巖溶區(qū)人工挖孔樁施工坍塌事故分析和控制

1、    巖溶區(qū)人工挖孔樁施工坍塌事故分析和控制    李愛軍+張亮摘 要：結(jié)合巖溶地區(qū)樁基施工特點，對引發(fā)人工挖孔樁坍塌事故的五項要素進(jìn)行分析，總結(jié)坍塌事故發(fā)生前的常見征兆現(xiàn)象和內(nèi)在規(guī)律，提出預(yù)防和控制坍塌事故的安全對策。關(guān)鍵詞：巖溶區(qū)；人工挖孔樁；坍塌；事故分析；控制1 概述中國鄂西南地區(qū)巖溶地貌發(fā)育，湖北恩來恩黔高速公路項目穿越這一地帶。在這一巖溶發(fā)育的地區(qū)進(jìn)行橋梁樁基施工，由于基巖巖溶發(fā)育，形態(tài)復(fù)雜，如若處理不當(dāng)，極易導(dǎo)致坍塌事故發(fā)生，如何安全地穿過溶洞順利成孔是施工的重點和難點。因此，施工前結(jié)合地質(zhì)環(huán)境條件和施工工藝特點，全面分析各類危險危害因素

2、，采取針對性的安全技術(shù)和管理措施，才能保證施工安全。2 工程概況本項目所在地是我國南方巖溶區(qū)之一，巖溶地貌發(fā)育。本區(qū)域內(nèi)存在巖溶、滑坡、崩塌、落石等不良地質(zhì)現(xiàn)象，局部地段存在軟土、紅黏土等特殊性巖土。區(qū)內(nèi)廣布可溶性碳酸鹽巖，由于巖溶發(fā)育，地表徑流匱乏，地下徑流通道暢通，排泄條件較好。湖北恩來恩黔高速公路項目2標(biāo)段共有5座橋梁，即雷家坳大橋、忠建河大橋、康家河大橋、匠科大橋及大堰溝大橋，項目所在地地形陡峭，橋位基樁多位于陡坡上，大型樁基施工設(shè)備搬遷和就位困難。經(jīng)方案比選，選用人工挖孔灌注樁施工方式，其施工作業(yè)面小，且成孔直觀，易于觀察地質(zhì)變化情況，清底除渣徹底，易保證混凝土澆筑質(zhì)量，安全和質(zhì)量有

3、一定保障。橋梁樁基總計挖孔樁413根，其中長度超過15米的樁基共有335根，其余均在10米到15米之間。恩來恩黔高速公路二標(biāo)施工安全風(fēng)險評估報告中人工挖孔樁施工主要基于坍塌事故，采用作業(yè)事故可能性評估指標(biāo)體系評分和項目安全管理評估指標(biāo)體系評分的分析方法，估測結(jié)果為雷家坳大橋等5座橋梁的413根人工挖孔樁施工過程中發(fā)生事故的風(fēng)險等級均為 級（高度）。3 坍塌事故分析3.1 坍塌事故定義坍塌事故指物體在外力和重力的作用下，超過自身極限強(qiáng)度的破壞成因，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定失衡塌落而造成物高處墜落、物體打擊、擠壓傷害及窒息的事故。3.2 坍塌事故的五要素分析不安全狀態(tài)、不安全行為、起因物、致害物和傷害方式是引發(fā)生

4、產(chǎn)安全事故的五個基本因素，簡稱“事故五要素”。對引發(fā)坍塌事故的五個基本因素進(jìn)行分析如下：3.2.1 不安全狀態(tài)（1）按引發(fā)事故的類型（事故屬性）：引發(fā)坍塌事故的不安全狀態(tài)。（2）按設(shè)置和工作狀態(tài)（狀態(tài)屬性）：a.支撐護(hù)壁模板承受荷載的不安全狀態(tài)；b.處理溶洞跟進(jìn)鋼護(hù)筒的剛度和設(shè)置中的不安全狀態(tài)；c.護(hù)壁砼強(qiáng)度不夠的不安全狀態(tài)；d.上下段護(hù)壁的鉤拉鋼筋綁扎不牢固的不安全狀態(tài)；e.樁孔孔口邊堆載的不安全狀態(tài)；f.安全防護(hù)措施設(shè)置的不安全狀態(tài)；g.作業(yè)場所安全保障和監(jiān)控措施設(shè)置的不安全狀態(tài)；h.施工措施執(zhí)行中出現(xiàn)問題和障礙時所形成的不安全狀態(tài)。（3）按施工場所的安全條件（場所屬性）：a.人工挖孔樁開

