深基坑安全性分析

1绪论............................................................................................................................. 1 1.1课题依据及研究意义........................................................................................ 1 1.2深基坑支护工程的发展和特点........................................................................ 2 1.3国内外研究现状分析........................................................................................ 5 1.4主要研究目标、内容、拟解决的关键问题.................................................. 11 2建设银行武汉灾备中心工程概况........................................................................... 13 2.1项目建设基本情况.......................................................................................... 13 2.2工程施工条件.................................................................................................. 13 2.3建筑概况.......................................................................................................... 14 2.4结构概况.......................................................................................................... 17 2.5钢结构工程概况.............................................................................................. 21 2.6机电设备工程概况.......................................................................................... 21 3深基坑支护工程安全专项施工方案的编制........................................................... 28 3.1安全专项施工方案的内容.............................................................................. 28 3.2深基坑支护结构优化选型.............................................................................. 29 3.3常用支护结构型式及适用范围...................................................................... 34 3.4危险源辨识...................................................................................................... 39 3.5深基坑支护工程的危险源.............................................................................. 42 3.6基坑工程监测.................................................................................................. 45 4小结........................................................................................................................... 46 参考文献...................................................................................................................... 47

1绪论

1.1课题依据及研究意义

20世纪80年代以来，城市建设高速发展要求空间向地下发展，形成了一些地下结构形式如地下商场、停车场、地铁车站、地下仓库、地下民防工事及多种民用、工业设施等。这些地下结构形式都涉及到基坑工程，因此基坑工程也得到了长足的发展。

基坑工程是一个系统工程问题，它与场地工程地质、支护结构设计、施工开挖、地基稳定、降水、施工管理、现场监测、相邻场地施工相互影响、密切相关。同时，岩土工程的一个特点就是先实践后理论，理论往往滞后于实践活动。实践表明，基坑工程这个历来被认为是实践性很强的岩土工程问题，发展至今天，已迫切需要理论来指导、充实和完善。基坑的稳定性、支护结构的内力和变形以及周围地层的位移对周围建筑物和地下管线等的影响及保护的计算分析，目前尚不能准确地得出定量的结果。深基坑现场合理化的施工是对深基坑支护设计的合理有效的主要保证。这些理论上的缺陷和基坑本身的复杂性，造成我国深基坑支护设计及施工大多还处于经验加校核的初级阶段。正因为如此造成了大量的基坑事故，主要为设计不当、施工质量问题和地下水或水患引起。因此如何保证深基坑支护工程的安全可靠，并在此基础上提出优化设计合理施工以达到经济合理的目的，己成为当前城市建设中的一项重要课题。

深基坑支护工程事故发生率高，一般约占工程总数的20%，特别是群死群伤的重特大事故，后果严重，并且对周围环境造成很大影响和破坏。尤其是在建筑密度大、人口密集、交通拥挤的狭小场地，周围的道路、永久性建筑和市政公用设施等常对深基坑的稳定性和位移控制有严格的要求。为了保证《中华人民共和国安全生产法》、《中华人民共和国建筑法》及有关建设工程质量、安全技术标准、规范的切实落实，加强建筑工程项目的质量安全生产监督管理，保障人民群众生命财产的安全，依据《建设工程安全生产管理条例》和《危险性较大工程安全专项施工方案编制及专家论证审查办法》，危险性较大工程是指依据《建设工程安全生产管理条例》第二十六条所指的七项分部分项工程中就有基坑支护的内容，即开挖深度超过5m(含5m)或虽未超过5m但地质条件和周边环境复杂的基坑(槽)

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支护工程，要求在施工前单独编制专项施工方案;开挖深度超过7m(含7m)的基坑(槽)支护，开挖深度虽未超过7m，但地质条件和周边环境复杂，或影响毗邻建筑安全的基坑(槽)支护工程，不仅要求在施工前单独编制专项施工方案，施工单位还应当组织相关专业的专家对专项施工方案进行论证审查。可见编制一份合理完善的危险性较大工程专项施工方案是非常重要的。目前，建筑施工企业虽然按照国家法律法规规定，编制了安全专项施工方案，但由于缺乏统一的指导思想和编制方法，编制的安全专项施工方案缺乏指导性和针对性，没有起到应起的作用。大部分施工企业还是采用传统的人工计算来编制安全专项施工方案计算书，甚至直接照抄或拷贝其他工程项目所做的安全专项施工方案。这样的施工组织设计方案难免存在安全隐患，更谈不上对实际施工作业的指导。总的来说，目前在编制安全专项施工组织设计和方案时，普遍存在以下几方面的问题:

(1)普通施工技术人员对相关的施工规范和标准理解不到位，安全专项施工方案的内容不全，设计选取的公式或数据有误。

(2)现场施工技术人员缺乏比较扎实的力学、数学基础知识，编制的方案中设计计算不齐全、不规范，甚至部分欠缺计算书。

(3)由于缺乏工地现场施工经验的积累，方案中欠缺施工大样和详图等对现场施工起不到应有的指导作用。

(4)没有充分考虑到施工中的危险因素，导致建立的构筑物计算模型不符合实际，为安全事故的发生留下隐患。

所以说，充分考虑到工地现场的实际施工条件和作业经验同时也符合国家或行业相关技术标准的要求，研究危险性较大工程安全专项施工方案的编制方法和开发推广规范、标准而实用的安全专项施工方案编制软件，对于加强建设工程安全生产管理、指导施工现场的安全施工、预防安全事故的发生具有重要的指导作用和社会意义。

1.2深基坑支护工程的发展和特点 1.2.1基坑工程的发展

近年来，随着我国城市化进程的加快，城市规模、数量和城市人口都有了巨

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大的增长，建筑空间愈发拥挤，城市建设用地日渐紧张。为了节约城市建设用地，调节城市土地使用结构，高层、超高层建筑大量的出现，如81层的地王大厦，高达384m;80层的广州中天广场，高达389.9m，上海的金贸大厦则把国内建筑最大高度改写为420.5m。另一方面城市地下空间也不断得到开发和利用，地下工程越来越多，出现了地铁、地下车库、地下变电站、地下商场、地下仓库、地下人防工程、地下民用及工业设施、高层建筑的多层地下室等不同功能和用途的地下空间。随着这些地下空间的开发和利用，深基坑工程在开挖深度、平面规模、工程数量和分布区域上都有很大的发展，其重要性和复杂性也逐渐显露出来，成为工程界的一个焦点问题。

基坑工程是一个传统的课题，从最早的放坡开挖到后来由于场地限制而发展起来的有支护开挖，基坑工程已由土力学的经典课题变为20世纪60年代以来岩土工程界面临的一个重要基础工程课题。它不仅涉及到土力学典型的强度与稳定问题，还包含了变形问题以及土与支护结构的共同作用。最早提出分析方法的是Terzaghi和Peck等人，他们早在20世纪40年代就提出了预估挖方稳定程度和支撑荷载大小的总应力法。这一方法一直沿用至今，当然在实践中也得到了许多改进和修正。在20世纪50年代，Bjermm和Eide给出了分析深基坑底板隆起的方法在20世纪60年代开始在奥斯陆和墨西哥城软粘土深基坑中使用仪器进行了现场监测，后来工程中的大量实测资料提高了预测的准确性，从20世纪70年代起，产生了相应的指导开挖的法规。从20世纪80年代以来，我国逐步涉入深基坑设计与施工领域，在深圳市的一个深基坑支护工程率先应用了信息施工法，大大节省了工程造价。进入90年代后，我国己经开始编制全国性和地方性的行业规范，使设计和施工经验得到了较好推广。

1.2.2深基坑支护工程的特点

深基坑支护工程传统特点表现为:深基坑支护工程一般属临时性建筑，相对永久性建筑而言，其安全储备较小，而且影响其安全性的因素众多，事故相对容易出现，一旦发生事故，造成的经济损失一般较大，社会影响也比较严重。 近年来，深基坑工程的开挖与支护又呈现出许多新的特点: (l)开挖的平面尺寸越来越大、深度越来越深

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在高层、超高层建筑中，常设3一4层地下室，5一6层的也有，各种地下空间的开发也导致了开挖的深度与平面规模越来越大。这在一些地质状况较差的软土地区的城市建设中表现尤为突出，上海高层建筑深基坑平面尺寸己经达到274mx187m，最大开挖深度达32m。 (2)周边环境越来越恶劣，施工难度越来越大

在旧城区的改建或新建工程中，深基坑工程周围的建筑物密集，城市公共设施和管线拥挤不堪，场地内施工作业空间狭窄、地面超载严重，深基坑支护工程施工难度增大。即使在新城建设区，寸土寸金，建设用地也越来越紧张，相邻建筑修建的相互影响较大，给深基坑支护方案与施工工艺流程的进步与完善提出了新的挑战。

(3)工程地质和水文地质条件的可选择性越来越小

随着城市建设的扩张和建筑物数量的鹰升，在较好工程地质和水文地质条件的城市土地得到开发利用后，为增加建设用地，新开辟出来的建设用地及已有的工程地质、水文地质条件较差的土地也逐渐得到开发利用，这无疑使深基坑工程施工的实施状况更为复杂，从而对深基坑的支护方案与施工工艺流程都提出了更高、更为严峻的要求。 (4)工程事故呈上升趋势

深基坑工程大多集中在建筑密度大、人口密集、交通拥挤的狭小场地，周围的道路、永久性建筑和市政公用设施等常对深基坑的稳定性和位移控制有严格的要求。但由于影响深基坑工程安全性的因素众多，且这些因素具有很大的模糊性、不确定性，甚至突发性，加上施工过程中降雨、深基坑周边堆载的不良影响，深基坑支护工程的事故逐年增多。深基坑支护工程事故不仅引起深基坑支护结构本身的破坏或失效，对周围道路、建筑物和市政设施产生不良影响，酿成生命或财产损失，而且会给上部结构施工的质量、安全、工期及竣工后的正常使用造成较大压力，甚至隐患。

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1.3国内外研究现状分析 1.3.1土压力理论

基坑工程中不可避免要涉及到土压力的计算，它是确定基坑支护计算分析中的一个重要课题。库仑(Coulomb)在 1773年、朗肯(W.J.M.Rankine)在 1857年分别提出的经典土压力理论奠定了土压力计算的基础，其后的专家和学者提出了许多有针对性的意见和修正方法。

周瑞忠采用sigmoid函数对传统Rankine土压力公式进行了改进。指出Rankine土压力公式只考虑极限平衡状态下的情况，采用神经网络理论中的sigmoid函数的优良特性可以改进Rankine土压力理论的不足，给出了在土体未达到极限主动或极限被动状态下的土压力计算的关系表达式，并指出新公式在极限情况下与Rankine公式计算结果完全一致。

陈秋南、张永兴等根据三向应力作用的双剪强度理论，克服Mohr一coufomb屈服准则不考虑中间主应力影响的不足，推导了Rankine被动土压力计算公式结果显示被动土压力值比经典Rankine被动土压力值要大，更趋于安全，而且考虑中主应力更加合理。

