基坑工程安全評價的

故障樹分析法

報告內(nèi)容對地下工程安全問題的幾點思考基坑工程安全評估的研究背景安全評價和故障樹方法介紹基坑支護故障樹模型的建造FTA安全評價工程實例結(jié)論與建議一、對工程安全問題的幾點思考危險環(huán)節(jié)：規(guī)劃、勘查、設(shè)計、施工、使用、拆除。分析步驟：對未深刻認識的問題，建模和求解可能失效。作用（荷載）系統(tǒng)（結(jié)構(gòu)）響應(yīng)（事故）分析難點：當作用與響應(yīng)之間出現(xiàn)相互依賴時更難。建模實際系統(tǒng)求解修正解答檢驗參數(shù)分析深刻認識系統(tǒng)應(yīng)用二、研究背景基坑工程是臨時性措施，有關(guān)單位追求低造價，導(dǎo)致其安全儲備較小?；庸こ堂鎸χ鴱?fù)雜的地基和環(huán)境條件，其設(shè)計分析方法并不完善，至今還停留在半經(jīng)驗、半理論的技術(shù)水平上。基坑支護系統(tǒng)施工、開挖、主體地下結(jié)構(gòu)施工、現(xiàn)場監(jiān)測一般由不同的單位承擔(dān)，各方按圖施工及基坑開挖過程中的工作協(xié)調(diào)往往不易做好，監(jiān)管重點和應(yīng)急對策常常難以把握到位?；庸こ淌鹿剩U情）時有發(fā)生。上世紀90年代的發(fā)生率約為20％左右，有的城市達30％?；庸こ淌鹿什坏{生命安全，給工程自身帶來較大的經(jīng)濟損失，而且還會對周圍的管線、道路、房屋等的正常使用產(chǎn)生負面影響，甚至有可能引發(fā)社會穩(wěn)定問題。

基坑工程事故類型

支護體系破壞形式失事基坑工程的支護結(jié)構(gòu)類型統(tǒng)計基坑事故原因統(tǒng)計失事基坑深度統(tǒng)計基坑事故環(huán)節(jié)分類課題的提出基坑工程事故故一旦發(fā)生，，不但威脅施施工人員的生生命安全，給給工程自身帶帶來較大的經(jīng)經(jīng)濟損失，而而且還會對周周圍的管線、、道路、房屋屋等的正常使使用產(chǎn)生負面面影響，甚至至有可能導(dǎo)致致嚴重的社會會問題。需要一套有效效的評價體系系，對基坑支支護工程的安安全性作出分分析，預(yù)防性性指導(dǎo)基坑工工程的設(shè)計、、施工和監(jiān)測測，以減少基基坑工程事故故的發(fā)生。本文針對采用用較多且事故故率較高的四四種圍護結(jié)構(gòu)構(gòu)：排樁支護、深深層水泥土攪攪拌樁擋墻、、土釘支護和和放坡開挖，對基坑工程程的安全評價價進行研究。。三、安全評價價和故障樹方方法介紹安全評價是應(yīng)用安全工工程原理和技技術(shù)方法，對對系統(tǒng)中存在在的危險因素素進行識別與與分析，判斷斷系統(tǒng)發(fā)生事事故的可能性性及其嚴重程程度，并根據(jù)據(jù)可能導(dǎo)致的的事故風(fēng)險的的大小，提出出相應(yīng)的安全全對策建議，，從而為系統(tǒng)統(tǒng)制定防范措措施和管理決決策提供科學(xué)學(xué)依據(jù)。判別指標危險性識別危險度評價安全評價危險源辨識（辨識）1.危險、危害因素2.危險性變化計算風(fēng)險率（確認）1.事故發(fā)生概率2.后果嚴重度（設(shè)定）風(fēng)險判別準則危險性控制（確認）采取措施1.消除危險2.減低危險常用安全評價價方法一覽表表常用安全評價價方法一覽表表（續(xù)）故障樹分析方方法（FaultTreeAnalysis,FTA））FTA是一種評價復(fù)復(fù)雜系統(tǒng)可靠靠性與安全性性的重要方法法，它從要分分析的特定故故障（頂事件）開始，通過過向下層層分分析其發(fā)生的的原因，畫出出邏輯因果關(guān)關(guān)系圖（故障樹），直到找出出引發(fā)事故的的基本原因（（底事件）為止，從而而確定系統(tǒng)故故障原因的各各種組合方式式（最小割集）。