基坑作业安全技术

1.基坑作业安全技术基础知识

(1)一般要求。

1)基坑开挖之前,要按照土质情况、基坑深度以及周边环境确定支护方案,其内容应包括放坡要求、支护结构设计、机械选择、开挖时间、开挖顺序、分层开挖深度、坡道位置、车辆进出道路、降水措施及监测要求等。

2)施工方案的制定必须针对施工工艺结合作业条件,对施工过程中可能造成的坍塌因素和作业条件的安全及防止周边建筑、道路等产生不均匀沉降,设计制定具体可行措施,并在施工中付诸实施。

3)高层建筑的箱形基础,实际上形成了建筑的地下室,随着上层建筑荷载的加大,常要求在地面以下设置三层或四层地下室,基坑的深度常超过5~6m,且面积较大,这给基础工程施工带来很大困难和危险,因而必须认真制定安全措施以防止发生事故。

①工程场地狭窄、邻近建筑物多、大面积基坑的开挖,常使这些旧建筑物发生裂缝或不均匀沉降;

②基坑的深度不同,主楼较深,裙房较浅,因而需仔细进行施工程序安排,有时先挖一部分浅坑,再加支撑或采用悬臂板桩;

③合理采用降水措施,以减少板桩上的土压力;

④当采用钢板桩时,要合理解决位移和弯曲;

⑤除降低地下水位外,基坑内还需设置明沟和集水并排除因暴雨突然而来的明水;

⑥大面积基坑应考虑配两路电源,当一路电源发生故障时,可以及时采取另一路电源,防止因停止降水而发生事故。

总之,由于基坑加深,土侧压力再加上地下水的出现,必须做专项支护设计以确保施工安全。

4)支护设计方案合理与否,不但直接影响施工的工期、造价,更主要的是,还直接决定施工过程安全与否,所以必须经上级审批。

(2)临边防护。当基坑施工深度达到2m时,对坑边作业已构成危险,按照高处作业和临边作业的规定,应搭设临边防护设施。

基坑周边搭抗的防护栏杆,其选材、搭设方式及牢固程度都应符合«建筑施工高处作业安全技术规范»(JGJ80—2016)的规定。

(3)基坑支护。基坑支护的作用主要有以下几个方面:保护相邻已有建筑物和地下设施的安全;利用支护结构进行地下水控制,施工降水可能导致相邻建筑物产生过大的沉降而影响其正常使用功能,此时需采用局部回灌工艺;节约施工空间,在施工现场不允许放坡时,使用支护结构可将开挖空间限制在主体结构基础平面周边不大的范围内;减小基础底部隆起,由于开挖卸荷,基坑和其周围的土体会发生回弹变形和隆起,严重时可造成基底坑隆起失效,合理地设计和施工支护结构,可使这种变形大大减小;利用永久性结构作为支护结构的一部分,如作为主体结构地下室的外墙等。

基坑支护结构侧壁安全等级及重要性系数可以分为:

1)安全等级一级。破坏后果为支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响很严重,此时重要性系数r0取1.1。

2)安全等级二级。破坏后果为支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响一般,此时重要性系数r0取1.0。

3)安全等级三级。破坏后果为支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响不严重,此时重要性系数r0取0.9。

不同深度的基坑和作业条件,所采取的支护方式也不同。

1)原状土放坡。一般基坑深度小于3m时,可采用一次性放坡。当深度达到4~5m时,也可采用分级放坡。明挖放坡必须保证边坡的稳定,对浅基坑的类别进行稳定计算以确定安全系数。原状土放坡适用于较浅的基坑,对于深基坑,可采用打桩、土钉墙或地下连续墙方法来确保边坡的稳定。

2)排桩(护坡桩)。当周边无条件放坡时,可设计成挡土墙结构。可以采用预制桩或灌注桩,预制桩有钢筋混凝土和钢桩,当采用间隔排桩时,将桩与桩之间的土体固化形成桩墙挡土结构。

土体的固化方法可采用高压施喷或深层搅拌法。固化后的土体整体性好,同时可以阻止地下水渗入基坑形成隔渗结构。桩墙结构实际上是利用桩的入土深度形成悬臂结构,当基础较深时,可采用坑外拉锚或坑内支撑来保持护桩的稳定。