李峰、郭院成基于楔形体平衡理论推导了考虑土体变形的有限土体土压力计算模式，通过工程实例计算进行了对比分析，提出了基坑工程中有限粘性土体土压力的计算方法。

高大钊也论述过关于软土深基坑支护设计中的土压力问题，对刚性和柔性挡土墙墙背土压力分布形式给出了介绍，并讨论了水土分算、合算的引用条件，指出对砂土和粉土宜用分算，对粘土宜用合算。

赵树德从空间问题的研究入手，导出了考虑挡土墙空间效应的主动土压力计算公式，发现计算结果比平面应变状态下的结果偏小。

胡敏云、夏永承等根据支护土体中的成拱作用，将排桩后的土压力分为直接土压力和间接土压力，用小主应力拱分析计算直接土压力，用大主应力拱分析计算间接土压力，由此得到的土压力呈曲线分布，成为土压力研究的新思路。 此外，还有很多研究人员通过土压力测试得出了土压力分布的各种形式，如夏永承等利用在护壁桩中埋设钢筋应力计的方法，利用反分析手段，推算出了坑底以

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上桩侧的土压力分布模式。近30年来，随着有限元数值方法在土力学中的迅速发展，数值模拟方法在土压力问题的研究中也发挥了重要作用。地震作用下的挡土墙土压力分析的社会意义及工程意义显得越来越重要，在地震作用下挡土墙土压力的分析是一个复杂的问题。目前，国内外有关地震土压力分析方法的研究大致可分为静弹性解、弹性波理论解、弹塑性解和静极限状态解。

1.3.2支护结构及其计算理论

基坑支护体系一般包括两部分:挡土体系和止水降水体系。基坑支护结构一般要承受土压力和水压力，起到挡土和挡水的作用。在一般情况下支护结构和止水帷幕共同形成止水体系。此外还有两种情况，一种是止水帷幕自成止水体系，另一种是支护结构本身也起止水帷幕的作用，如水泥土重力式挡墙和地下连续墙等。《建筑基坑支护技术规程》 (JGJ120一99)涵盖了多种类型的支护结构，包括排桩、地下连续墙、水泥土挡墙、土钉墙、逆作拱墙等。 目前基坑支护的计算理论大致可分为如下几种:

①极限平衡理论:该理论假定作用在挡土结构前后墙上的土压力分别达到主动土压力和被动土压力，在此基础上再把超静定的结构力学问题简化为静定问题求解。国内采用较多的为等值梁法和静力平衡法。此类方法难以反映深基坑开挖过程中各种因素对墙上土压力分布的影响，多是某些特定条件下的近似，常需结合工程经验对土压力和计算结果进行修正，且无法提供设计所需的墙体水平位移的数值。在力学概念上也存在严重欠缺。由于在分阶段计算中不考虑设置支撑前墙体已有的位移，所以没有反映施工过程墙体受力的连续性。只是一种浅基坑(支撑层数少)或支撑刚度很大情况下的近似，支撑层数较多、底层较软、墙体刚度较大，计算结果与实际出入较大。

②弹性抗力法(土抗力法):该理论是将围护墙视为侧向地基上的结构，用压缩刚度等效的土弹簧模拟墙体变形的约束作用，可以跟踪施工过程，逐阶段地进行计算。该方法由于能较好地反映基坑开挖和回筑过程中各种基本因素和复杂情况对挡土结构受力的影响，因而被我国工程界公认为是一种较好的基坑挡土结构的计算方法。对于重要基坑或底层软弱、环境保护要求高的基坑中的挡土结构、多支点挡土结构或空间效应明显的挡土结构，更适宜采用此法。可分为c法、k法、

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m法。姚爱国等指出:土体的弹性模量比桩的弹性模量对基坑变形的影响大，而对土体模量采用估值而不是实测，因而计算结果不精确。

③有限元法:这种方法把墙、土都分为单元，土体可以采用相应的本构模型，既可以采用平面有限元，也可以采用空间有限元。该方法在理论上较为完善，但由于本构模型参数不易确定，有限元程序较为复杂，使得计算工作量较大，因此，该方法在工程实践中尚未得到普遍应用。另一种简化的有限元则是把支护结构体系作为一平面或空间结构，采用有限元法求解，而周围土体则分别用土压力和土弹簧代替。有限元方法的优点是不仅能计算支护变形，也能计算土体本身的变形，能处理复杂的土质条件，加荷历史和边界条件等。但是有限元方法，由于参数难以准确取值及计算工作量大等原因，目前我国在基坑支护结构设计中尚无直接利用平面有限元方法的计算结果作为设计依据的实例。只是有时结合重大工程技术问题的处理，把它作为一种辅助手段。

④《建筑基坑支护技术规程》和《建筑基坑工程技术规范》对于基坑支护计算方法的选择:基坑的稳定和支护的入土深度采用极限平衡法计算;排桩和地下连续墙的内力和变形宜用弹性支点法(土抗力法)计算;对于悬臂结构和单支点结构除了用弹性支点法计算外，也可用极限平衡法计算。

刘红军、董淑云峙旨出采用平面应变有限元法能充分考虑桩土间的协调作用，模拟桩土接触谓注浆在中国的应用的成功典型。弥补了以前将桩土分开考虑的不足，能计算出不同开挖阶段坑底及地表的变形、支护结构的应力及弯矩，计算出的基坑周围的地表变形，经与实测的地表变形相比较后，可以反算出土层的综合强度参数，进一步指导施工。

肖宏彬、蔡伟铭提出了考虑开挖过程中支护结构的计算方法:即考虑分布开挖的施工过程对支撑反力、桩身内力和位移的影响，以挠曲线法求解的计算方法。 吕江宏、俞季民提出了考虑基坑变形的一种新的支护结构计算方法一弯杆计算法，在弯杆法的有限元计算中，通过变换坐标的方式考虑上一级开挖的变形，从而达到考虑分级开挖的工况。

刘红军、贾永刚采用弹性抗力有限元方法讨论多支撑桩锚的深基坑支护设计问题。该方法与传统的静力平衡法相比有其优越性，能够计算出不同开挖阶段的桩顶位移，桩身弯矩随深度的变化，模拟开挖过程，最大限度地协调支护结构与

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土体的变形关系，并能确定出最小的桩身弯矩设计值及各层锚杆的锚固力。在基坑开挖现状的研究中，60年代末引进了有限元数值分析技术，它可以有效地计入基坑开挖过程中的多种因素，可为有效、安全、经济地优化挡土结构形式和开挖过程的合理化开辟了新方向。目前，已有人将平面和空间有限元应用到由挡土结构和内支撑结构组成的支撑结构体系中。

1.3.3目前基坑工程研究存在的问题

基坑工程的设计和施工虽已取得了很大的进步，在一些方面达到了较高的水平，但仍存在一些问题需进一步研究和提高，以适应大规模经济建设的需要。李继业论述了现阶段基坑工程存在的问题:支护结构设计计算与实际受力不符合、设计中土体的物理力学参数选取不当、深基坑开挖存在的空间效应考虑不足、深基坑土体的取样具有不完整性等。此外，软土地区围护墙会随着无支撑时间的延长而逐渐增大变形，目前尚无法在理论上精确计算时间效应;在设计时如何控制周围地面沉降尚有一定难度，这是由于计算方面尚难以提供精确值。岩土工程实践远超于理论发展，特别是深基坑支护结构的设计还处于理论计算和工程经验并重的阶段，整个设计也都处于凭经验和估计来确定方案的阶段。本文就排桩支护结构来说，目前研究现状尚存在许多问题，传统的排桩支护结构设计方法，大多无法考虑支护结构的空间共同变形效应，以致计算结果与实际存在较大差异，如常用的等值梁等方法不能考虑土体与支护结构的空间协同作用，计算结果与实测不符。近年发展起来的弹性地基梁法虽然可考虑坑内土体与支护结构的协同变形，但坑外的土压力仍根据假定的模式确定，采用何种坑外土压力模式仍存在诸多争议。对于特殊形状的排桩支护，研究的更是少之又少。在基坑平面应变有限元方面国内外许多学者作了大量的工作，并取得了很多有益的成果。国内有限元分析软件主要是基于杆系有限元，以弹性地基梁理论为基础，计算围护结构的内力和位移，得到基坑周围的沉降。但是对于一些排桩支护结构和一些形状不规则的基坑，平面有限元还存在缺陷，为了很好反应基坑空间性，有必要对其进行三维有限元分析，将空间效应引入土压力中来，这方面的研究还存在局限性，对排桩支护结构的受力和变形研究还有待进一步完善，对桩一土共同作用的机理还有待进一步研究，桩距、排距、桩径等对支护结构的刚度影响还有待进一步分析，

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因此，对排桩支护结构的进一步研究具有十分重要的应用价值，也有十分重要的现实意义。深基坑工程支护技术虽已在全国不同地区、不同的地质条件下取得了不少成功的经验，但深基坑工程支护施工过程中还是存在一些问题，主要有以下几种:

1、土层开挖和边坡支护不配套

深基坑开挖过程中，支护施工滞后于土方施工比较常见，因此不得不采取二次回填或搭设架子来完成支护施工。一般来说，土方开挖施工技术含量相对较低，工序比较简单，组织管理也容易。而深基坑挡土或挡水的支护结构施工技术含量比较高，工序多且复杂，施工组织和管理都较土方开挖复杂。所以，在施工过程中，大型工程一般由专业施工队来分别完成土方开挖和挡土支护工作，而且大部分是两个平行的合同。这样就增加了施工过程中的协调管理难度，土方开挖施工单位或者抢进度，或者拖工期，导致开挖顺序较乱。特别是雨期施工时，甚至不顾挡土支护施工所需的工作面要求，使得支护施工的操作面不足，时间上也无法保证，致使支护施工滞后于土方施工。因为支护施工无操作平台完成钻孔、注浆、布网和喷射混凝土等工作，不得不用土方回填或搭设架子来设置操作平台，以便完成施工。这样不但难于保证工程施工进度，更难以保证工程质量，甚至发生安全事故，留下质量隐患。

2、边坡修理达不到设计和规范要求

深基坑开挖常存在超挖和欠挖现象。一般深基坑开挖均使用机械开挖，人工修坡后即开始挡土支护的混凝土初喷工序。而在实际开挖时，由于施工管理人员不到位，技术交底不充分，分层分段开挖高度不一，开挖机械操作人员的操作水平低等因素的影响，使机械开挖后的边坡表面平整度、顺直度极不规则，达不到设计和规范要求。而人工修理时不可能深度挖掘，只能在机挖表面作平整度简单修整，在没有严格检查验收的情况下就开始初喷，所以挡土支护后经常出现超挖和欠挖现象。

3、成孔注浆不到位、土钉或锚杆受力达不到设计要求

深基坑支护所用土钉或锚杆钻孔，一般为直径100一150Inln的钻杆成孔，孔深一般为5一20m。钻孔所穿过的土质也不相同，钻孔中如果不认真研究土体情况，会产生出渣不尽、残渣沉积等问题，进而影响注浆质量，有的甚至造成成

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孔困难、孔洞坍塌，无法插筋和注浆。另外，由于注浆时配料随意性大、注浆管插不到位、注浆压力不够等造成注浆长度不足、充盈度不够，而使土钉或锚杆的抗拔力达不到设计要求，影响工程质量。