最小割集可根根據(jù)布爾代數(shù)數(shù)規(guī)則求解。。故障樹的一般般形式FTA定量計計算公式系統(tǒng)故障率：：底事件的關(guān)鍵鍵重要度：FTA安全評評價的步驟四、基坑支護護故障樹模型型的建造建樹依據(jù)排樁支護結(jié)構(gòu)構(gòu)體系故障樹樹土釘支護結(jié)構(gòu)構(gòu)體系故障樹樹水泥土墻支護護結(jié)構(gòu)體系故故障樹放坡開挖結(jié)構(gòu)構(gòu)體系故障樹樹建樹依據(jù)基坑工程相關(guān)關(guān)知識基坑工程事故故案例資料FTA有關(guān)理論行業(yè)標準《建筑基坑支護護技術(shù)規(guī)程》（JGJ120－99）1.排樁支支護結(jié)構(gòu)體系系故障樹排樁支護體系系由支護樁、支撐撐或拉錨、降降水或防水排排水系統(tǒng)三部分組成。。本文將本支護護結(jié)構(gòu)體系事事故的風(fēng)險特征歸結(jié)為：a.支護樁樁的破壞；b.支撐系系統(tǒng)的破壞；；c.水作用用引起的破壞壞。支護樁破壞FT模塊支撐體系破壞壞FT模塊基坑涌水涌砂砂破壞FT模模塊若坑底有承壓壓水存在，則則當基坑開挖挖使原有土壓壓力減小到一一定程度時，，承壓水能頂頂裂或沖毀基基坑底土，造造成突涌破壞；基坑內(nèi)內(nèi)外地下水位位差過大會使使基坑土發(fā)生生管涌或流砂（（土），導(dǎo)致土體破破壞和基坑坍坍塌，其危害害性大。排樁支護結(jié)構(gòu)構(gòu)體系故障樹樹中符號意義義符號意義符號意義X1Hrw>hrsX16抗彎剛度設(shè)計負偏差X2r'<kjX17樁身材質(zhì)負偏差X3樁頂圈梁缺陷X18支撐強度設(shè)計負偏差X4樁的間距過大X19支撐連接強度不足X5樁嵌固深度不足X20支撐間距過大X6超挖X21支撐材質(zhì)負偏差X7支柱材質(zhì)負偏差X22錨頭連接不牢X8支柱強度設(shè)計不足X23錨桿布置不合理X9承壓水壓力水頭較大X24土體特性參數(shù)偏差X10封底有缺陷X25土壓力計算模型偏差X11靜壓力水頭較大X26超額堆載或附加動載作用X12存在砂性土層X27錨桿強度設(shè)計負偏差X13封底或止水有缺陷X28錨桿材質(zhì)負偏差X14開挖前管道已破裂X29防水排水設(shè)施不當X15開挖后土體變形引起管道開裂X30降雨或地下管道水排樁支護FT的定性分析析T=A1+A2+A3=(B1+B2)+(B3+B4)+(B5+B6+B7)=(C1+C2+X3+X4+C3+X5+X6)+C4+C5+C6+X7+X8+(X1X9X10+X2X11X12X13+X14＋X15)=X16+X17+(D1+D2)+(X3+X4+X18+X19+X20+X5+X6)+(X18+X21+X22+X23+D3+X24+X25+X29X30)+X7+X8+X1X9X10+X2X11X12X13+X14＋X15=X16+X17+X24+X25+X26+X29X30+X3+X4+X18+X19+X20+X5+X6+X18+X21+X22+X23+X27+X28+X24+X25+X29X30+X7+X8+X1X9X10+X2X11X12X13+X14＋X15=X16+X17+X24+X25+X26+X29X30+X3+X4+X18+X19+X20+X5+X6+X21+X22+X23+X27+X28+X7+X8+X1X9X10+X2X11X12X13+X14＋X15排樁支護FT的的定性分析該故障樹的最小小割集共有24個，{X16}，{X17}，{X24}，{X25}，{X26}，{X29，X30}，{X3}，{X4}，{X18}，{X19}，{X20}，{X5}，{X6}，{X21}，{X22}，{X23}，{X27}，{X28}，{X7}，{X8}，{X1，X9，X10}，{X2，X11，X12，X13}，{X14}，{X15}。