3)坑外拉锚与坑内支撑。

①坑外拉锚。用锚具将锚杆固定在桩的悬臂部分,将锚杆的另一端伸向基坑边坡上层内锚固,以增加桩的稳定性。土锚杆由锚头、自由段和锚固段三部分组成,锚杆必须有足够长度,锚固段不能设置在土层的滑动面之内。锚杆应经设计并通过现场试验确定抗拔力。锚杆可以设计成一层或多层,采用坑外拉锚较采用坑内支撑法有较好的机械开挖环境。

②坑内支撑。为提高桩的稳定性,也可采用在坑内加设支撑的方法。坑内支撑可采用单层平面或多层支撑,支撑材料可采用型钢或钢筋混凝土,设计支撑的结构形式和节点做法,必须注意支撑安装及拆除顺序。尤其对多层支撑要加强管理,混凝土支撑必须在上道支撑强度达80％时才可挖下层。对钢支撑,严禁在负荷状态下焊接。

③地下连续墙。地下连续墙就是在深层地下浇筑一道钢筋混凝土墙,其既可挡土护壁又可起隔渗作用,也可以成为工程主体结构的一部分,还可以代替地下室墙外模板。地下连续墙简称为地连墙。地连墙施工是利用成槽机械,按照建筑平面挖出一条长槽,用膨润土泥浆护壁,在槽内放入钢筋笼,然后浇筑混凝土。施工时,可以分成若干段(5~8m一段),最后对各段进行接头连接,形成一道地下连续墙。

④逆做法施工。逆做法的施工工艺和一般正常施工相反,一般基础施工先挖至设计深度,然后自下向上施工到正负零标高,然后继续施工上部主体。逆做法是先施工地下一层(离地面最近的一层),在打完第一层楼板时,进行养护,在养护期间可以向上部施工主体,当第一层楼板达到强度时,可继续施工地下二层(同时向上方施工),此时的地下主体结构梁板体系就作为挡土结构的支撑体系,地下室的墙体又是基坑的护壁。这时梁板的施工只需在地面上挖出坑槽入模板钢筋,不设支撑,在梁的底部将伸出筋插入土中,作为柱子钢筋,梁板施工完毕后再挖土方施工柱子。第一层楼板以下部分由于楼板的封闭,只能采用人工挖土,可利用电梯间作垂直运输通道。逆做法不但节省工料,上下同时施工缩短工期,还因利用工程梁板结构作内支撑,从而避免装拆临时支撑所造成的土体变形。

(4)基坑开挖与支护监测。

1)监测规定。

①基坑开挖前,应作出系统的开挖监测方案,内容包括监测目的、监测项目、监测报警装置、监测方法及精度要求、监测点的布置、监测周期、工序管理和记录制度以及信息反馈系统等。系统的监测措施是安全的重要保证。