5、挖場所的不安全狀態(tài)；b.現(xiàn)場周邊圍擋防護(hù)的不安全狀態(tài)；c.現(xiàn)場警戒區(qū)和警示牌設(shè)置的不安全狀態(tài)；d.孔樁下照明設(shè)置的不安全狀態(tài)；e.排水設(shè)施設(shè)置的不安全狀態(tài)；f.爆破作業(yè)安全警戒區(qū)域的不安全狀態(tài)；g.其他的場所不安全狀態(tài)。（4）按施工作業(yè)（作業(yè)屬性）：a.立體交叉作業(yè)的不安全狀態(tài)；b.夜間作業(yè)的不安全狀態(tài)；c.雨期作業(yè)的不安全狀態(tài)；d.爆破、土石方挖掘作業(yè)的不安全狀態(tài)；e.降水、排水、堵漏、止流砂、加固溶洞作業(yè)的不安全狀態(tài)；f.孔樁支護(hù)作業(yè)的不安全狀態(tài)；g.下放鋼筋籠作業(yè)的不安全狀態(tài)；h.混凝土澆筑作業(yè)的不安全狀態(tài)；i.模板裝拆作業(yè)的不安全狀態(tài)；j.其他作業(yè)的不安全狀態(tài)。3.2.2 不安全行為（

6、1）違反上崗身體條件規(guī)定：未經(jīng)過嚴(yán)格的身體檢查，有職業(yè)禁忌的疾病；超齡作業(yè)；疲勞或帶病作業(yè)。（2）違反上崗規(guī)定：a.無證人員從事需證崗位作業(yè)；b.非定機(jī)、定崗人員擅自操作；c.單人在無人輪換和監(jiān)護(hù)情況下進(jìn)行挖孔樁等不安全作業(yè)。（3）不按規(guī)定使用安全防護(hù)品：a.不戴安全帽；b.孔樁臨邊不佩掛安全帶或掛置不可靠；c.樁孔下作業(yè)不系安全繩；d.處理含水溶洞不穿救生衣。（4）違章指揮：a.在護(hù)壁砼強(qiáng)度未達(dá)10mpa以上的情況下指揮拆模施工；b.特殊天氣、特殊時段不按上級下的停工要求繼續(xù)組織施工；c.對查出的安全隱患未整改落實或發(fā)現(xiàn)坍塌事故征兆的情況下，強(qiáng)令作業(yè)人員繼續(xù)作業(yè)；d.在施工設(shè)備、安全防護(hù)設(shè)施

7、檢查不合格、作業(yè)人員安全防護(hù)不到位的情況下，強(qiáng)行組織和指揮施工；e.私自改變安全施工工藝和作業(yè)程序、違反施工方案和技術(shù)措施的指揮；f.對施工異常情況處置不當(dāng)，可能使事態(tài)擴(kuò)大或?qū)е鲁霈F(xiàn)事故；g.在作業(yè)人員發(fā)現(xiàn)不安全因素時，未予處置，強(qiáng)令冒險作業(yè)的指揮施工。（5）違章作業(yè)：a.進(jìn)入施工現(xiàn)場不戴安全帽、高空作業(yè)不系安全帶和不正確使用個人防護(hù)用品；b.違反人工挖孔樁工序規(guī)定的作業(yè)；c.違反支護(hù)、排水、堵漏等操作規(guī)程的作業(yè)；d.違反安全監(jiān)護(hù)規(guī)定的作業(yè)；e.違反防爆規(guī)定的作業(yè)；f.違反溶洞處理方案的作業(yè)；g.擅自動用施工設(shè)備或拆改挪動安全設(shè)施進(jìn)行作業(yè)；h.在發(fā)現(xiàn)有坍塌事故征兆或隱患未排除的情況下，搶進(jìn)度、