4、喷射混凝土厚度不够、强度达不到设计要求

目前建筑工程基坑支护喷射混凝土常用的是干拌法喷射混凝土设备，其主要特点是设备简单、体积小、输送距离长，速凝剂可在进入喷射机前加入，操作方便，可连续喷射施工。虽然干喷法设备操作简单方便，但由于操作人员的水平不同，操作方法和检查控制等手段不全，混凝土回弹严重，再加上原材料质量控制不严、配料不准、养护不到位等诸多因素，往往造成喷后混凝土的厚度不够，混凝土强度达不到设计要求。 5、施工过程与设计的差异较大

支护结构中，深层搅拌桩的水泥掺量常常不足，影响水泥土的支护强度。实际施工中，深层搅拌桩支护发生水泥土裂缝，有时不是在受力最大的地段，而往往是因为水泥土强度不足，地面施工荷载集中在局部位置，使得荷载值大大高于设计允许荷载造成的。深基坑开挖是支护结构受力与变形显著增加的过程，设计中需要对开挖程序提出具体要求来减少支护变形，并进行图纸交底，而实际施工中土方开挖单位往往为了抢进度追求效益而忽略这些要求，导致施工质量无法保证。

6、设计与实际情况差异较大

深基坑支护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的情况下，设计中通常仍沿用传统理论计算，因此存在误差。但是在传统理论土压力计算的基础上结合必要的经验修正可以达到实用要求，但这是一个极为复杂的课题，如果脱离实际工程情况，不考虑地质条件、地面荷载的差异，照搬照套相同坑深的支护设计，就会造成过量变形的后果。所以，支护设计必须综合考虑实际地面可能发生的荷载，包括建筑堆载、载重汽车、临时设施和附近住宅建筑等的影响，比较正确地估计支护结构上的侧压力。 7、工程监理不到位

按规定，高层建筑、重大市政工程等的深基坑施工必须实行工程监理，大多数事故工程的主要原因都是没有按规定实施工程监理，或者虽有监理但工作不到

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位，只管场内工程，不管场外影响，实行包括设计在内的全过程监理的就更少了。深基坑工程监理要求监理人员具有较高业务水平，在我国现阶段主要就只是监控支护结构工程质量、工期、进度，而对于设计监理与对建筑物及周边环境的监控尚有一定差距，亚待完善与提高。 8、施工监测不够重视

实际深基坑支护施工中，建设单位为节约开支不要求施工监测，或者虽设置一些测点，但数据不足，经常忽视坑边建筑物的检测，或者不重视监测数据，监测点形同虚设。另外，支护设计中没有监测方案，发生情况不能及时警报，事故发生后也不易分析原因，不利于事故的早期处理。

1.4主要研究目标、内容、拟解决的关键问题 1.4.1研究目标及内容

本课题以建设银行武汉灾备中心深基坑为例，在现场调研和收集资料的基础上，通过设计理论分析、支护稳定性数值模拟及现场监测研究，分析“钢管桩+锚杆”支护结构在复杂荷载作用下产生的时间、空间效应，以及这种效应对支护结构的影响，对本课题研究的深基坑支护的设计与施工提供合理化建议。从中得出一般结论，指导类似工程的施工。

主要研究内容是:①基坑的工程地质条件以及周边环境;②支护方案的选择及其理论论证;③基坑支护结构的力学分析;④采用PLASIX有限元数值方法对“钢管桩+锚杆”深基坑支护结构的稳定性验证;⑤研究深基坑工程施工过程中的主要问题及注意事项，结合工程实际进一步阐述基坑设计和施工的基本原则。

1.4.2拟解决的关键问题

本课题拟解决的关键问题是:①深基坑土体开挖过程变形和支护受力关系分析;②采用PLASix有限元数值方法对利用“钢管桩+锚杆”支护结构的深基坑的稳定性计算;③深基坑施工过程中的主要问题及相应解决办法。

本课题主要采用理论计算、数值模拟、现场监测等综合的研究方法，阐明基坑工程设计施工过程中的主要问题及注意事项，结合工程实际进一步阐述基坑设

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计和施工的基本原则，最终得出结论。

1.4.3技术路线

本课题采用的技术路线具体为:

1、收集基坑的相关资料，包括地质勘测资料和基坑支护设计及施工资料; 2、收集国内外与基坑支护有关的土压力计算的资料; 3、收集国内外与支护结构计算相关的资料; 4、用PLASIX有限元进行数值模拟;

5、通过对比数值模拟分析与现场监测数据，研究该深基坑支护设计的合理性。

6、研究深基坑施工过程中的主要问题及相应解决办法。

7、提出类似项目的设计及施工一般原则。

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2建设银行武汉灾备中心工程概况

2.1项目建设基本情况 2.1.1工程基本情况

工程名称 项目地点 建设单位 设计单位 勘察单位 建筑规模 工程类别 建设银行武汉灾备中心 武汉市洪山区关山街刘家咀南湖北岸 中国建设银行股份有限公司湖北省分行 中南建筑设计院股份有限公司 中南勘察设计院 建筑面积：208500平方米，总净用地面积：186200平方米 综合办公类 2.1.2建筑地理规划

本工程建设地点位于武汉市洪山区关山街刘家咀南湖北岸，中心用地呈半岛形状伸入南湖，南、西两侧临湖，北侧距雄楚大道1.5公里，南距南湖景观大道约400米。规划建设七栋建筑，分别为综合办公楼、研发中心楼、呼叫中心办公楼、运维中心办公楼、5#、6#、7#数据机房结构。

2.2工程施工条件

2.2.1工程周边环境条件（交通、水电、拆迁、文物及管线）

本工程建设地点位于武汉市洪山区关山街刘家咀南湖北岸，中心用地呈半岛形状伸入南湖，南、西两侧临湖，北侧距雄楚大道1.5公里，南距南湖景观大道约400米。

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2.2.2气候条件

武汉地区属北亚热带季风性湿润气候区，具有雨量充沛、日照充足、四季分明等特点。一般年均气温15.8℃-17.5℃，一年中，1月平均气温最低，为0.4℃；7、8月平均气温最高，为28.7℃。夏季高温持续时间长。极端最高气温为41.3℃，极端最低气温为-18.1℃。近30年来，年均降雨量1269毫米，且多集中在6-8月。

2.2.3地质条件

根据岩土工程详细勘察资料,自上而下地层大致分布如下：

第(1)层填土层、第(2)粘土、第(3)粘土、第(4)层粘土、第(5)粘土、第(6)层砂质粘土、第(7)层粘性土混碎砾石、第(8)层砂质粉质粘土。

2.3建筑概况 2.3.1地下室建筑概况

序号 1 2 3 4 5 6 项 目 建筑面积 层数 耐久等级 层高 工程标高 防火设计 内 容 39400m2 1 本工程运维中心和数据机房设计使用年限为100年，其它建筑设计使用年限为50年。 地下一层6.15m 本工程±0.000m相当于绝对标高21.750m 本工程按一级耐火等级设计，各防火分区之间的卷帘门采用特级防火卷帘门、地下室出口的卷帘门采用甲级防火卷帘门。 地下室底板、顶板及地下室外维护墙外侧按二级防水设计即：钢7 防水设计 筋混凝土抗渗等级S6（自防水）附加一层自粘性橡胶卷材防水,材料厚度不小于1.5毫米。 14

8 主要设计功能 平时作汽车库,战时为二等人员掩蔽部,综合物资库 2.3.2地上部分建筑概况

序号 项目 综合办公楼 研发中心楼 呼叫中心办1 建筑面公楼 积 运维中心办公楼 数据机房 共计 2 耐久等级 综合办公楼 研发中心楼 呼叫中心办3 层数 公楼 运维中心办公楼 数据机房 综合办公楼 研发中心楼 檐口高度 呼叫中心办公楼 运维中心办公楼 数据机房 内容 36320㎡ 17520㎡ 28070㎡ 20260㎡ 22310×3㎡ 169100㎡ 本工程运维中心和数据机房设计使用年限为100年，其它建筑设计使用年限为50年。 6层 8层 9层 5层 4层 29.650m 38.050m 42.450m 4 21.300m 30.840m 15

综合办公楼 研发中心楼 建筑层高 呼叫中心办公楼 运维中心办公楼 数据机房 6 7 工程标高 防火设计 一层5.4m，二至五层4.2m，六层4.25m(5.750)，屋面层3.2m 一层5.4m，二至七层4.2m，八层4.25m，屋面层3.2m 一层5.4m，二至八层4.2m，九层4.25m，屋面层3.4m 5 一层4.5m，二至五层4.2m， 一层4.040m，夹层3.9m，二层至三层6.2m，四层5.4m，屋面层5.1m 本工程±0.000m相当于绝对标高21.750m 本工程按一级耐火等级设计，各防火分区之间的卷帘门采用特级防火卷帘门 屋面防水（渗）：按二级防水屋面设计，即：一道刚性8 防水设计 厨房、卫生间 外围护墙 屋面 防水＋涂料＋二层3mm厚厚贴必定BAC双面自粘防水卷材 凡有用水房间的楼地面均在现浇砼楼板上，加做2mm厚聚氨酯防水涂料2道，并沿墙四周上翻300高 外围护墙除注明外均为200厚加气混凝土砌块 地下室所有部位及各层防火分区、设备间、卫生间、楼9 墙体 内隔墙 梯间、电梯前室、电梯井道的墙体为200厚加气混凝土砌块。其余部分间和外所有室内隔墙均为100厚脱硫石膏砌块 屋面1 10 屋面 屋面2 屋面3 屋面4 主要装11 饰装修做法

上人屋面，有保温层隔汽层 不上人屋面，有保温层隔汽层 不上人屋面，无保温层隔汽层，用于稳压设备机房屋面 轻钢玻璃屋面及铝合金板屋面，用于雨棚及大厅屋面 主要有水泥砂浆楼面、地砖楼面、石材楼面和防静电活动楼面等 铝合金墙面、花岗石挂板墙面和玻璃幕墙 16

楼地面做法 幕墙

2.4结构概况

2.4.1综合办公楼、研发中心楼、呼叫中心办公楼及地下室Ⅰ区、地下室Ⅱ区结构概括

综合办公楼 研发中心楼 结构体系 呼叫中心办公楼 地下室ⅠⅡ区 基础型式 场地类别 柱下独立基础 Ⅱ类 现浇钢筋混凝土框架结构，局部设有剪力墙，C区的共享中厅屋面采用钢结构 现浇钢筋混凝土框架结构，局部设有剪力墙 现浇钢筋混凝土框架结构 一层框架结构,综合办公楼、研发中心楼、呼叫中心办公楼范围内结构形式同上部结构 抗震设防类别 结构安全等级 设计标高 基础设计等级 抗震设防烈度 丙类 二级 ±0.000m相当于绝对标高21.750m 乙级 6度 设计使用年限 50年 耐火等级 地下室防水等级 一级 二级 综合办公楼A区、B区 综合办公楼C抗震等级 区、研发中心楼、呼叫中心办公楼 剪力墙抗震等级：三级，框架抗震等级：四级 剪力墙抗震等级：三级，框架抗震等级：三级 地下室地下室地下一层在上部结构范围内抗震等级同上部结构；在上ⅠⅡ区 钢材及焊条 钢筋 部结构范围外框架抗震等级为四级 HPB235、HRB335、HRB400 17

