深基础土方施工安全事故产生的原因及防治

　　近几年由于城市建设规模不断扩大，基础设施及房屋建筑项目不断增多，与之相对应的施工安全事故发生率也呈上升趋势，尤其是深基础土方施工存在的问题更为严重；仅2002年上半年，某市某县就发生了3起塌方死亡事故，给国家财产和人民生命安全造成巨大的损失，通过对以上事故的调查，我们发现其原因有以下几个方面：

　　一、各工程参建主体施工安全意识淡薄，施工安全管理人员不到位，无施工安全管理制度和责任追究制度。

　　二、施工操作人员无深基础土方施工经验，无自我防护意识，大部分是临时雇来的农民工。

　　三、施工单位未派出专职安全员，未制定基础开挖方案，基础边坡防护措施不当，重要部位的支撑未经设计验算。

　　四、舍不得投入，用于安全防护的材料，未按设计要求及规格和型号购置。

　　五、安全监督管理机构监督不及时、不到位，执法不严。

　　六、对深基础土方施工可能发生安全事故产生的机理分析不清，采取的措施无针对性。

　　为此，深基础土方施工时，必须切实加强施工安全的监督管理工作；选择施工队伍时必须严把资质审查关；开工前，必须制定科学、严密的施工组织方案；施工过程中，必须严把材料关、工序关。这里，着重谈谈影响深基础土方施工安全的几点原因的机理和防治措施。

　　其实，影响深基础施工安全不外乎是因为滑坡、边坡塌方、硫砂三种原因，只要认清了这三种情况产生的机理，并采取针对性的措施，就能确保施工安全。

　　一、滑坡的产生和防治

　　1.滑坡的产生

　　（1）水的作用：多数滑坡的发生都与水的参与有关，水的作用能增大土体重度，降低土的抗剪强度和内聚力，产生静水和动水压力。因此，滑坡多发生在雨季。

　　（2）震动的影响：如工程中采用大爆破而触发滑坡。

　　（3）土体（或岩体）本身层理发达，破碎严重，或内部夹有软泥或软弱层受水浸或震动而滑坡。

　　（4）土层下岩层或夹层倾斜度较大，上表面堆土或堆材料过多，增加了土体重量，致使土体与夹层间、土体与岩石之间的抗剪强度降低而引起滑坡。

（5）不合理的开挖或加荷，引起土体内部存在着有利于滑坡发生的条件，在开挖坡脚或在山坡上加荷过大时，破坏原有的平衡而产生滑坡。

　　（6）如路堤、土坝筑于尚未稳定的古滑坡体上，或者易滑动的土层上，使其重心改变触发产生滑坡。

　　2.滑坡的防治

　　（1）排水：

　　①将滑坡范围以外的地表水设置成道环形截水沟，使水流入滑坡区域以内。

　　②为迅速排出在滑坡范围以内的地表水和减少下渗，应修设排水系统缩短地表水流经的距离，主沟应与滑坡方向一致，并铺砌防渗层，支沟一般与滑坡方向成30°～45°斜交。

　　③妥善处理生产、生活、施工用水，严防水的浸入。

　　④对于滑坡体内的地下水，则应采取疏干和引出的原则，可在滑坡体内修筑地下渗沟，沟底应在滑动面以下，主沟应与滑坡方向一致。

　　（2）使边坡有足够的坡度，并应尽量将土坡削成较平缓的坡度或做成台阶形，使中间具有数个平台以增加稳定。土质不同时，可按不同土质削成不同坡度，一般可使坡度角小于土的内磨擦角。

　　（3）对于施工地段或危及建筑物安全的地段设置抗滑结构，如抗滑挡墙、抗滑柱、锚杆挡墙等。这些结构物的基础底必须设置在滑动面以下的稳定土层或基岩中。

　　（4）将不稳定的陡坡部分削去，以减轻滑坡体重量、减少滑坡体的下滑力，从而达到滑体的静力平衡。

　　（5）严禁随意切割滑坡体的坡脚，同时也切忌在坡体被动区挖土。

　　二、边坡的塌方和防治

　　1.边坡塌方的发生

　　（1）由于边坡太陡，土体本身的稳定性的不够而发生塌方。

　　（2）气候干燥，基坑暴露时间长，使土质松软或粘土中的夹层因浸水而产生润滑作用，以及饱和的细砂、粉砂因受振动而液化等原因引起土体内抗剪强度降低而发生塌方。

　　（3）边坡顶面附近有动荷载，或下雨使土体的含水量增加，导致土体的自重增加和水在土渗流产生一定的动力压水，以及土体裂缝中的水产生静水压力等原因，引起土体剪应力的增加而产生塌方。