每個最小割集代代表一種導(dǎo)致事事故發(fā)生的模式式（即失效路徑），所以該排樁樁支護結(jié)構(gòu)體系系有24種潛在的破壞模模式。例如，最最小割集{X29，X30}表示當“防水排排水設(shè)施不當””、“降雨或地地下管道漏水””這兩個條件同同時發(fā)生時，會會引起基坑排樁樁支護結(jié)構(gòu)體系系事故。2.土釘支護結(jié)結(jié)構(gòu)體系故障樹樹土釘支護風(fēng)險特特征：（1）土與土釘釘之間相互作用用破壞：主要表表現(xiàn)為土釘?shù)陌伟纬銎茐?，這是是由于穩(wěn)定區(qū)的的土與土釘之間間的摩擦力小于于主動區(qū)的推力力。（2）混凝土面面層被破壞（3）水作用引引起的破壞：土土體內(nèi)大量的水水會對面層產(chǎn)生生很大的壓力，，并降低土體強強度和釘-土界界面的粘結(jié)力。。土釘支護結(jié)構(gòu)體體系FT的定性性分析土釘支護結(jié)構(gòu)體體系故障樹的最最小割集共有16個：{X4}，{X14}，{X15}，{X5}，{X16}，{X17}，{X18}，{X19，X20}，{X6}，{X21}，{X22}，{X1}，{X2，X7，X8}，{X3，X9，X10，X11}，{X12}，{X13}；代表16種潛在破壞模式式。3.水泥土墻支支護結(jié)構(gòu)體系故故障樹水泥土墻支護結(jié)結(jié)構(gòu)，是利用水水泥作為固化劑劑，通過深層攪攪拌機械，在地地基土中就地將將原狀土和水泥泥強制拌和，經(jīng)經(jīng)過土和水泥產(chǎn)產(chǎn)生一系列物理理化學(xué)反應(yīng)，形形成具有一定強強度、整體性和和水穩(wěn)定性的加加固土樁體。它它兼具擋土和止止水功能。風(fēng)險特征：（1）對施工工藝要要求較高，成樁樁質(zhì)量控制一般般難度較大，容易出現(xiàn)某某些質(zhì)量問題；；（2）保證水泥土的的強度也是關(guān)鍵鍵,水泥土的強度與與土的性質(zhì)、水泥摻入入比、水灰比、、齡期、水泥、、外摻劑等因素有關(guān)。。水泥土墻支護結(jié)結(jié)構(gòu)體系FT的的定性分析該FT共有16個最小割集，分分別為{X12}，{X17}，{X18}，{X19}，{X20}，{X13}，{X14}，{X21，X22}，{X15}，{X3}，{X16}，{X4}，{X1，X5，X6}，{X2，X7，X8，X9}，{X10}，{X11}，代表16種潛在的破壞模模式。4.放坡開挖結(jié)構(gòu)體系故障障樹放坡開挖體系FT的定性分析析T=A1+A2=(B1+X1+B2+X2+B3)+(B4+B5+B6)=(X5+X6)+X1+(X7+C1)+X2+(X8+X9)+X3X10X11+X4X12X13X14+X15+X16=X5+X6+X1+X7+(D1+X17+D2)+X2+X8+X9+X3X10X11+X4X12X13X14+X15+X16=X5+X6+X1+X7+X8+X9+X17+X18X19+X2+X3X10X11+X4X12X13X14+X15+X16該故障樹有13個最小割集，代代表13種潛在的破壞模模式：{X5}，{X6}，{X1}，{X7}，{X8}，{X9}，{X17}，{X18，X19}，{X2}，{X3，X10，X11}，{X4，X12，X13，X14}，{X15}，{X16}?？刂七@些危險源源組合是防止放放坡開挖體系事事故發(fā)生的關(guān)鍵鍵。五、FTA安全全評價工程實例例本文選取了三個個工程事故案例例進行應(yīng)用分析析，以初步檢驗驗所建基坑工程程安全分析故障障樹的合理性和和實用性。作為試探性工作作，本文模擬專家對故障樹的底事事件概率進行打打分。概率值與事件發(fā)發(fā)生的可能性間間的對應(yīng)關(guān)系：：0.01-不可可能,0.1-可能性性較小,0.3-可能但但不經(jīng)常,0.5-可能且且一般較為嚴重重,0.7-相當可可能且嚴重,0.9-完全可可能且非常嚴重重。