的安全管理是一个系统管理，需要参建各方通力协作，不但做好工序间的衔接，还要做好各责任管理主体的交接。只要政府执法部门和监理单位有作为，建设开发单位有资金保障，设计、施工、监测单位及时有效地沟通，基坑的安全保障一定会在有效的监控范围内。
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