型钢和钢板 采用Q235B或Q345B HPB235级钢筋及Q235钢材焊接采用E43型焊条，焊条 HRB335、HRB400级钢筋及Q345钢材焊接采用E50型焊条 填充墙 地下室地下室ⅠⅡ区混凝土强度等级 砌筑等级 B级 地下室结构(含标高-0.050梁板)、柱下独立基础混凝土强度等级：C40，地下室底板、柱下独立基础素混凝土垫层强度等级为C15 楼栋 综合办公楼A区、B区 构件部位 -0.050～9.550（包括9.550） 9.550～顶 -0.050～10.450（包括10.450） 10.450～顶 -0.050～17.950研发中心楼 （包括17.950） 17.950～顶 -0.050～13.750（包括13.750） 呼叫中心办公楼 13.750～26.350（包括26.350） 26.350～顶 框架柱 C35 C30 C35 C30 C40 C35 C40 剪力墙 C35 C30 C35 C30 C40 C35 / 梁、板 C30 C30 C30 C30 C35 C30 C35 综合办公楼C区 上部结构混凝土强度等级 C35 C30 / / C30 C30 所有二次现浇混凝土构件中，雨蓬混凝土强度等级为C30；其他构件（构其他混凝土强造柱、填充墙拉梁、现浇门、窗过梁）混凝土强度等级为C25 度等级 地下室外墙、基础底板、顶板、水池侧壁均采用级配防水混凝土，设计抗渗等级为P6 18

2.4.2运维中心办公楼及地下室Ⅲ区结构概括

运维中心办结构体系 地下室Ⅲ区 抗震设防类别 场地类别 设计使用年限 耐火等级 地下室防水等级 公楼 现浇钢筋混凝土框架结构，B区在四层、五层、屋面有钢结构连接体，与连接体相连的左右各一跨框架采用型钢混凝土 一层框架结构，运维中心办公楼范围内结构形式同上部结构 基础型式 结构安全等级 设计标高 基础设计等级 抗震设防烈度 A区和B区基础形式为柱下独立基础地下通道基础形式为筏板基础 一级 ±0.000m相当于绝对标高21.750m 甲级 6度 框架抗震等级三级 框架抗震等级三级 抗震等级二级 框架抗震等级三级 HPB235、HRB335、HRB400 HPB235级钢筋采用E43型焊条，HRB335、HRB400级钢筋焊接采用E50型焊条 B级 A区一层梁板、B区地下室梁板结构(含标高0.050梁地下室Ⅲ区 板)、地下通道、柱下独立基础混凝土强度等级为C40;地下室墙、柱混凝土强度等级为C45。地下室底板、柱下独立基础素混凝土垫层强度等级为C15。 上部结构

乙类 Ⅱ类 100年 一级 二级 运维办公楼A区 运维办公楼B区 抗震等级 运维办公楼B区接体相连的左右各一跨框架梁以及钢骨柱 地下一层框架 钢筋 钢筋及焊条 焊条 填充墙 砌筑等级 混凝土 梁板混凝土等级为C35;柱混凝土强度等级为C40 19

所有二次现浇混凝土构件中，雨蓬混凝土强度等级为C30；其他构件（构造柱、填充墙拉梁、现浇门、窗过梁）混凝土强度等级为C25 其他 地下室外墙、基础底板、顶板、水池侧壁均采用级配防水混凝土，设计抗渗等级为P6 地下室混凝土采用掺SY-K膨胀纤维抗裂剂的补偿收缩混凝土 2.4.35#、6#、7#数据机房结构概况

结构体系 抗震设防类别 场地类别 设计使用年限 耐火等级 抗震等级 ±0.000以上四层主体结构为钢筋混凝土框架，±0.000以下为设备夹层，局部有泵房水池及地下通道口 乙类 Ⅱ类 100年 一级 基础型式 结构安全等级 设计标高 基础设计等级 抗震设防烈度 钢筋混凝土独立柱基 一级 ±0.000相当于绝对标高为23.350m 甲级 6度 框架抗震等级：三级 钢筋 HPB235、HRB335、HRB400 采用Q235（对焊接承重构件的钢材采用Q235B） HPB235级钢筋及Q235钢材焊接采用E43型焊条，HRB335、HRB400级钢筋焊接采用E50型焊条 B级 构件部位 地下室外墙，水池侧壁 C40（P6） 独立柱基 地下室、水池底板 钢材及焊条 型钢和钢板 焊条 填充墙 砌筑等级 混凝土 地下室部分 -0.040以下（包括-0.040） C35（P6） C35（P6） 20

构件部位 -0.040以下 （包括-0.040） 主楼部分 -0.040～7.900（包括7.900） 7.900～20.300（包括20.300） 20.300以上 框架柱 C40 梁板 C40 C40 C35 C35 C30 C35 C30 独立柱基、地下室底板下素混凝土垫层强度等级为C15 所有二次现浇混凝土构件（构造柱、填充墙拉梁、现浇其他 门窗过梁、雨蓬等）混凝土强度等级为C25 -0.040以下混凝土采用掺SY-K膨胀抗裂剂的补偿收缩混凝土 2.5钢结构工程概况

本工程综合办公楼C区共享中厅屋面采用钢结构；运维中心办公楼B区在四层、五层、屋面层连接体采用钢结构，连体支座（连接体两侧各一跨框架）采用型钢混凝土结构，支座部分的框架梁采用H型钢梁,支座部分的框架柱采用十字型截面钢骨柱。连接体钢结构所有杆件均采用采用H型截面杆件。

2.6机电设备工程概况

机电设备工程分为数据机房区（包含5#、6#、7#数据机房）、项目配套服务区（包含呼叫中心、研发楼、运维楼、综合楼在内的所有建筑物）两个区域。

2.6.1给排水及消防工程

包含室内给水及排水系统、热水系统、雨水系统及雨水回收系统、空调循环冷却水系统、室内消防给水系统。 系统名称

配套服务区系统 数据机房系统 21

地下层利用市政管网压力直接供水；地上层采用变频加压供水设备加压供水，地上层分为生给水系统 活变频加压供水系统和冷却塔补水变频加压供水系统。生活热水采用集中热水供应系统，由水源热泵热回收系统直接提供约60℃的卫生热水。 室内消火栓给水系统为临时高压系统，由设置消火栓给水系在地下一层的消火栓给水专用加压泵供水。呼统 叫中心主楼屋面水箱间内设有效水容积为20.4m3的消防水箱。 自动喷水灭火系统为临时高压系统，由地下一层消防水泵房内的自喷给水专用加压泵供水，自喷系统为湿式系统、预作用喷淋并联系统。 综合办公楼中入户门厅上空、共享中庭上空及地下室会议休息厅上空，设置固定消防炮灭火/ 系统。 数据机房消防给水为单独临时高压系统，5#数据机房屋面水箱间内设有效水容积为21.6m3的消防水箱。 数据机房自动喷水灭火系统为临时高压系统。 数据机房包含生活变频加压供水系统和冷却塔补水变频加压供水系统。 自动喷淋给水系统 固定消防炮系统 水喷雾灭火系地下一层发电机房及其油箱间、燃油（气）锅发电机房设置水喷雾灭统 炉机组及其油箱间需设置水喷雾灭火系统。 生活污水排至室外经室外三格化粪池处理后排入市政排水管网；厨房含油废水经隔油池处排水系统 理后再排入市政排水管网。地下室污、废水及消防排水排入集水井后用潜水泵抽升排入室外相应污水及雨水管网。 火系统。 生活污水排至室外经室外三格化粪池处理后排入市政排水管网；相应污水及雨水管网。 屋面雨水由屋面雨水沟及雨水斗收集，经雨水屋面雨水由屋面雨水沟雨水系统 管排入市政雨水管网；阳台排水、空调凝结水及雨水斗收集，经雨水管经管道统一收集后排至室外散水坡或雨水管排入市政雨水管网；阳台网。 排水、空调凝结水经管道 22

统一收集后排至室外散水坡或雨水管网。 将整个园区雨水统一收集，经过初期弃流后进入PP模块组合水池进行雨水回收系统 储存，再经雨水过滤器过滤、消毒后即可回用。回用水主要用于冲洗地面、车库、绿化。 2.6.2电气工程

包含变配电工程、低压配电系统、照明系统、防雷接地系统、等电位联结。 系统名称 配套服务区系统 数据机房系统 10KV高压配电室设置在地下一层根据本工程负荷等级及容量，自两1#变配电室，高压电源采用个不同的区域降压站引入4路相互YJ22-8.7/15KV型电缆由邻近的变独立的10kV电源至一层4个变电电站引入两路电源至地下室10KV所，每个站引来两路。一层设置2高压配电室，两路10KV电源同时个柴油发电机房，共10台（9用1工作，互为备用。3个变配电室的备）10kV柴油发电机，作为数据机变配电系统 10KV高压电源采用房的IT设备及空调系统等的应急电ZRYJV-8.7/15KV型电缆由10KV高源，以保证数据机房的安全运行。压配电室引入，为整个电气系统供本工程集中设置UPS电源做为应急电。柴油发电机房设置在1#变配电照明中疏散照明的备用电源。火灾室旁，内设置有2台风冷柴油发电报警、安防系统、制冷机组控制等机组，每台机组常用功率为系统随等系统随设备配套设置UPS1500KW，备用功率为1650KW。 电源，作为备用电源。 系统电压为220/380v，采用三相五电压等级为220/380V，采用三相五线制。采用放射式与树干式相结合线制。配电系统采用放射式与树干低压配电系的方式供电。对于单台容量较大或式相结合的方式，对于单台容量较统 重要负荷采用放射式供电；对于照大的负荷或重要负荷采用放射式供明及一般负荷采用树干式与放射式电；对于一般负荷采用树干与放射相结合的方式。