1.土釘支護護工程實例的FTA安全評價價土釘支護基坑深深11.5m，坑邊長250m。東邊空地，南傍傍環(huán)市東路，西西臨華信大廈，，北面16m處有2棟多層民房?；又ёo體系分分兩類：A－A段按1:0.9放坡，土釘較短短；B－B段自邊壁中部以以下放坡1:0.2，土釘較密，長長度較大。工程概況工程概況（續(xù)））根據(jù)勘察報告，，淺層地基土質(zhì)質(zhì)自上而下為：：（1）人工堆積層：：距地表1.5～3.6m深，是人工近期期回填土，由粉質(zhì)粘土、碎碎磚石及生活垃垃圾組成。（2）沖積層：以粉粉質(zhì)粘土、砂層層為主，層厚2.5～5.8m，其中砂層以石英砂為為主，松散-稍密，呈飽和狀狀，粉質(zhì)粘土為可塑狀狀。（3）殘積層：成分分為粉質(zhì)粘土，，可塑-堅硬，主要由泥質(zhì)質(zhì)粉砂巖風(fēng)化殘積而成，，層厚2.0～7.5m。工程概況（續(xù)）B－B類支護剖面面的整體穩(wěn)定性系系數(shù)為KS＝1.6。工程于于6月開始動工，，挖土方案要求先先東后西，出土口口留在西南角；在在B－B類支護段段每次挖深1.3m，每次挖土長長度為10m左右右。由于地下水位位較低，該工程只只在坡面預(yù)留了排排水孔。該工程設(shè)設(shè)計、施施工之前前，對基基坑四周周地下管管線分布布情況并并不清楚楚，并未未查明該該區(qū)段地地下水管管的根數(shù)數(shù)、埋深深、走向向、水量量、水壓壓等情況況。B－B類類支護剖剖面圖土釘支護護體系FT底事事件概率率模擬打打分符號意義概率符號意義概率X1鋼筋混凝土面層破壞0.01X12開挖前管道已破裂0.01X2Hrw>hrs0.01X13開挖后土體變形引起管道開裂0.5X3r'<kj0.3X14土釘與面層連接強度不足0.01X4土釘強度設(shè)計負偏差0.01X15灌漿壓力或灌漿長度不夠0.01X5水滲漏致使錨固力不足0.3X16土釘材質(zhì)負偏差0.01X6超挖0.3X17土釘長度負偏差0.01X7承壓水壓力水頭較大0.01X18土釘設(shè)置間距過大0.01X8封底有缺陷0.01X19防水排水設(shè)施不當0.2X9靜壓力水頭較大0.01X20降雨或地下管道漏水0.6X10存在砂性土層0.3X21地面附加靜荷載設(shè)計值負偏差0.01X11封底或止水有缺陷0.1X22超額堆載或附加動載作用0.5由底事件件概率，，求得該該體系的的事故概概率Fs=0.9015。

各底底事件的的關(guān)鍵重重要度：：符號關(guān)鍵重要度Ig(i)Ig(i)排序符號關(guān)鍵重要度Ig(i)Ig(i)排序X11.103e-0034X121.103e-0034X21.092e-0076X131.092e-0011X39.831e-0065X141.103e-0034X41.103e-0034X151.103e-0034X54.681e-0022X161.103e-0034X64.681e-0022X171.103e-0034X71.092e-0076X181.103e-0034X81.092e-0076X191.489e-0023X99.831e-0065X201.489e-0023X109.831e-0065X211.103e-0034X119.831e-0065X221.092e-0011關(guān)鍵重要要度較大大的底事事件是引起該該基坑支支護工程程事故的的主要原原因，施施工或監(jiān)監(jiān)理單位位應(yīng)針對對這些危險源，及時采采取措施施予以消消除。