近幾年由于城市建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大,基礎(chǔ)設(shè)施及房屋建筑項目不斷增多,與之相對應(yīng)的施工安全事故發(fā)生率也呈上升趨勢,尤其是深基礎(chǔ)土方施工存在的問題更為嚴(yán)重;僅2002年上半年,某市某縣就發(fā)生了3起塌方死亡事故,給國家財產(chǎn)和人民生命安全造成巨大的損失,通過對以上事故的調(diào)查,我們發(fā)現(xiàn)其原因有以下幾個方面:
一、各工程參建主體施工安全意識淡薄,施工安全管理人員不到位,無施工安全管理制度和責(zé)任追究制度。
二、施工操作人員無深基礎(chǔ)土方施工經(jīng)驗,無自我防護(hù)意識,大部分是臨時雇來的農(nóng)民工。
三、施工單位未派出專職安全員,未制定基礎(chǔ)開挖方案,基礎(chǔ)邊坡防護(hù)措施不當(dāng),重要部位的支撐未經(jīng)設(shè)計驗算。
四、舍不得投入,用于安全防護(hù)的材料,未按設(shè)計要求及規(guī)格和型號購置。
五、安全監(jiān)督管理機(jī)構(gòu)監(jiān)督不及時、不到位,執(zhí)法不嚴(yán)。
六、對深基礎(chǔ)土方施工可能發(fā)生安全事故產(chǎn)生的機(jī)理分析不清,采取的措施無針對性。
為此,深基礎(chǔ)土方施工時,必須切實(shí)加強(qiáng)施工安全的監(jiān)督管理工作;選擇施工隊伍時必須嚴(yán)把資質(zhì)審查關(guān);開工前,必須制定科學(xué)、嚴(yán)密的施工組織方案;施工過程中,必須嚴(yán)把材料關(guān)、工序關(guān)。這里,著重談?wù)動绊懮罨A(chǔ)土方施工安全的幾點(diǎn)原因的機(jī)理和防治措施。
其實(shí),影響深基礎(chǔ)施工安全不外乎是因為滑坡、邊坡塌方、硫砂三種原因,只要認(rèn)清了這三種情況產(chǎn)生的機(jī)理,并采取針對性的措施,就能確保施工安全。
一、滑坡的產(chǎn)生和防治
1.滑坡的產(chǎn)生
(1)水的作用:多數(shù)滑坡的發(fā)生都與水的參與有關(guān),水的作用能增大土體重度,降低土的抗剪強(qiáng)度和內(nèi)聚力,產(chǎn)生靜水和動水壓力。因此,滑坡多發(fā)生在雨季。
?。?)震動的影響:如工程中采用大爆破而觸發(fā)滑坡。
?。?)土體(或巖體)本身層理發(fā)達(dá),破碎嚴(yán)重,或內(nèi)部夾有軟泥或軟弱層受水浸或震動而滑坡。
(4)土層下巖層或夾層傾斜度較大,上表面堆土或堆材料過多,增加了土體重量,致使土體與夾層間、土體與巖石之間的抗剪強(qiáng)度降低而引起滑坡。
(5)不合理的開挖或加荷,引起土體內(nèi)部存在著有利于滑坡發(fā)生的條件,在開挖坡腳或在山坡上加荷過大時,破壞原有的平衡而產(chǎn)生滑坡。
?。?)如路堤、土壩筑于尚未穩(wěn)定的古滑坡體上,或者易滑動的土層上,使其重心改變觸發(fā)產(chǎn)生滑坡。
2.滑坡的防治
?。?)排水:
?、賹⒒路秶酝獾牡乇硭O(shè)置成道環(huán)形截水溝,使水流入滑坡區(qū)域以內(nèi)。
?、跒檠杆倥懦鲈诨路秶詢?nèi)的地表水和減少下滲,應(yīng)修設(shè)排水系統(tǒng)縮短地表水流經(jīng)的距離,主溝應(yīng)與滑坡方向一致,并鋪砌防滲層,支溝一般與滑坡方向成30°~45°斜交。
?、弁咨铺幚砩a(chǎn)、生活、施工用水,嚴(yán)防水的浸入。
?、軐τ诨麦w內(nèi)的地下水,則應(yīng)采取疏干和引出的原則,可在滑坡體內(nèi)修筑地下滲溝,溝底應(yīng)在滑動面以下,主溝應(yīng)與滑坡方向一致。
?。?)使邊坡有足夠的坡度,并應(yīng)盡量將土坡削成較平緩的坡度或做成臺階形,使中間具有數(shù)個平臺以增加穩(wěn)定。土質(zhì)不同時,可按不同土質(zhì)削成不同坡度,一般可使坡度角小于土的內(nèi)磨擦角。
?。?)對于施工地段或危及建筑物安全的地段設(shè)置抗滑結(jié)構(gòu),如抗滑擋墻、抗滑柱、錨桿擋墻等。這些結(jié)構(gòu)物的基礎(chǔ)底必須設(shè)置在滑動面以下的穩(wěn)定土層或基巖中。