②监测点的布置应满足监测的要求,基坑边缘以外1~2倍开挖深度范围内需要保护的结构与设施均应作为监测对象。具体范围应根据土质条件、周围保护物的重要性等确定。

③位移观测基准点数量不应少于两点,且应设置在影响范围以外。

④监测项目在基坑开挖前应测得初始值,且不应少于两次。

⑤基坑监测项目的监测报警值,应根据监测对象的有关规范及支护机构设计要求确定。

⑥各项监测的时间间隔可根据施工进程确定。当变形超过有关标准或监测结果变化速率较大时,应加密观测次数,当有事故征兆时,应连续监测。

⑦基坑开挖监测过程中,应根据设计要求提交阶段性监测结果报告。工程结束时应提交完整的监测报告。

报告包含以下内容:工程概况、监测项目和各测点的平面和立面布置图、所采用仪器的种类和监测方法、监测数据处理方法和监测结果过程曲线、监测结果评价。

⑧应该采用可靠实用的监测仪器,在监测期间保护好监测点。

2)监测内容。

①支护结构顶部水平位移监测。作为最关键部位的监测,一般每隔5~8m设一监测点,在重要部位加密布点。

②支护结构倾斜监测。掌握支护结构在各个施工阶段的倾斜变化情况,及时提出支护结构深度、水平位移、时间的变化曲线及分析结果。

③支护结构沉降监测。可按常规方法用水平仪对支护结构的关键部位进行监测。

④支护结构应力监测。用钢筋应力计对桩身钢筋和桩顶圈梁钢筋中较大应力断面处的应力进行监测,以防发生结构性破坏。

⑤支撑结构受力监测。施工前进行锚杆抗拔试验,施工中用测力计监测锚杆的实际受力。对钢支撑,可用测压应力传感器或应变仪等监测受力变化。

⑥对邻近构筑物、道路、地下管网设施的沉降及变化的监测。

3)监测结果分析。基坑支护工程监测的意义在于通过监测获得准确数据后,进行定量分析与评价,并及时进行险情预报,提出建议和措施,进一步加固处理,直到问题解决。

①对支护结构顶部水平位移分析,包括位移速率和累计位移计算。

②对沉降和沉降速率进行计算分析,沉降要区分由支护结构水平位移引起的或由地下水位变化引起的。

③对各项监测结果进行综合分析并相互验证和比较,判断原有设计和施工方案的合理性。

④根据监测结果,全面分析基坑开挖对周围环境影响和支护的效果。

⑤检测原设计计算方法的适宜性,预测后续工程开挖中可能出现的新问题。

⑥经过分析评价、险情报警后,应及时提出处理措施,调整方案,排除险情,并跟踪监测加固处理后的效果。

⑦监测点必须牢固,标志醒目,并要求现场各施工单位给予配合,确保监测点在监测阶段不被破坏。

(5)坑边荷载。

1)坑边堆置土方和材料包括沿挖土方边缘移动运输工具和机械不应离槽边过近,堆置土方距坑槽上部边缘不小于1.2m,弃土堆置高度不超过1.5m。

2)大中型施工机具距坑、槽边距离,应根据设备重量、基坑支护情况、土质情况经计算确定。规范规定“基坑周边严禁超堆荷载”。土方开挖如有超载和不可避免的边坡堆载,包括挖土机平台位置等,应在施工方案中进行设计计算确认。

3)周边有条件时,可采用坑外降水,以减少墙体后面的水压力。

(6)基坑降水。基坑施工常遇地下水,尤其深基施工处理不好不但影响基坑施工,还会给周边建筑造成沉降不均的危险。对地下水的控制方法一般有排水、井点降水、隔渗,下面仅介绍前两者。

1)排水。当基坑开挖深度较小时,碎石土、砂土及黏性土地基,可在基坑内或基坑外设置排水沟水井,用抽水设备将地下水排出。

施工方法是,当基坑开挖接近地下水位时,沿基坑底部四周挖排水沟,并设置集水井。采用基坑内明沟排水时,基坑分层开挖。当挖土面接近排水沟底附近时,加深排水沟和集水井。要求集水井井底低于排水沟底0.5m左右,排水沟底要低于挖土面0.3~0.4m。

排水沟和集水井应设置在基础轮廓线以外,并留有适当的距离,防止地基土的结构遭到破坏。集水井的容量应保证停止抽水10~15min后井中的水不外溢。

当土中水的渗出量较大、施工现场较宽时,可在距坑边3~6m外挖大型排水沟,沟底要比基坑底面低0.5~1.0m。

2)井点降水。井点降水是在基坑外面或基坑里面通过井(孔)将地下水降低到所要求的水位。井点降水常用的四种方法是电渗法降水、轻型井点降水、喷射井点降水和深井井点降水。

①电渗法降水。电渗法降水是将井点管本身作为阴极,将井点管沿基坑外侧布置,将金属管(直径为50~75mm)或用直径约为20mm的钢筋作为阳极埋设在基坑内侧,与井点管并行交错排列,间距为0.8~1.0m。阳极露出地面0.2~0.4m,其入土深度大于井点管深度约0.5m。阴、阳极分别用直径约为10mm的电线接成电路,然后分别与直流发电机的相应电极连接。通电后,地下水流向井点管,再从井点管抽水,地下水位下降。

②轻型井点降水。井点管由滤管和井管两部分组成,可用水冲法或钻孔法埋设。若要求降水深度大于5.0m,可采用两级或多级降水。

井点的平面布置由基坑的平面形状、大小和所要求的降水深度及土的性质等因素确定。井点距坑边0.5~1.0m,当降水深度不大于5.0m且基坑宽度小于6.0m时,可采用单排井点,当基坑宽度大于6.0m时,宜采用双排井点或环形布置井点。当基坑宽度大于抽水半径的两倍时,可在中间加设一排井点。井点管间距根据土质和所要求的降水深度而定,或通过现场试验确定,一般为0.8~1.6m,最大为3.0m。