由FTA結(jié)果采采取的土土釘支護護工程安安全對策策針對X13（開挖后土土體變形形引起管管道開裂裂），為為了避免免土體變變形過大大，應(yīng)補補加錨桿桿；針對X22（超額堆載載或附加加動載作作用），，應(yīng)嚴格格控制坡坡頂堆載載量和在在基坑旁旁邊的車車輛通行行情況；；針對X6（超挖），，應(yīng)避免免超挖的的發(fā)生或或當一旦旦超挖時時應(yīng)及時時進行土土方回填填等；針對X5（水滲漏致致使錨固固力不足足）和X20（降雨或地地下管道道漏水）），應(yīng)及及時查明明基坑四四周地下下管線分分布情況況，并加加強開挖挖過程中中對基坑坑變形的的監(jiān)測；；針對X19（防水排水水設(shè)施不不當），，應(yīng)在坡坡面加設(shè)設(shè)排水孔孔。工程事故故情況實際上，10月6日該基坑坑南側(cè)長長約40m、寬17m的路面發(fā)發(fā)生了災(zāi)災(zāi)難性沉沉陷，最最大沉陷陷深度3m，致使環(huán)市市東路單單邊封閉閉了40多小時，，附近道道路交通通嚴重阻阻塞，造造成了較較大的社社會影響響。事后后調(diào)查分分析確認認，引起起該基坑坑事故的的主要原因因，是施工工過程中中地下管道道漏水、、坑邊附附加動載載作用、、防水排排水設(shè)施施不當?shù)纫蛩鼐C綜合造成成的。FTA安全評價結(jié)果果與其基本一一致。工程概況某交通銀行大大樓地上24層，地下室1層。土層自上而下下為：人工填土，厚3.0-4.3m；粉土及粉質(zhì)粘土土，厚0.4-1.8m；淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土土，厚9.9-10.7m；粉質(zhì)粘土，厚20-30m；礫卵石層層；灰色安山山巖，基基巖埋深深38-43m。地下水位位深度1m左右。2.排排樁支護護工程實實例的FTA安安全評價價工程概況況（續(xù)））坑深6.7m，支護采用用φ800RC灌注樁懸懸臂支護護，樁間間距1m，樁長14m，樁頂設(shè)設(shè)0.8m×0.5m的RC圈梁；樁后設(shè)直直徑0.3m的旋噴樁樁形成止止水帷幕幕?？觾?nèi)內(nèi)設(shè)3個深度20m的井管降降水；樁樁外卸土土1.5m，以減少排排樁的土土壓力。。計算排排樁的抗抗傾覆和和滑移安安全系數(shù)數(shù)均滿足足規(guī)范要要求。實施方案案有改動動：基坑坑加深了了0.7m，灌注樁實實際樁長長改短了了1m，樁頂未降降至1.5m設(shè)計標高高。原設(shè)計方方案實施方案案排樁支護護體系FT底事事件概率率打分符號意義概率符號意義概率X1Hrw>hrs

0.01X16抗彎剛度設(shè)計負偏差0.01X2r'<kj

0.1X17樁身材質(zhì)負偏差0.01X3樁頂圈梁缺陷0.5X18支撐強度設(shè)計負偏差0X4樁的間距過大0.01X19支撐連接強度不足0X5樁嵌固深度不足0.5X20支撐間距過大0X6超挖0.3X21支撐材質(zhì)負偏差0X7支柱材質(zhì)負偏差0X22錨頭連接不牢0X8支柱強度設(shè)計不足0X23錨桿布置不合理0X9承壓水壓力水頭較大0.01X24土體特性參數(shù)偏差0.01X10封底有缺陷0.01X25土壓力計算模型偏差0.01X11靜壓力水頭較大0.4X26超額堆載或附加動載作用0.3X12存在砂性土層0.1X27錨桿強度設(shè)計負偏差0X13封底或止水有缺陷0.2X28錨桿材質(zhì)負偏差0X14開挖前管道已破裂0.01X29防水排水設(shè)施不當0.2X15開挖后土體變形引起管道開裂0.01X30降雨或地下管道水0.01由底事件件概率，，求得體體系事故故概率Fs=0.8861。。