相结合的方式供电。一级负荷采用23

双电源供电并在末端互投；二级负荷采用双电源供电并在末端或适当位置互投；三级负荷采用单路市电供电。较为分散的负荷采用电缆馈电，UPS模块、制冷机组等容量较大负荷采用密集式封闭母线馈电。 一般场所安装荧光灯、金属卤化物采用节能型光源和高效灯具。办公照明系统 灯或其它节能型灯具。室外和顶层室选用T5荧光灯，高大空间选用金设景观照明，并有调光功能。 属卤化物灯等。 配电房、发电机房、及其它重要场在变配电所、消防及安防控制室、所的照明100%为应急照明；商场、弱电机房、水泵房、防排烟机房、应急照明 大会议厅、餐厅、大厅等的照明20%IT机房等人员集中的场所、疏散楼为应急照明；其他公共场所应急照梯间及其前室、疏散走廊等场所设明一般按正常照明10%～15%设置。 置备用照明。 采用总等电位联结，总等电位板由紫铜板制成，应将建筑物内保护干线、设备进线总管、建筑物金属构接地系统 件进行联结，总等电位联结线采用BV-1*25mm²。有洗浴设备的卫生间、淋浴间及游泳池采用局部等电位联结，引出两根大于φ16结构钢筋至局部等电位箱LEB。 采用防雷接地，变压器中性点接地，电气设备保护接地，电梯机房、消防控制室、通讯机房、数据机房等接地共用的接地系统。要求接地电阻值不大于0.5欧姆。本工程采用自然接地体与人工接地体共同组成的接地系统。在自然接地体接地电阻满足设计要求时，不设置人工接地体。 采用综合接地系统，利用基础底板数据中心楼为二类防雷建筑物。防外侧及底侧钢筋做接地装置，所有雷装置满足防直击雷、雷电感应和防雷系统 桩基、承台、地梁内钢筋连接电气雷电波的侵入，并满足总等电位联通路并形成周边闭合回路。 结的要求。在数据中心楼屋顶女儿所有室内外进出的强、弱电电缆和墙采用Φ10镀锌圆钢作避雷接闪电线一律穿钢管埋地或暗敷引入，器，屋顶用40x4镀锌扁钢敷设在找

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电缆金属外皮重复接地，并在室内平层内组成不大于10mx10m(或第一级配电箱（配线箱）处加装8mx12m)避雷网格。利用结构柱或SPD，以防止雷电电磁感应的破坏。剪力墙内两根Φ16以上主筋贯通焊在各变压器0.4KV母线侧加装第一接作为引下线，间距不大于18米。级SPD，在重要设备总配电箱加装引下线上端与避雷带焊接，下端与第二级SPD，在所有弱电设备及其基础接地网焊接。每根外墙处引下它重要设施设备电源接线处加装第线在距室外地面下1米处水平引出三级SPD,逐级保护，以防止雷电过40x4镀锌扁钢与室外周圈人工接地电压、操作过电压、故障过电压等体焊接。四角外墙引下线在距室外浪涌电压对电气设备的正常运行造地面以上0.5米处设测试卡。凡突出成破坏，以保证设备的安全。 屋面的所有金属构件及设备等均应与避雷网可靠焊接。所有防雷构件均采用镀锌件，焊接处均应刷沥青防腐。 2.6.3通风空调

包含冷热源系统、空调水系统、空调风系统、防排烟系统、通风系统。 系统名称 配套服务区系统 采用集中冷热源的中央空调系统，同时对运维中心的总控室设变制冷剂流量多联机系统。动力机房设置在地下一层，主要设备有：双工况制冷机组2台，水源热泵单个数据机房冷源系统包括5数据机房系统 台制冷机组及配套的冷水泵，2台，高温水源热泵1台，蓄冰装置6台，冷热源系统 冷却塔，冷却水泵及换热器。燃气（油）双环路热水机组2台。水源热设置有不间断供冷系统，可满泵机组兼作蓄冰低温冷水系统的基载制足15分钟全荷载供冷。 冷机，作为夏季夜间冷源，供回水温度6/12度，直接供给低温水系统，供水与高温冷水回水经三通阀混合后，作为高温冷水系 25

统的供水，高温冷水供回水温度为13/18度。冬季空调由水源热泵机组、燃气热水机组供应45/40度。 高低温冷水系统均采用二次泵系统，一次泵定流量，二次泵变流量。空气处理机组、管道设计成环路，可实现在线新风机组的回水管上均设置电动调节阀，维修。空调机组及风机盘管的冷梁环路、风机盘管回水管上设置电动两回水管上设动态平衡电动调通阀，确保空调效果，节省运行能耗。高、节阀，确保系统按需供水，保低温空调冷水系统分成三个大的环路，分证空调效果。 别为：综合办公楼及研发中心环路、呼叫中心环路及运维中心环路。 设置在呼叫中心屋顶，由冷却水泵循环供设置无风机冷却塔，安装在对冷却水系统 给。共有6台密闭型冷却塔及2台无风机应的数据机房屋顶，由冷却水冷却塔。 地下一层（A区）大会议室、大餐厅及综合办公楼一层大餐厅、一层展示中心、二层展厅采用一次回风、大温差变风量低温送风系统。运维中心、呼叫中心、研发中心及综合办公楼的开敞式办公室采用风机型冷梁（呼叫中心呼叫坐席区设有诱导空调风系统 式冷梁）加低温新风系统，小型办公室及小会议室等采用风机盘管加低温新风系统。新风系统采用低温冷水，送水温度为11.5度，新风承担全部潜热负荷及一部分显热负荷，风机型冷梁、风机盘管系统采用高温冷水，承担剩余的显热负荷，为干工况运行。新风机组设置湿膜加湿器，冬季对新风进行加湿。 防排烟系统 每个防火分区设有独立的排烟系统及机设置机械排烟系统，房间内采

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冷水系统 泵循环供给。 每个机房模块设置单独的新风机组，变频驱动。在机房空调机房内设直接蒸发式加湿器。空调机房内设CRAH机组，机组向活动地板下供应冷却空气，并通过有孔地板向冷通道内输送冷却空气。

械补风系统。对会议室、餐厅、健身中心用板式排烟口，可通过现场手等场所不满足自然排烟条件的房间及走动或通过消防中心远程开启 道设机械排烟系统。地下车库消防排烟系统与平时通风系统共用，平时排风，车库通过车道自然补风，火灾时开启着火防烟分区的排烟风机，同时开启同一防火分区的补风风机，系统切换为排烟工况。 按防火分区设独立的排风系统。所有空调及通风系统风管穿越防火墙或其它防火设机械排风和补风系统，对不通风系统 分隔时均设置70度的防火阀，所有排风同功能区域选用不同类型的风机入口处及空调送回风总管均设70度风机 防火阀，此阀能输出关闭电信号。 27

3深基坑支护工程安全专项施工方案的编制

3.1安全专项施工方案的内容

深基坑支护工程专项施工方案主要内容有: (l)工程概况

包括危险性较大工程概况、工程地质水文条件、施工平面布置、施工临时围墙、道路和现场环境的布置、施工要求和技术保证条件等。 (2)编制依据

编制依据主要包括国家法律法规、规范性文件、专业规范及图纸(国标图集)、施工组织设计等。

(3)危险源分析及相关控制措施

危险源及重大危险源的辨识、分析是进行设计和安全施工的前提，通过危险源、重大危险源的辨识采取相应的控制措施是编制专项施工方案的前提和保证。 (4)安全技术设计与施工工艺技术

安全技术设计与施工工艺技术主要包括技术参数、工艺流程和施工方法，是安全专项施工方案的核心，是方案可行的技术条件。 (5)施工计划

施工计划是进度的保证，是避免盲目施工的有效措施。施工计划的编制要以施工合同文件为依据，以提高经济效益和社会信誉为目标，要实事求是的安排各项分工，统筹规划好计划项目和综合进度实现施工的连续性和均衡性。它的主要内容包括:①施工组织管理:施工组织部署、施工协调管理、组织管理体系;②主要施工方法及施工程序;③施工进度计划及生产人员安排;④材料与设备计划。 (6)施工安全保证措施

施工安全保证措施包括组织保障、技术措施、应急预案等。组织保障是指现场应成立强有力的施工领导班子，根据工程规模和有关作业工种，配备相应的管理人员。项目部管理以项目经理为核心，配备项目副经理、技术负责人、施工员、质安员及材料试验等专职人员，全面负责该工程的施工、技术、进度、安全、质

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量、材料、文明施工及消防等工作。

应急预案可以减少安全管理中出现的不合理行为和缺乏全局观念的行为，它规定了行动的具体目标，以及为实现这些目标所做的所有工作安排。它要求制定者不仅要预见到事发现场的各种可能，而且要针对这些可能拿出具体可行的解决措施，达到预定的目的。

基坑支护工程的设计和开挖施工，涉及到与周围环境的相互协调、降水工程问题等施工过程中支护结构的受力模式及外部作用均处在动态变化之中，特别是地质条件复杂多样，土性指标取值变异较大，由此导致的深基坑支护结构的破坏类型各不相同，工程实践中临场应急措施也不尽相同，因而深基坑支护工程的应急预案具有针对性。另外，应急预案只是在事故发生的情况下做出的应急准备，而更重要的是要对深基坑支护工程可能的破坏事前就做预防，做到“以防为主”。 (7)劳动力计划

劳动力计划指专职安全生产管理人员、特种作业人员。 (8)计算书及附图。

计算书包括内力计算，稳定性验算等，附图包括平面图、大样图、结构计算图、监测图等。

3.2深基坑支护结构优化选型

深基坑支护结构是一个系统工程，它的优化选择是系统决策的过程。系统工程是一种科学的系统决策方法论，是管理决策的基本指导思想和解决管理问题的最有效方法。方法论的基础是系统分析技术，系统分析是完成系统工程问题的中心环节。系统分析的目的在于分析系统内部与环境之间、系统内部各要素之间的相互依赖、制约、促进的复杂关系，系统要素的层次结构关系及其对系统功能和目标的影响，通过建立系统的分析模型，运用定量方法解决系统问题，使系统各要素及其与环境之间的协调达到最佳状态，最终为系统决策提供依据。系统工程技术对管理问题常采用逻辑关系分析法解决，它主要包括功能逻辑关系分析法和因果逻辑关系分析法。技术问题采用结构对比分析法，即通过分析对比，建模后定量解决的方法完成任务。

深基坑支护类型方案很多，为达到同一目的，可以有多种支护类型方法，即

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每一种方法都有其独特的优点，有的速度快，有的占地小，有的经济，有的噪音小。支护结构类型选择合理，就能做到安全可靠、施工顺利、缩短工期，带来可观的经济与社会效益，否则一旦基坑支护失败，轻则导致重大经济损失，重则导致人身伤亡的重大事故。因此，支护结构优化选型对于深基坑的安全具有主要意义。

3.2.1优化选型的原则和规定

深基坑支护结构选型应遵循“安全、经济、合理”的原则。具体地说，就是要综合考虑基坑平面尺寸、基坑周边环境、场地工程地质与水文地质条件、施工季节、已有的施工机械设备、地区经验做法、施工便捷性、安全性要求、相应的行业规范和条例、经济性要求与社会效益等多种影响因素，合理选择深基坑支护结构型式并在细部予以优化!川。《建筑基坑支护技术规程》 (JGJ120一99)是国家建设部颁布实行的强制性标准，根据工程的基坑侧壁安全等级，其对基坑支护选型有一些原则规定(如表3.1，3.2)。

表3.1基坑侧壁安全等级及重要性系数

一级 破坏结果 支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基周边环境及地下结构施工影响很严重。 二级 支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基周边环境及地下结构施工影响一般。 三级 支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基周边环境及地下结构施工影响不严重。

表3.2支护结构选型表

0.90 1.00 0 1.10 30

3.2.2优化选型的影响因素

影响深基坑支护方案的因素众多，并且各因素之间相互联系、相互依赖、相互制约、相互作用，很难用技术可行等约束条件和费用最低的单目标优化准则做出最佳决策。影响支护结构优化选型的因素主要有以下几个方面: (l)深基坑的几何尺寸