8、盲目蠻干、冒險作業(yè)。（6）缺乏自保、互保、聯(lián)保安全意識的行為：誤入存在坍塌危險的孔洞口的行為；在作業(yè)區(qū)嬉笑打鬧、僥幸逞強(qiáng)、亂摸亂碰的行為；在出現(xiàn)異常和險情時不及時上報和通知他人的行為。3.2.3 坍塌事故的起因物、致害物和傷害方式3.3 坍塌事故的征兆事故的征兆是指生產(chǎn)安全事故發(fā)生前所顯示出的即將或可能要出事故的跡象，通常出現(xiàn)在事故的起因物開始起動到事故發(fā)生的這段孕育和發(fā)展的時段內(nèi)。坍塌事故一般都或長或短地存在著相應(yīng)的孕育和發(fā)展過程，顯現(xiàn)出事故征兆。雖然，由于水文地質(zhì)條件、溶洞分布大小及填充情況和施工質(zhì)量控制等情況的千差萬別，使其事故征兆及其顯示程度有所不同，但對事故征兆的認(rèn)識和研究，有利于及

9、早發(fā)現(xiàn)異常并采取應(yīng)對措施，減少人員傷亡和事故損失。人工挖孔樁坍塌事故發(fā)生前的常見征兆見表2。 3.4 坍塌事故發(fā)生的內(nèi)在規(guī)律（如圖1）4 預(yù)防和控制坍塌事故的安全對策4.1 坍塌事故前中晚期預(yù)防和控制過程（如圖2）圖注：“四消除一保護(hù)”消除不安全狀態(tài)、消除不安全行為、消除起因物、消除致害物和針對傷害方式進(jìn)行保護(hù)；“兩消除一制止”消除存在的不安全狀態(tài)、消除存在的起因物和制止存在的不安全行為；“兩阻止一撤離”阻止起因物繼續(xù)作用，阻止事態(tài)繼續(xù)發(fā)展和及時撤離人員。4.2預(yù)防和控制巖溶區(qū)坍塌事故起因物的安全技術(shù)措施在預(yù)防和控制巖溶區(qū)坍塌事故安全措施中，消除起因物和阻止起因物繼續(xù)作用貫穿整個預(yù)防和控制過程

10、。對于巖溶地區(qū)人工挖孔樁施工，溶洞是樁孔產(chǎn)生坍塌的起因物。根據(jù)勘察和施工中揭示的溶洞大小及充填情況等地質(zhì)條件，采取對溶洞進(jìn)行預(yù)處理、在施工中利用護(hù)筒跟進(jìn)等施工技術(shù)措施，是防范坍塌事故的重要控制環(huán)節(jié)。4.2.1 灌砂壓漿法一般適用于610m無填充溶洞的處理，主要通過灌砂、壓漿處理在溶洞中形成砂漿固結(jié)體，堵塞溶洞，以防樁孔塌孔。處理前應(yīng)根據(jù)超前鉆等地質(zhì)勘察資料探明的溶洞位置、大小等，確定灌砂壓漿部位。施工的灌漿孔，孔深要進(jìn)入灌填段最深處溶洞底部。灌砂應(yīng)分多次灌填，每次高度不宜過高，要保證注漿管能夠插入所灌入的砂中一定深度，待壓入的漿液初凝后再進(jìn)行下一次灌砂、壓漿。反復(fù)進(jìn)行灌砂、壓漿工序，直至灌至最