　　2.边坡塌方的防治

　　（1）对开挖深度大、施工时间长、坑边要停放机械等应按规定的允许坡度适当的放平缓些，当基坑（槽）附近有主要建筑时，基坑边坡的最大坡度为1:1~1:1.5。

　　（2）开挖基抗（槽）时，若因场地限制不能放坡或放坡后所增加的土方量太大，为防止边坡塌方，可采用设置挡土支撑的方法。

　　（3）防止地表水流入坑槽和渗流入土坡体。

　　（4）严格控制坡顶护道内的静荷载或较大的动荷载。

　　三、流砂的产生和防治

1. 流砂的产生

流砂的发生与动水压力有关，动水压力系指地下水在渗流时受到土颗粒的阻力，同时水对土相应地产生一种反作用力，这一反作用力就称为动水压力。现取一柱壮土体A₁A₂为脱离体，见图1，其横断面为F，由平衡条件：



图1 动水压力隔离体简图

γ_ωh₁F+nγ_ωLFcosα+(1-n) γ_ω

LFcosα-LFT-γ_ωh₂F

式中：γ_ωh₁F——A₁处的总水压力，其方向与

水流方向一致；

　　γ_ωh₂F——A₂处的总水压力，基方向与水流方向相反；

　　nγ_ωLFcosα水柱重量在水充方向的分力（n为土的孔隙率）。

　　（1－n）nγ_ωLFcosα——土骨架（颗粒）重力在水流方向的分力；

　　LFT——土骨架（颗粒）对水流的阻力（T为单位阻力）。

　　现将上述平衡式整理得：γ_ωh₁－γ_ωh₂＋γ_ωLFcosα－LT＝0

　　因为cosα=(Z₁- Z₂)/L，代入上式得：

　　γ_ωh₁－γ_ωh₂＋γ_ω Z₁－γ_ω Z₂－LT＝0或γ_ω（h₁－h₂＋Z₁－Z₂）－LT＝0

　　又因h₁＋Z₁＝H₁，h₂＋Z₂＝H₂，代入则得：

　　γ_ω(H₁- H₂)－LT=0

　　则T=γ_ω〔(H₁- H₂)/L〕，又因I=〔(H₁- H₂)/L〕所以T=γ_ωI

　　设火在土中渗流时，对单位土体的压力为G_D，作用力等于反作用力，但方向相反，可知

　　G_D＝－T＝－γ_ωI

　　G_D即为动水压力，它与水力坡度（I）成正比水位差H₁- H₂愈大，G_D愈大；渗透路线愈长，G_D愈小。其作用的方向与水流方向相同。当水流在水位差作用下，不但使土颗粒受到水浮力，而且还使土颗粒受到向上的压力，当动水压力等于或大小土的浸水重度（或浮重度）γ_ω`则土颗粒失去自重，处于悬浮状态，此时土的抗剪强度等于零，土颗粒就随着渗流的水一起流动，这种现象就称“流砂”。

2. 流砂的防治

主要是消除、减小或平衡动水压力，其具体措施有：

①利用枯水季节施工，以便减小坑内外水位差。

②用钢板桩打入坑底一定深度，增加地下水从坑外流入坑内的距离，从而减少水力坡

度，达到减小动水压力，防止流砂发生。

③采用不排水的水下挖土，使坑内外水压相平衡，使其无发生流砂的条件，一般深井

挖土均采用此法。

　　④建造地下连续墙以供承重、护壁，并达到截水防止流砂的发生。

　　⑤采用轻型井点、喷射井点、管井井点和深井泵点等进行人工降低地下水的方法进行土方施工，使动水压力方向向下，增大土粒间的动力，从而有效地制止流砂现象发生。