对于一个深基坑开挖工程，深基坑自身的开挖深度、平面尺寸、几何形状等特性是影响深基坑空间效应的重要指标，它们是深基坑支护结构选型的重要影响因素。随着基坑开挖深度的增加，不仅作用在支护结构上的土压力大小随之增加，而且支护结构的稳定性也将发生重大变化，开挖深度是确定作用在支护结构上的土压力大小和作支护结构的稳定性分析的根本出发点，是深基坑支护结构选型需要考虑的最重要的因素之一。 (2)工程周围环境条件

深基坑支护工程的特点决定了它与工程周围环境的密切联系，有相当一部分工程事故是由于深基坑的开挖造成周边建筑物发生事故或者周边环境导致基坑

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发生事故。工程的周围环境包括周围建筑物、道路、管线、地下障碍物的性质、分布及其与基坑边沿或给定建筑红线的相对距离等内容。另一方面，在施工过程中，不同的支护结构型式需要的最小作业面空间不同，而场地所能提供的作业面客观上主要取决于周围建筑物、道路、管线、地下障碍物的分布及其与基坑边沿或给定建筑红线的相对距离。鉴于这两方面的原因，在支护结构选型时，要特别注意综合考虑周围环境状况，合理选择满足周围环境对施工工艺要求的支护结构型式，从而为确保周围环境安全提供条件。 (3)工程地质及水文地质条件

场地工程地质条件包括地层构成、影响深度范围内的土层数、土层类别和相应的力学参数等方面的内容。场地水文地质条件的内容主要包括地下水含量多少、水位高低及相关水动力学的参数指标。土压力和水压力是作用在支护结构上的主要外荷载，而土压力和水压力大小主要取决于工程地质和水文地质状况及其相关参数;同时，工程地质、水文地质的复杂程度和变化情况也是支护结构选型时必须予以重视的问题。因此，基坑所处场地的工程地质和水文地质条件是基坑开挖、支护方案确定和基坑降水设计的最基本的依据。 (4)对工程的费用、质量和工期的要求

对于不同的合同形式，工程直接参与方的既得利益不一样，对投资控制的积极程度也不一样。在支护结构选型时，它们往往将经济性因素作为深基坑支护结构选型的一个决定性因素。一般说来，地下连续墙和桩撑支护结构的造价相对较高，桩锚支护结构次之，然后是水泥土支护结构，造价相对较低的是土钉墙支护和喷锚网支护。对于一些政府投资项目或者为了迎接某项重要活动的重要工程项目，工期往往是工程控制最重要的目标，这就要求在支护结构选型时，尽可能选择工期较短或者对缩短工期有较大潜力的支护结构型式。一般说来，土钉墙支护结构和桩锚支护结构对节约工期效果较好，而桩撑支护结构和地下连续墙占用的工期相对较长。 (5)其他影响因素

基坑支护所承受的荷载、基坑开挖及排水方法、建筑物的基础结构及上部结构对支护结构的要求等也是影响基坑支护结构选型的因素。

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3.2.3优化选型的常用方法

对深基坑支护方案的优化，工程技术人员和科研工作者在不断的探索和尝试，从最初的经验分析方法到运用近代数学理论、数值分析方法寻求最佳方案的方法，取得了一系列的成果。 (1)直接经验判断法

直接经验判断法就是根据经验对支护方案进行比选，从而判断出对于某一个特定的深基坑工程的一个或几个相对最佳的开挖支护方案。这种方法需要有丰富的工程经验，充分了解各种支护型式的优缺点、适用范围以及基坑与基坑相关的一切工程信息。事实上，深基坑工程是一个很复杂的系统，影响因素众多，因素间又相互影响和约束，仅用直接经验判断法很难达到既安全又经济的效果。 (2)经验加权评分法

对于多个深基坑支护方案，往往很难判断哪一个方案更优越。各个方案有其各自的特点，对这些特点很难直接进行量化的比较，这给方案优选带来一定的困难，为了解决此问题，可采用比较方便的经验加权评分法。

经验加权评分法就是方案确定人根据自己的知识与经验和其它已知条件，从而确定工程可靠性、造价、施工难度、工期、环境影响等因素在每个方案中的重要性，并且对之加以量化得分，再根据各指标的重要性赋予不同的权重，最后用该方案在各指标下的得分乘以权重再求和，得到该方案的最终得分。得分最高的方案就是所要最优或是相对最优的支护方案，从而横向比较出各方案的优劣程度。这种评定方法所得到的评价结果的正确性主要取决于方案评审人评分的结果是否科学、准确与可靠。因此，在使用这一方法时，需要慎重加以考虑。 (3)层次分析法

深基坑支护系统是一个相当复杂的系统工程，影响因素众多，其设计必须满足安全性、经济性和可行性这三个基本要求，对于市区工程，环境保护及文明施工也是十分重要。层次分析法就是根据支护方案的基本要求选择指标，构造层次模型，通过逐层分析比较，选出最优支护方案。此方法运用定量与定性相结合的方法，一般在数据资料较少工程投标阶段使用，具有较好的实用性、系统性、简洁性，结果的科学性受专家水平和人数限制。 (4)类比学习法

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类比学习就是当一个设计对象进入系统后，不是通过规则知识的推理，而是通过与已知工程进行比较，而得出设计方案的一种决策方法。该方法是通过样本库与当前设计的已知属性的模糊距离来实现的，即依据贴近样本和当前设计的已知属性(如基坑几何特征、地质条件、环境条件等)，来确定当前设计的未知属性(支护结构类型)。 (5)模糊综合评判法

模糊综合评判法是一种定性、定量相结合，解决涉及多个指标(或因素)的事物的评价问题的方法。在分析深基坑支护方案优选的影响因素的基础上，提出方案评判的指标体系，应用模糊综合评判理论建立深基坑支护方案的模糊优选模型，可以较全面、清晰、有效地评判这一有众多因素制约的复杂系统，从而得到最优支护方案。该方法一般用于不确定性因素多的大型工程项目，数学模型简单，对多因素、多层次的复杂问题评判效果比较好，但确定影响因素的权重时带有一定的主观因素。

(6)计算机辅助优选方法

近年来，随着计算机技术的发展，利用计算机强大的储存和计算功能，基于计算机技术的改良选型方案得到了较大发展。现在市场上出现的“理正深基坑支护”软件和同济“启明星”深基坑系列软件也都是以人机配合的方式，在计算机上进行半自动或自动设计，对深基坑支护结构型式的优化选择有一定的推动作用。

此外，随着人工神经网络广泛应用于工程实践，神经网络评价法也引入了深基坑支护方案优化中，为深基坑支护方案优化提供了新的途径。

3.3常用支护结构型式及适用范围

深基坑支护类型方案很多，为达到同一目的，可以有多种支护类型方法，即每一种方法都有其独特的优点，有的速度快，有的占地小，有的经济，有的噪音小。支护结构类型选择合理，就能做到安全可靠、施工顺利、缩短工期，带来可观的经济与社会效益，否则一旦基坑支护失败，轻则导致重大经济损失，影响深基坑支护方案的因素众多，并且各因素之间相互联系、相互依赖、重则导致人身伤亡的重大事故。因此，支护结构优化选型对于深基坑的安全具有主要意义。

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在实际工程中，可能只采用单一的支护结构形式，也可能采用两种或两种以上的支护结构形式以综合降低成本。常用的支护结构形式有放坡、水泥土重力式支护结构、土钉墙支护结构、桩锚支护结构、桩撑支护结构和地下连续墙等支护结构形式。每种支护结构形式都有自身的优缺点及适用范围，掌握这些情况是进行深基坑支护结构形式优选和细部深化设计的前提。 (l)放坡开挖

放坡开挖是指，在基坑开挖施工中，往往可以通过选择合理的基坑边坡坡度，使基坑开挖后的土体在无加固、无支撑的条件下，依靠土体自身的强度取得稳定的边坡并维护整个基坑的稳定状况并满足预定的工程环境要求。放坡开挖的特点:工程费用低，施工工期短;可为结构施工提供较宽敞的作业空间;不用支撑支护，需采用人工修坡，加强边坡稳定监测，土方量大，土需外运。放坡开挖适用范围:基坑侧壁安全等级宜为三级;地基土较好，开挖深度不大(3一sm)的基坑;施工现场有足够的放坡场地，地下水位低于基坑底面;可独立或与其他结构结合使用;周边环境对基坑开挖工程要求不高的场所。 (2)土钉墙支护

土钉墙支护在国外也称锚钉支护，是20世纪70年代以来迅速发展起来的用于上体开挖和边坡稳定的一种新型挡土结构。土钉墙是以较密间距排列的土钉体(细长金属杆件，一般是钢筋)作为主要受力构件，加固原位土体，并较大限度发挥土体自身强度的一种挡土护坡结构。其作用机理可理解为通过在基坑边坡土体中设置土钉，形成加筋土重力式挡墙，而起到挡土的作用。近年在软土地区还发展了复合土钉支护技术。即以薄层的水泥土桩墙或压管注浆等超前支护措施来解决土体的自立性、隔水性及喷射混凝土面层与土体的粘结问题;以水平向压密注浆及二次压力灌浆来解决围护墙土体加固和土钉抗拔力问题;以一定的插入深度解决坑底隆起、超前支护和土钉三者组成复合土钉支护。土钉墙支护结构的特点是:形成土钉复合体，合理利用了土体的自身强度和自承载能力;结构轻盈，弹性良好，有利于抗震;不需单独占用场地，施工方法灵活，操作方便;施工效率高，便于节省工期;施工噪音、振动小，对周围环境影响小;根据工程实施的反馈信息，可及时的调整土钉的大小、长度及间距，便于动态设计和信息化施工，从而满足变形控制的要求。但设置土钉需要较大的地下空间，土钉属柔性支护，容易产生

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较大变形，当对基坑变形有严格要求时，不宜采用土钉支护结构;土钉墙支护结构适用于:地下水位以上或人工降水后的基坑支护工程，基坑侧壁安全等级宜为二、三级的非软土场地;粘性土，适用于粉土、杂填土及非松散砂土、卵石土等，不适用于淤泥或饱和软弱土层;一般用在基坑深度不超过12m(当与放坡相结合时，可适当放宽)，使用期限不超过18个月的基坑工程中。 (3)排桩土层锚杆支护

排桩土层锚杆支护，系在排桩支护的基础上，沿开挖基坑或边坡，每隔2-5m设置一层向下稍微倾斜的上层锚杆，以增强排桩支护抵抗土压力的能力，同时可减少排桩的数量和面积。排桩土层锚杆支护的特点:能与土体结合在一起承受很大的拉力，保持支护的稳定;可采用高强钢材，并施加预应力，可有效控制相邻近建筑物的变形量;可简化支护结构，适应性强，所需钻孔孔径小，施工不用大型机械和较大场地，经济效益显著;可节省大量钢材和劳动力，特别是为基坑内施工提供了良好空间，有利于机械化挖土作业，加快工程进度。排桩土层锚杆支护适用于难以采用支撑的大面积深基坑、各种土层的坑壁支护，但不适用于在地下水较大或含有化学腐蚀物的土层或在松散、软弱的土层内使用。 (4)地下连续墙