(4)將不穩(wěn)定的陡坡部分削去,以減輕滑坡體重量、減少滑坡體的下滑力,從而達(dá)到滑體的靜力平衡。
(5)嚴(yán)禁隨意切割滑坡體的坡腳,同時也切忌在坡體被動區(qū)挖土。
二、邊坡的塌方和防治
1.邊坡塌方的發(fā)生
(1)由于邊坡太陡,土體本身的穩(wěn)定性的不夠而發(fā)生塌方。
?。?)氣候干燥,基坑暴露時間長,使土質(zhì)松軟或粘土中的夾層因浸水而產(chǎn)生潤滑作用,以及飽和的細(xì)砂、粉砂因受振動而液化等原因引起土體內(nèi)抗剪強(qiáng)度降低而發(fā)生塌方。
?。?)邊坡頂面附近有動荷載,或下雨使土體的含水量增加,導(dǎo)致土體的自重增加和水在土滲流產(chǎn)生一定的動力壓水,以及土體裂縫中的水產(chǎn)生靜水壓力等原因,引起土體剪應(yīng)力的增加而產(chǎn)生塌方。
2.邊坡塌方的防治
?。?)對開挖深度大、施工時間長、坑邊要停放機(jī)械等應(yīng)按規(guī)定的允許坡度適當(dāng)?shù)姆牌骄徯?,?dāng)基坑(槽)附近有主要建筑時,基坑邊坡的最大坡度為1:1~1:1.5。
?。?)開挖基抗(槽)時,若因場地限制不能放坡或放坡后所增加的土方量太大,為防止邊坡塌方,可采用設(shè)置擋土支撐的方法。
?。?)防止地表水流入坑槽和滲流入土坡體。
?。?)嚴(yán)格控制坡頂護(hù)道內(nèi)的靜荷載或較大的動荷載。
三、流砂的產(chǎn)生和防治
1. 流砂的產(chǎn)生
流砂的發(fā)生與動水壓力有關(guān),動水壓力系指地下水在滲流時受到土顆粒的阻力,同時水對土相應(yīng)地產(chǎn)生一種反作用力,這一反作用力就稱為動水壓力。現(xiàn)取一柱壯土體A1A2為脫離體,見圖1,其橫斷面為F,由平衡條件:
圖1 動水壓力隔離體簡圖
γωh1F+nγωLFcosα+(1-n) γω
LFcosα-LFT-γωh2F
式中:γωh1F——A1處的總水壓力,其方向與
水流方向一致;
γωh2F——A2處的總水壓力,基方向與水流方向相反;
nγωLFcosα水柱重量在水充方向的分力(n為土的孔隙率)。
(1-n)nγωLFcosα——土骨架(顆粒)重力在水流方向的分力;
LFT——土骨架(顆粒)對水流的阻力(T為單位阻力)。
現(xiàn)將上述平衡式整理得:γωh1-γωh2+γωLFcosα-LT=0
因為cosα=(Z1- Z2)/L,代入上式得:
γωh1-γωh2+γω Z1-γω Z2-LT=0或γω(h1-h(huán)2+Z1-Z2)-LT=0
又因h1+Z1=H1,h2+Z2=H2,代入則得:
γω(H1- H2)-LT=0
則T=γω〔(H1- H2)/L〕,又因I=〔(H1- H2)/L〕所以T=γωI
設(shè)火在土中滲流時,對單位土體的壓力為GD,作用力等于反作用力,但方向相反,可知
GD=-T=-γωI
GD即為動水壓力,它與水力坡度(I)成正比水位差H1- H2愈大,GD愈大;滲透路線愈長,GD愈小。其作用的方向與水流方向相同。當(dāng)水流在水位差作用下,不但使土顆粒受到水浮力,而且還使土顆粒受到向上的壓力,當(dāng)動水壓力等于或大小土的浸水重度(或浮重度)γω`則土顆粒失去自重,處于懸浮狀態(tài),此時土的抗剪強(qiáng)度等于零,土顆粒就隨著滲流的水一起流動,這種現(xiàn)象就稱“流砂”。
2. 流砂的防治
主要是消除、減小或平衡動水壓力,其具體措施有:
①利用枯水季節(jié)施工,以便減小坑內(nèi)外水位差。
②用鋼板樁打入坑底一定深度,增加地下水從坑外流入坑內(nèi)的距離,從而減少水力坡
度,達(dá)到減小動水壓力,防止流砂發(fā)生。
③采用不排水的水下挖土,使坑內(nèi)外水壓相平衡,使其無發(fā)生流砂的條件,一般深井
挖土均采用此法。
?、芙ㄔ斓叵逻B續(xù)墻以供承重、護(hù)壁,并達(dá)到截水防止流砂的發(fā)生。
?、莶捎幂p型井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)、管井井點(diǎn)和深井泵點(diǎn)等進(jìn)行人工降低地下水的方法進(jìn)行土方施工,使動水壓力方向向下,增大土粒間的動力,從而有效地制止流砂現(xiàn)象發(fā)生。