各底底事件的的關(guān)鍵重重要度：：底事件關(guān)鍵重要度Ig(i)Ig(i)排序底事件關(guān)鍵重要度Ig(i)Ig(i)排序X11.285e-0076X161.298e-0033X21.029e-0045X171.298e-0033X31.285e-0011X18――――X41.298e-0033X19――――X51.285e-0011X20――――X65.507e-0022X21――――X7――――X22――――X8――――X23――――X91.285e-0076X241.298e-0033X101.285e-0076X251.298e-0033X111.029e-0045X265.507e-0022X121.029e-0045X27――――X131.029e-0045X28――――X141.298e-0033X292.575e-0044X151.298e-0033X302.575e-0044由FTA結(jié)果采采取的土土釘支護護工程安安全對策策針對X3（樁頂圈梁梁缺陷）），施工工單位應(yīng)應(yīng)及時施施工樁頂頂圈梁，，待圈梁梁做好后后再進行行進一步步的土方方開挖；；針對X5（樁嵌固深深度不足足），施施工方應(yīng)應(yīng)該重新新進行基基坑穩(wěn)定定性驗算算，若穩(wěn)穩(wěn)定性不不符合要要求，應(yīng)應(yīng)當進行行基坑邊邊壁的加加固，如如加密支支護樁或或增加錨錨桿或支支撐等；；針對X6（超挖），，應(yīng)注意意控制開開挖深度度，一旦旦超挖了了應(yīng)立刻刻采取土土方回填填；針對X26（超額堆載載或附加加動載作作用），，應(yīng)盡快快進行樁樁外側(cè)土土體的卸卸載，或或者通過過加設(shè)錨錨桿、支支撐，避避免樁的的變形過過大。工程事故故情況該基坑開挖后，東東南角支護樁間出出現(xiàn)大量涌泥和流流砂，支護樁向基基坑內(nèi)側(cè)位移20cm以上，樁后地面產(chǎn)產(chǎn)生5～10cm裂縫；東南面的和和平電影院嚴重開開裂破壞，湖南路路路面開裂，被迫迫用錨桿加固。事后調(diào)查分析確認認，引起該基坑事事故的主要原因是，支護樁長度不足、、圈梁未及時施工工等。FTA評價結(jié)果與其基本本一致。3.放坡開挖工工程實例的FTA安全評價設(shè)計開挖深度（坡高）8.46m，開挖坡度為1:1.5，要求設(shè)置二級井井點降水。根據(jù)基坑開挖深度度和設(shè)計邊坡坡度度，要求地面堆土土應(yīng)距基坑邊大于于3m，堆土高度小于2m。設(shè)計對地基土采用用三軸不固結(jié)不排排水抗剪強度指標標，以簡單條分法法計算求取最危險險滑動面的穩(wěn)定安安全系數(shù)在基坑邊邊不堆土?xí)r為1.29，在離坑邊3m、堆土高度為2m時則略大于1。工程概況放坡開挖體系FT底事件概率打分分符號意義概率符號意義概率X1超挖0.3X11封底有缺陷0.01X2基坑暴露時間過長0.2X12靜壓力水頭較大0.3X3Hrw>hrs

0.01X13存在砂性土層0.01X4r'<kj0.3X14封底或止水有缺陷0.01X5土體特性參數(shù)負偏差0.2X15開挖前管道已破裂0.2X6沒進行邊坡穩(wěn)定驗算0.01X16開挖后土體變形引起管道開裂0.4X7坡面防護方法不當0.3X17忽視鄰近建筑物的附加應(yīng)力影響0.01X8坡頂超額堆載0.7X18降雨或地下管道漏水0.7X9機具作用荷載過大0.1X19排水設(shè)施不當0.5X10承壓水壓力水頭較大0.01由底事件概率，求求得該系統(tǒng)事故概概率Fs=0.9741。各各底事件的關(guān)鍵重重要度：符號關(guān)鍵重要度Ig(i)Ig(i)排序符號關(guān)鍵重要度Ig(i)Ig(i)排序X11.139e-0024X112.657e-0089X26.644e-0035X122.392e-0078X32.657e-0089X132.392e-0078X42.392e-0078X142.392e-0078X56.644e-0035X156.644e-0035X62.684e-0047X161.771e-0022X71.139e-0024X172.684e-0047X86.201e-0021X181.431e-0023X92.953e-0036X191.431e