基坑工程安全的故障树分析方法研究

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1、万方数据第25卷第4期2005年12月防灾减灾工程学报JournalofDisasterPreventionandMitigationEngineeringV01．25No．4Dec．2005基坑工程安全的故障树分析方法研究+龙小梅，陈龙珠(上海交通大学安全与防灾工程研究所，上海200030)摘要：总结了基坑事故的引发原因，介绍了一种有效的可靠性分析方法——故障树分析法。应用故障树分析法对基坑排桩支护结构体系扣放坡开挖体系进行研究，建立了排桩支护结构体系故障树和放坡开挖体系故障树．并通过定性分析，找出了它们的潜在破坏模式。通过对某放坡开挖工程实例的计算分析，说明了故障树分析

2、法在基坑工程安全评价中应用的可行性。关键词：基坑工程；安全评价；故障树法；排桩支护；放坡开挖体系中图分类号：TU714文献标识码：A文章编号：1672—2132(2005)04一0363一060引言基坑工程主要是为地下工程结构提供安全、足够的施工空间，一旦出现坍塌等重大事故，则不仅会对坑内主体工程造成直接损失，还会对周边建(构)筑物安全乃至社会安定产生严重的负面影响。然而，由于基坑工程是主体工程施工过程中的一种临时性措施，业主一般不愿意投入足够的资金使其建造得安全可靠，常常抱着侥幸心理来应付其设计和施工。其次，基坑工程面对着复杂的地基土和环境条件(涉及地基土及其变形特性、土

3、压力计算方法、地下水运动、坑边既有建筑物和地下管线容许变形等)，设计分析方法至今仅停留在半经验、半理论的技术水平上。再者，在实际工程中基坑支护结构施工、开挖、主体地下结构施工和现场监测一般由不同的单位承担，各方按图施工，致使开挖过程中的协调难以做好，监管重点和应急对策也常常难以把握到位，因此，基坑工程的风险性通常较大。为了避免基坑工程事故的发生，必须科学地进行基坑工程的设计、施工与监测。国内外现行的有关技术规范大多仅对基坑支护工程的设计、施工和监控提出了一些原则性的规定，对基坑及支护结构的稳定和变形给出了一些具体的计算方法，但并没有对基坑工程的主要危险因素提出系统性评价分析

4、方法。事实上，影响基坑工程安全性的因素很多，而且在不同的基坑工程中，这些因素的相对主次地位可能也明显不同。因此，在应用现行技术标准进行基坑工程设计和施工前，采用安全评价方法从整体角度识别出影响基坑工程安全性的主要因素是十分重要的。安全评价是一个利用安全系统工程原理与方法识别和评价系统或工程存在的风险的过程，其中包括危险因素识别及危险(害)程度评价两部分。本文拟利用被其它学科领域证明为有效的故障树分析方法(FaultTreeAnalysis，简称FTA)[1~41来对基坑工程进行安全评价，对多种基坑支护结构体系构造了用以查找安全隐患的故障树，以指导在设计、施工、监测中采取有力

5、的措施来提高基坑工程的安全性。1基坑工程事故现状及其原因1．1各种基坑支护型式事故现状目前，基坑工程的支护型式很多，较常用的有排桩支护(包括悬臂式、桩锚式和桩撑式)、放坡开挖、重力式水泥搅拌桩挡土墙、土钉支护、地下连续墙等嘲。根据文献[6]所列148例基坑工程事故的统计资料，图1给出了各种支护结构型式发生事故所占的频率。由此可见，在148例基坑工程事故中，排桩支护结构事故发生的频率高达O．575(其中悬臂式为O．439、桩锚式为0．068、桩撑式为0．068)，其次是深层水泥土搅拌桩(频率为o．115)，然后是土钉支护和·收稿日期：2005—01—18；修回日期：2005一

6、05—30基金项目：上海市建设技术发展基金预研项目(Y0400320)作者简介：龙小梅(1979．)，女，硕士研究生。主要从事土木工程安全评估与防灾减灾研究。Email：longxiaomei@sjtu．edu．cn万方数据364防灾减灾工程学报第25卷放坡(频率皆为O．101)。此外，地下连续墙支护的事故也有发生(频率为o．088)，但目前除大型地铁站和一些超高层建筑外，一般1～3层地下室工程较少采用地下连续墙。因此，本文对基坑工程安全评价的研究主要针对应用较多且事故率较高的排桩和放坡开挖这两种支护结构体系。O．4褂0．3骚辑怖0．20．1O4地续下墙连89放其坡他基坑支

7、护形式图1各种基坑支护结构型式事故发生频率Fig．1Theaccidentfrequenciesofvariousexcavationsupportingsystems1．2引发基坑工程事故的原因由于开挖深度的增加和土质、地下水及环境条件的变化与复杂化，基坑工程成为难度大、风险高且受多因素影响和制约的复杂系统。基坑支护结构破坏主要表现为：基坑土体隆起、管涌及流砂、支护结构整体失稳、支撑强度不足或压屈、墙体破坏、支护结构平面变形超过限度等。引起基坑工程事故的原因涉及勘察、设计、施工、项目管理、施工监理、现场监测等多个