③喷射井点降水。喷射井点降水是在井点管内,利用高压泵或空气压缩机和排水泵等组成一个抽水系统,将地下水抽出。

当基坑宽度小于10m时,井点可单排布置。当基坑宽度大于10m时,井点可双排布置,当基坑面积较大时,宜环形布置。井点间距一般为2~3m,孔深比滤管底深0.5m,井点管设于地下后,灌入粗砂,在距顶面1.5m的范围内用黏土封口。

④深井井点降水。深井井点降水是在基坑内或外成井,每井设泵抽水,将地下水抽出。

井点抽水量、降深、井数、井距等最好由现场试验确定,计算降深应大于工程要求的降深0.5~1.0m,实际井点数应为计算量的1.1倍,并应有一定数量的观测孔,必要时还应进行地面应力、地面变形及孔隙压力的观测。

2.土石方开挖安全技术

(1)基坑开挖时,两人操作间距应大于3.0m,不得对头挖土;挖土面积较大时,每人工作面不应小于6m2。挖土应由上而下,分层分段按顺序进行,严禁先挖坡脚或逆坡挖土,或采用底部掏空塌土方法挖土。

(2)挖土方不得在危岩、孤石的下边或贴近未加固的危险建筑物的下面进行。

(3)基坑开挖应严格按要求放坡,操作时应随时注意土壁的变动情况,如发现有裂纹或部分坍塌现象,应及时进行支撑或放坡,并注意支撑的稳固和土壁的变化。当采取不放坡开挖时,应设置临时支护,各种支护应根据土质及基坑深度经计算确定。

(4)机械多台阶同时开挖,应验算边坡的稳定,挖土机离边坡应有一定的安全距离,以防塌方,造成翻机事故。

(5)在有支撑的基坑槽中使用机械挖土时,应防止破坏支撑。在坑槽边使用机械挖土时,应计算支撑强度,必要时应加强支撑。

(6)基坑槽和管沟回填土时,下方不得有人,对所使用的打夯机等要检查电气线路,以防止漏电、触电,停机时要关闭电闸。

(7)拆除护壁支撑时,应按照回填顺序,从下而上逐步拆除,更换支撑时,必须先安装新的,再拆除旧的。

(8)爆破施工前,应做好安全爆破的准备工作,画好安全距离,设置警戒哨。闪电鸣雷时,禁止装药、接线,施工操作时严格按安全操作规程办事。

(9)炮眼深度超过4m时,需用两个雷管起爆,如深度超过10m,则不得用火花起爆,若爆破时发现拒爆,必须先查清原因后再进行处理。

3.桩基础工程安全技术

(1)打(沉)桩。

1)打(沉)桩前,应对邻近施工范围内的原有建筑物、地下管线等进行检查,对有影响的工程,应采取有效的加固防护措施或隔振措施,施工时加强观测,以确保施工安全。

2)打桩机行走道路必须平整、坚实,必要时铺设道碴,经压路机碾压密实。

3)打(沉)桩前应先全面检查机械各个部件及润滑情况及钢丝绳是否完好,发现问题应及时解决;检查后要进行试运转,严禁带病工作。

4)打(沉)桩机架安设应铺垫平稳、牢固。吊桩就位时,桩必须达到100％强度,起吊点必须符合设计要求。

5)打桩时桩头垫料严禁用手拨正,不得在桩锤未打到桩顶就起锤或过早刹车,以免损坏桩机设备。

6)在夜间施工时,必须有足够的照明设施。

(2)灌注桩。

1)施工前,应认真查清邻近建筑物的情况,采取有效的防振措施。

2)灌注桩成孔机械操作时应保持垂直平稳,防止成孔时突然倾倒或冲(桩)锤突然下落,造成人员伤亡或设备损坏。

3)冲击锤(落锤)操作时,距锤6m范围内不得有人员行走或进行其他作业,非工作人员不得进入施工区域内。

4)灌注桩在已成孔尚未灌注混凝土前,应用盖板封严或设置护栏,以防掉土或人员坠入孔内,造成重大人身安全事故。

5)进行高空作业时,应系好安全带,灌注混凝土时,装、拆导管人员必须戴安全帽。

(3)人工挖孔桩。

1)井口应有专人操作垂直运输设备,井内照明、通风、通信设备应齐全。

2)要随时与井底人员联系,不得任意离开岗位。

3)挖孔施工人员下入桩孔内需戴安全帽,连续工作不宜超过4h。

4)挖出的弃土应及时运至堆土场堆放。

4.地基处理安全技术

(1)在灰土垫层、灰土桩等施工中,粉化石灰和石灰过筛时,必须戴口罩、风镜、手套、套袖等防护用品,并站在上风头;向坑槽、孔内夯填灰土前,应先检查电线绝缘是否良好,接地线、开关应符合要求,夯打时严禁夯击电线。