地下连续墙是利用一定的施工设备和机具，在化学泥浆的护壁作用下，向地下钻挖具有一定厚度、长度和深度的沟槽，并在沟槽内吊放加工制作好的筋笼，然后灌注混凝上，筑成一段钢筋混凝土墙段，并逐段连接起来形成一道连续封闭的地下墙体。地下连续墙作为建筑基坑的支护结构，既可作悬臂式的地下连续墙支护结构，也可加撑或锚形成联合支护结构;不仅可起到挡土、止水的作用，还可作为高层建筑永久性主体结构的承重墙。地下连续墙的特点是:刚度大，整体稳定性好，安全可靠;对地层的适应性强，即使在地下水位较高或极软弱淤泥质粘土层等地质条件及其复杂的情况下也能施工;在城市密集建筑群中施工，对邻近建筑和地下设备影响很小;施工时振动小，噪音低，能有效减少对周边环境的不良影响;可用于逆作法施工，促使逆作法成为更为合理、有效和可靠的方法;除在基坑开挖及支护阶段发挥挡土挡水的作用外，还可作为高层建筑永久性主体结构的承重墙。但地下连续墙的造价高，施工技术要求高，施工工期一般较长，另外弃土及废泥浆需要处理，除增加工程费用外，如处理不当，还会造成新的环境

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污染。地下连续墙适用于任何土质及地下水位的深基坑支护工程，适用于对周围环境保护要求较高，而施工场地狭窄的深基坑支护工程，特别适用于有挡土、止水及兼作建筑物永久性主体结构的承重墙三重要求的深基坑支护工程。 (5)水泥土重力式支护结构

水泥土重力式支护结构是采用机械钻进、喷浆(或喷粉)并强制与土搅拌而发生一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的土体。为了节省费用，挡墙常采用格构体系。水泥土重力式支护结构的特点:最大限度的利用了原地基土，与钢筋混凝土桩相比，造价相对较低;水泥土挡墙具有挡土和止水的双重功效;施工便利，无侧向挤出、无振动、无噪声、无污染;对环境的影响小，可在密集建筑群中进行施工;工期也较短;水泥土重力式挡墙抗压强度高，但抗拉和抗侧刚度较小，挡墙顶位移较大，对周围建筑物、道路、及管道设施安全存在潜在威胁;它受深度限制较大，不适用于支护深度较深的基坑支护。水泥土重力式支护结构适用范围:基坑侧壁安全等级较低(二级或三级)、深度较浅的基坑支护，对于深度较大的可根据需要设置一定的支撑;水泥上重力式支护结构所需的施工作业面较大，适用于施工场地较宽敞的基坑支护工程;适用于淤泥、淤泥质土或含水量较大的软粘土场地的基坑支护，由于重力式支护结构的施工对环境污染较小，被广泛应用于旧城改造的建筑密集场地。 (6)型钢桩横挡板支护

型钢桩横挡板支护是支护系统挖方工程中一种最常见、简单、经济的挡土支护方法，系沿挡土位置处先设型钢桩到预定深度，然后边挖方，边将挡土板塞进两型钢桩之间，组成由型钢桩与挡土板复合而成的挡土壁。型钢桩多采用钢轨、工字钢、H型钢等，间距由地质情况而定，一般为1.0-1.5m，横向挡板采用厚3-5cm松木板或厚7.5-10cm预制混凝土板。型钢桩横挡板支护的特点:结构简单，成本低，沉桩较简单易行，噪声、振动少;在有地下埋设物时也能施工，材料可回收重复使用，但不能止水，施工将会因降低地下水，使周围地基产生沉降;当有地下水时，必须采用降低地基支护。 (9)逆作拱墙支护

逆作拱墙支护，是在有条件的基坑工程，将支护墙在平面上做成圆形闭合拱墙、椭圆形闭合拱墙、或组合拱墙，是支护墙受力起拱的作用，可有效改善受力

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状态，发挥混凝土的材料特性，减少支护截面，提高支护刚度，同时为基坑开挖提供较大空间。逆作拱墙支护的特点:结构主要承受压应力，可充分发挥混凝土的材料特性，减少结构截面，同时底部不用嵌固，可减少埋深，节省支护材料;结构受力安全可靠，变形小，外形简单，施工方便、快速，质量易于保证，费用较低。但是支护结构不嵌入基坑底以下，防水性能差，不能将支护作为基坑或地下室防水体系使用。逆作拱墙支护适用于基坑深度(小于等于12m)不大，平面为圆形、方形或接近方形的基坑作支护用。 (10)钢板桩支护

钢板桩支护采用一种特制的型钢板桩，借打桩机沉入地下构成一道连续的板墙，作为深基坑开挖的临时挡土、挡水围护结构。由于它具有很高的强度、刚度和锁口功能，结合紧密，水密性好，施工简便、快速、能适应多种平面形状和土质，可减少基坑开挖土方量，有利于施工机械化作业和排水，可以回收反复使用等优点，因而在一定条件下用于地下深基础工程作为坑壁支护、防水围堰等，会取得较好的技术和经济效益。这种支护存在的问题是:需用大量特制钢材，一次性投资较高，一般以采取租赁方式租用，用后拔出归还，较为经济。 (11)排桩与中央支顶组合支护

排桩与中央支顶组合支护是沿基坑周边设置钢板桩或混凝土灌注排桩，先在基坑内侧放坡挖中间部分土方到坑底，保留坑内四周边缘放坡土体作平衡土体，以提高被动土压力区的抗力，保持围护排桩的稳定，然后按常规方法先施工中间部分地下结构至地面，再利用中间结构作支承钢板桩或混凝土灌注桩围护墙的支承点，设置水平横顶撑，挖去放坡部分土方，每挖一层支一层横顶撑，直至设计深度，最后再施工周边部分地下结构;也可只先施工好中间部分基础底板，再从基础底板向排桩上方支设斜顶撑，然后再把放坡部分的土方挖去，每挖一层，支一层斜撑，直至坑底，最后施工周边地下工程上部结构。排桩与中央支顶组合支护的特点:利用后挖坑内放坡土体作平衡土体，以减少支护桩变形，可减小支护桩截面和嵌固深度，节省大量内部支撑和立柱材料，降低支护费用;但多一道后浇周边地下结构共促，工期相应长一些。适用于开挖较大、较深的基坑，周边环境保护要求严格，而支护桩刚度不够、坑内又不允许设置过多支撑时采用。 (12)混凝土灌注桩与水泥土桩(墙)组合支护

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挡土灌注桩支护一般采取每隔一定距离设置，缺乏阻水抗渗功能，在地下水较大的基坑应用，会造成桩间土大量流失，桩背上体被掏空，影响支护土体的稳定。为了提高挡土灌注桩的抗渗透功能，一般在挡土排桩的基础上在桩间再加设水泥土桩以组成一种挡土灌注桩与水泥土桩相结合的支护体系。混凝土灌注桩与水泥土桩(墙)组合支护的特点:既可挡土，又可防渗透，施工比连续排桩支护快速，节省水泥、钢材、造价较低;但多一道施工高压喷射注浆桩工序。混凝土灌注桩与水泥土桩(墙)组合支护适用于土质条件差，地下水位较高，要求既挡土又挡水防渗的支护工程。

3.4危险源辨识

危险源的辨识和分析是进行设计计算的前提，充分的考虑各类危险源才能使计算设计具有针对性，全面性，准确性。同时，它也是工程施工过程中安全管理的基础。正确全面的危险源辨识能够为系统的分析决策提供依据。深基坑支护工程是一个复杂的受多因素影响的系统工程，采取正确的危险源辨识方法可以系统、动态深刻的认识和控制各种隐患，降低风险，消除风险，真正贯彻“安全第一、预防为主”的方针，从而实现预防事故，保障安全目标的实现。危险源的辨识是一个持续的动态过程，它随着施工进度的进行不断的变化，必须持续进行直到系统寿命终结。

3.4.1系统安全分析的内容和方法

系统安全分析是从安全角度对系统中的危险因素进行分析，主要分析导致系统故障或事故的各种因素及其相关关系，通常包括如下内容:

(l)对可能出现的初始的、诱发的及直接引起事故的各种危险因素及其相关关系进行调查和分析。

(2)对与系统有关的环境条件、设备、人员及其他有关因素进行调查和分析。 (3)对能够利用适当的设备、规程、工艺控制或根除某种危险因素的措施进行分析。

(4)对可能出现的危险因素的控制措施及实施这些措施的方法进行调查和分析。

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(5)对不能完全根除的危险因素可能导致的后果进行调查和分析。

(6)对危险因素一旦失去控制，为防止和减少损失的安全防护措施进行调查和分析。

目前，系统安全分析方法有许多种，可适用于不同的系统安全分析过程。按数理方法，可分为定性分析和定量分析;按逻辑方法，可分为归纳分析和演绎分析。从危险源辨识的角度，演绎分析是从事故或系统故障发出查找与该事故或系统故障有关的危险因素，与归纳分析相比较，可以把注意力集中在有限的范围内，提高工作效率;归纳分析是从故障或失误发出探讨可能导致的事故或系统故障，再来确定危险源，与演绎方法相比较，可以无遗漏的考察、辨识系统中的所有危险源。实际工作中可以把两类方法结合起来，以充分发挥各类方法的优点。

3.4.2危险源的分类

危险源是危险的根源，是系统中存在的可能发生意外释放能量的危险物质。危险源是安全控制的主要对象，危险源是可能导致人身伤害或疾病、财产损失、工作环境破坏或这些情况组合的危险因素和有害因素。一般危险源的构成要素有潜在危险性、存在条件和触发因素。

根据危险源在事故发生发展中的作用可以把危险源分为两大类。建筑安全系统中存在的、可能发生意外释放的能量的载体或危险物质称为第一类危险源。在建筑安全系统中属于第一类危险源的能量源主要有:电能、机械能、热能、位能、重力能、压力、拉力等，这些能量的意外失控会转化为破坏能量，造成人员伤害和财产损失。属于第一类危险源的危险物质主要有:爆炸性物品、有毒物品、腐蚀性物品、放射性物品等。造成约束、限制能量措施失效或破坏的各种不安全因素称为第二类危险。在建筑安全系统中，第一类危险源一般不可避免的存在，完全消除几乎不可能或付出的代价过大，主要是通过消除第二类危险源的途径减少或消除事故的发生。按照现代事故致因理论研究表明，第二类危险源包括人的不安全行为、物的不安全状态、不良工作条件(环境)三个方面。

第二类危险源出现得越频繁，发生事故的可能性越大。在事故发生、发展过程中，两类危险源相互依存、相互作用。第一类危险源决定了发生事故后果的严重程度，第二类危险源决定事故发生的可能性大小。

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3.4.3危险源的系统辨识方法

对于一个安全系统，要对其系统危险实施有效的控制，首先必须掌握大量的有关系统危险状况信息，否则控制管理将成为无源之水。系统危险辨识为全面发掘系统危险状况提供了技术手段，通过系统危险辨识，有针对性的运用系统危险分析方法，对系统中潜在危险的构成要素、危险特征、触发条件、缺陷危险状况等进行系统发掘，并进行综合分析，从而对系统危险状况有一个全面的认识。系统危险辨识是安全评价工作的基础，是对系统危险实施有效控制的前提。在具体开展危险辨识时，应根据分析对象的特点，有针对性地选择系统危险辨识方法，对深基坑支护工程比较适用的方法有以下几种:

(l)能量分析方法。从项目的不同层面来进行系统能量分析。包括宏观层面的系统整个施工项目自然环境因素分析，系统周边环境分析，寻找影响系统大环境的能量来源微观层面的系统使用全部资源分析，考察系统内资源的相互作用，分析可能造成伤害的能量流动。在施工组织设计的安全规划中，我们可以列出能量产生的项目，同时，时刻注意新的能量源产生的时间、地点和条件，不断评审对危险源的辨识。在深基坑支护工程中主要的能量源有土的势能及水的势能，它们在系统的内外转化，这两种能量是造成安全事故的主要原因，另外还包括周边环境中天然气等其他能量源也应注意。

(2)子系统安全性分析方法。深基坑支护是一个复杂的系统，影响因素非常多，需要对系统进行分解辨识每一个子系统内部的危险源，利用子系统安全分析的方法可以较为全面的看清楚每个危险源在整个系统中的地位、产生影响和需要采取的措施。

(3)作业安全分析方法。作为危险源分析最容易上手的一种分析方式，它也是一种应用十分广泛的安全分析方法。在深基坑支护工程施工作业安全分析阶段，对开挖、降水、排水等各道工序，包括操作步骤、施工工艺、操作人员、使用机械设备、材料等逐个进行分析，辨识每个工序单元所具有的危险源。 (4)交接面分析方法。在一个系统中，找出各个工序、任务之间的交接面、交叉部位的各种配合的不恰当和不相容之处，分析它们在各种操作下会产生哪些相互作用的危险性及可能造成的事故。该交接面可以是工作班组之间、也可以是人与机械之间，乃至人与人之间。深基坑在开挖和支护交替进行时，极容易发生

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事故，应特别注意它们的交界面分析。

3.5深基坑支护工程的危险源 3.5.1地下水

近年来，随着高层建筑和地下空间利用的发展，我国深基坑工程日益增多。目前，基坑工程通常处于建筑物和城市生命线工程的密集区，基坑开挖过程中如果水的问题处理不当，将会对周围环境产生重大影响，地下水成为影响基坑安全的最重要原因之一。

地下水对深基坑本身安全及周围环境都会产生重要影响，其主要表现为以下几个方面:

(l)基坑边坡失稳，坡脚明显向坑内滑移，有的向上隆起，影响工程桩和支护桩结构的稳定;

(2)坑侧壁渗水、冒砂，造成基坑周边地面沉降，影响周围环境、建筑物及基坑本身的安全。基坑周围地下水下降造成周围大面积的有规律沉降，对周围环境有较大程度的影响;

(3)坑底涌水冒砂，影响开挖正常进行。

深基坑降水是保证基坑顺利开挖的一项有力的技术措施，也是一种比较经济的方法。一般是采用人工降低地下水位，人工降低地下水位常用的方法为各种井点排水法，它是在基坑开挖前，沿开挖基坑的四周、或一侧、两侧，三侧埋设一定数量深于坑底的井点滤水管或管井，以总管连接或直接与抽水设备连接从中抽水，使地下水位降落到基坑底0.5一1.0m以下，以便在无水干燥的条件下开挖土方和进行基础施工。井点降水方法的种类有:单层轻型井点、多层轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点、深井井点、无砂混凝土管井点及小沉井井点等。可根据图的种类、透水层位置、厚度、上层的渗透系数;水的补给源、井点布置形式、要求降水深度以及临近建筑管线情况、工程特点、场地及设备条件、施工技术水平等情况，做出技术经济和节能比较后确定，选用一种或两种综合使用。一般来说，当土质情况良好，土的降水深度不大，可采用单层轻型井点;当降水深度超过6m，且土层垂直渗透系数较小时，宜采用二级轻型井点或多层轻型井

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点，或在坑中另布置井点，以分别降低上层、下层土的水位。当土的渗透系数小于0.lm/d时，可在一侧增加电极，改用电渗井点降水;如土质较差，降水深度较大，采用多层轻型井点设备增多，土方量增大，经济上不合算时，可采用喷射井点降水较为适宜;如果降水深度不大，土的渗透系数大、涌水量大，降水时间长，可选用管井井点;如果降水很深，涌水量大，土层复杂多变，降水时间很长，此时宜选用深井井点降水，最为有效而经济。当各种井点降水方法影响临近建筑物产生不均匀沉降和使用安全，应采用回灌井点或在基坑有建筑物一侧采用旋喷桩加固土壤合防渗，对侧壁合坑底进行加固处理。

3.5.2地面作用荷载

地面作用荷载也是导致基坑事故的一个重要原因，虽然按照设计施工，但施工过程中加入了新的地面荷载导致了事故的发生。基坑开挖施工时，挖土机往往停在支护结构附近，反铲运土堆土或在基坑浇注混凝土时，混凝土搅拌车与泵车离支护结构太近，或在边坡顶堆放材料过多，均会使支护结构承受较大的动静荷载，当超出设计安全储备时便发生变形。施工期间在基坑边缘附近搭设办公室、仓库、材料库、维修间甚至民工宿舍等工棚，对基坑支护结构产生很大的附加压力，使其发生较大变形，容易出现滑坡或倒塌。

当在坡顶安置塔机，堆放建筑材料、开通物料运输口时，应将实际荷载作用换算成当量的土重，即用假想的土重替代荷载。当量土的厚度为H二q/r(q为均布荷载，r为构成土坡土层的容重)。另外，当基坑周边有铁路、公路时也要考虑荷载的作用，铁路的局部荷载按20KN/mZ，重型公路10KN/mZ，轻型公路SKN/胡“。另外，应尽量减少基坑周边材料的堆放，在进行支护方案设计时，一定要考虑到基坑周边荷载。

3.5.3基坑土体的取样具有不完全性

对地基上层进行取样分析试验，取得较为准确的物理力学指标，才能为支护结构的设计提供可靠的依据。但在勘察时一般按照国家规范的要求进行钻探取样，为减少勘察的工作量和降低造价，钻孔数量非常有限，所取土样具有一定的随机性，特别是对于地质构造极其复杂、多变的场地，所取得的土样不可能全面

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反映地基土层的真实性，这可能导致后续支护结构的设计具有一定的偏差，不能完全满足实际支护需要。

3.5.4现场施工管理

现场管理混乱未按施工规程和程序施工是影响基坑支护工程安全的一个重要因素，例如:为了加快开挖进度而违反规定施工，边坡过陡，挖土高差过大或超挖，削弱了土体的抗剪强度，使边坡失稳而造成基坑滑坡;基坑底面暴露时间过长，基坑开挖后长期积水，又没有采取相应的加强稳固措施;支撑结构的安装施工为贪图方便而“先挖后撑”或未及时加撑，违反了“先撑后挖”的原则，造成支护结构的较大变形，导致局部塌方或整体失稳;开挖基坑时挖土机械不小心碰撞到支撑系统及支护桩(墙)，使其损坏而导致事故的发生;某些施工单位为了方便出土，随意修改设计或破坏支护结构、止水帷幕，在基坑边开口或接斜坡的车道，使已封闭的止水帷幕及支护结构遭到破坏。当遭遇暴雨时，大量地表水和地下水夹带泥砂通过豁口流入基坑，促使基坑壁出现位移和下滑的险期。

3.5.5项目管理因素

由于建设单位管理上的存在问题而导致的基坑工程事故，主要有以下方面: (l)无计划地进行建设工程项目投资，或资金筹集不足，致使工程施工断续进行甚至停工。

(2)未严格审查优选勘察、设计和施工单位的资质，未按规定进行招标投标，凭关系或不正当手段将工程任意发包，一些队伍的资质、技术水平低，素质差，难以承担基坑工程的施工，造成安全隐患。

(3)发包基坑工程的设计和施工，无限度地压价，要求不合理工期，施工单位也往往因工期紧而偷工减料，不按图纸施工或采取边施工边设计边修改的方法，容易给工程留下事故隐患。

(4)未按规定办理有关报建、审批和监督手续，致使质量安全监督失控。 (5)为节省投资，不办理必须的报建审批手续，在缺乏专家论证的前提下，随意修改支护结构体系设计，造成基坑事故。

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3.5.6勘察因素

基坑工程事故中因勘察方面原因造成的主要表现在两方面:一是未认真细致地对场地进行实地勘察，或随意套用附近工程以往的地质勘察资料;二是提供的数据不全面，使设计人员依据不足，只能凭经验估算或套用设计，造成判断失误，土压力计算结果严重失真，支护结构安全度不足，最终酿成事故。

3.6基坑工程监测

深基坑支护工程是一个系统工程，土层的多变性和离散性，支护结构设计计算还难以全面准确的反映工程进行中的实际情况，另外在施工过程中许多影响支护结构安全的因素都可能发生变化。因此，在基坑工程与支护结构使用期间，有目的的进行工程监测十分必要。通过对支护结构和周围环境的监测，利用其反馈的信息和数据进行信息化施工，能随时掌握土层和支护结构内力的变化情况，以及临近建筑(构)物、地下管线和道路的变化情况，将观测值与设计计算值进行对比和分析，随时采取必要的技术措施，防止发生重大工程事故，保证安全施工，并为检验、完善计算理论提供依据。

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4小结

本文以实际工程为研究背景，以建设银行武汉灾备中心基坑安全评价作为主要研究目标。通过对主要风险源辨识、基坑施工安全评判等问题的系统研究得出以下结论。

1、通过对深基坑工程不确定性状及现有基坑事故的总结，指出深基坑工程实施风险管理的必要性。在综合国内外研究的基础上，比较了常用风险评估方法各自的优缺点，指出模糊综合评判法是较适合评判基坑工程安全的方法。 2、对基坑本体、基坑周边建筑物、以及基坑周边管线等监测项目的警戒值判定标准进行了总结，并结合工程实例对其进行了进一步的探讨与界定。 (1)除了累计变形量外，变形速率也是判断基坑安全的重要标准。当变化速率突然增加时表明工程受力状态发生改变，如果持续发展，意味着工程风险不断积聚，就有可能发展成工程事故。

(2)墙体测斜速率是判定基坑安全与否的重要标准，目前规定的一级基坑警戒值 2mm/d，二级基坑3mln/d，大部分工程往往达不到。通过对现有资料的总结，警戒初值定在smm/d较为合理。

(3)基坑周边建筑物的安全不应单纯地根据其沉降大小进行判定，而应根据建筑物类别不同，通过计算房屋倾斜率来判断。

(4)对于一般承插接口、机械接口的铸铁管管道，《基坑工程手册》中给出了经验公式，即要求允许差异沉降毛≤L/1000(L为管节长度)。而对于法兰式接头铸铁管及钢管管道却没有这样的经验值，需要根据管材、管径、管道内压等进行计算。本文参考《基坑工程手册》，对上海市常用焊接钢管的允许曲率半径进行了计算整理，以便更好地指导工程实践。

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