(2)夯实地基时,起重机应支垫平稳,遇软弱地基,需用长枕木或路基板支垫。提升夯锤前应卡牢回转刹车,以防夯锤起吊后吊机转动失稳,发生倾翻事故。

(3)夯实地基时,现场操作人员要戴安全帽;夯锤起吊后,吊臂和夯锤下15m内不得站人,非工作人员应远离夯击点30m以外,以防夯击时飞石伤人。

(4)在用深层搅拌机进行入土切削和提升搅拌时,一旦发生卡钻或停钻现象,应切断电源,将搅拌机强制提起之后,才能启动电动机。

(5)已成的孔尚未夯填填料之前,应加盖板,以免人员或物件掉入孔内。

(6)当使用交流电源时应特别注意各用电设施的接地防护装置;施工现场附近有高压线通过时,必须根据机具的高度、线路的电压,详细测定其安全距离,防止高压放电而发生触电事故;夜班作业时,应有足够的照明以及备用安全电源。

5.地下建筑防水安全技术

(1)防水混凝土施工。现场施工负责人和施工员必须十分重视安全生产,牢固树立安全促进生产、生产必须安全的思想,切实做好预防工作。所有施工人员必须经安全培训,考核合格后方可上岗。

1)施工员在下达施工计划的同时,应下达具体的安全措施,每天出工前,施工员要针对当天的施工情况,布置施工安全工作,并讲明安全注意事项。

2)落实安全施工责任制度、安全施工教育制度、安全施工交底制度、施工机具设备安全管理制度等,并落实到岗位,责任到人。

3)防水混凝土施工期间应以漏电保护、防机械事故和保护为安全工作重点,切实做好防护措施。

4)遵章守纪,杜绝违章指挥和违章作业,现场设立安全措施及有针对性的安全宣传牌、标语和安全警示标志。

5)进入施工现场必须佩戴安全帽,作业人员衣着灵活紧身,禁止穿硬底鞋、高跟鞋作业,高空作业人员应系好安全带,禁止酒后操作、吸烟和打架斗殴。

(2)水泥砂浆防水层施工。

1)现场施工负责人和施工员必须十分重视安全生产,牢固树立安全促进生产、生产必须安全的思想,切实做好预防工作。

2)施工员在下达施工计划的同时,应下达具体的安全措施,每天出工前,施工员要针对当天的施工情况,布置施工安全工作,并讲明安全注意事项。

3)落实安全施工责任制度,安全施工教育制度、安全施工交底制度、施工机具设备安全管理制度等。

4)特殊工种必须持证上岗。

5)遵章守纪,杜绝违章指挥和违章作业,现场设立安全措施及有针对性的安全宣传牌、标语和安全警示标志。

6)进入施工现场必须佩戴安全帽,作业人员衣着灵活紧身,禁止穿硬底鞋、高跟鞋作业,高空作业人员应系好安全带,禁止酒后操作、吸烟和打架斗殴。

(3)卷材防水工程施工。

1)由于卷材中某些组成材料和胶粘剂具有一定的毒性和易燃性,因此,在材料保管、运输、施工过程中,要注意防火和预防职业中毒、烫伤事故发生。

2)在施工过程中做好基坑和地下结构的临边防护,防止出现坠落事故。

3)高温天气施工,要有防暑降温措施。

4)施工中的废弃物要及时清理,外运至指定地点,避免污染环境。

(4)涂料防水工程施工。

1)配料在施工现场应有安全及防火措施,所有施工人员都必须严格遵守操作要求。

2)着重强调临边安全,防止抛物和滑坡。

3)在高温天气施工需做好防暑降温措施。

4)涂料在储存、使用的全过程中应注意防火。

5)在清扫及砂浆拌和过程中要避免灰尘飞扬。

6)施工中生成的建筑垃圾要及时清理、清运。

(5)金属板防水层工程施工。

1)施工人员作业时,必须戴安全帽、系安全带并配备工具袋。

2)现场焊接时,在焊接下方应设防火斗。

3)在高温天气施工需做好防暑降温措施。

4)施工中产生的建筑垃圾应及时清理干净。