11、上部的溶洞頂板以上1m左右。灌填結(jié)束后若發(fā)現(xiàn)漏失還應(yīng)及時補灌，將溶洞灌實。4.2.2 壓注雙液漿法一般適用于10m以下半充填或全充填溶洞的處理，通過壓漿加固溶洞充填物和充填巖溶洞隙，以達(dá)到阻斷巖溶通道、穩(wěn)固樁孔孔壁的目的。應(yīng)根據(jù)橋墩臺樁基布置和溶洞分布情況布置壓漿孔，孔深需達(dá)到處理段的最深溶洞底部，采用雙液壓漿系統(tǒng)自下而上分段壓漿。注漿過程中若出現(xiàn)大量跑漿時，應(yīng)采用間歇式注漿措施，少量多次、反復(fù)進(jìn)行。注漿前宜進(jìn)行注漿試驗，以確定適宜的注漿材料、漿液配比、注漿壓力，掌握注漿的凝固時間。4.2.3 灌低標(biāo)號混凝土法適用于較大的半充填或無充填的溶洞處理。既可在樁基施工前進(jìn)行預(yù)處理，也可在樁孔開挖過程

12、中進(jìn)行實時處理。當(dāng)揭穿溶洞頂板時，可先填片塊石將溶洞填至基本飽滿，再灌填低標(biāo)號混凝土，待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度、樁孔孔壁穩(wěn)固后再繼續(xù)施工。4.2.4 鋼護(hù)筒跟進(jìn)法鋼護(hù)筒跟進(jìn)法是樁基施工過程中一種常用的護(hù)壁方法，對處理多層溶洞、高大溶洞效果良好，可有效保護(hù)樁孔孔壁穩(wěn)定。鋼護(hù)筒厚度、長度可根據(jù)地質(zhì)超前鉆孔探明的溶洞高度確定，一般采用厚度不薄于10mm 鋼板卷制，溶洞高度大則鋼護(hù)筒厚度也應(yīng)相應(yīng)增大，施工過程中應(yīng)對揭露溶洞高度進(jìn)行復(fù)核，鋼護(hù)筒長度在所需支護(hù)溶洞高度的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)加長，加長一般不小于3m。施工時將其振動下沉至發(fā)育溶洞段，以隔斷溶洞內(nèi)流塑充填物或水的流動。護(hù)筒級數(shù)根據(jù)溶洞層數(shù)和頂?shù)装搴穸却_定

13、。多級護(hù)筒跟進(jìn)法施工順序見圖3。在巖溶地區(qū)進(jìn)行樁基施工，施工前應(yīng)對地質(zhì)環(huán)境條件進(jìn)行分析，結(jié)合成樁工藝，制定專項安全施工方案，向現(xiàn)場管理和作業(yè)人員進(jìn)行詳細(xì)的安全技術(shù)交底。作業(yè)現(xiàn)場要加強(qiáng)應(yīng)急管理措施，樁孔附近要配備有關(guān)應(yīng)急設(shè)備，備足應(yīng)急材料，現(xiàn)場管理和作業(yè)人員應(yīng)熟悉應(yīng)急處置程序；施工中要加強(qiáng)鉆孔地質(zhì)檢查、復(fù)核，并密切注意觀察周圍地表沉降、滲水、水位變化、落渣和護(hù)壁砼等情況，防止異常情況發(fā)生。發(fā)現(xiàn)有坍塌事故發(fā)生前的早期征兆，要引起警覺和重視，及時采取安全措施。鉆穿或揭穿溶洞頂板時，宜根據(jù)溶洞情況采用上述幾種方法及時進(jìn)行處理，預(yù)防和控制巖溶區(qū)樁基施工過程中的坍塌事故。4.3 預(yù)防和控制坍塌事故的安全管

14、理措施4.3.1 消除不安全狀態(tài)的安全管理措施根據(jù)3.2.1對坍塌事故不安全狀態(tài)的類型分為四個屬性進(jìn)行的分析，四種劃分方法從四個不同的側(cè)面反映出坍塌事故不安全狀態(tài)的存在和表現(xiàn)形式。而針對施工項目管理，應(yīng)建立項目負(fù)責(zé)人、技術(shù)和安全管理部門、現(xiàn)場和管理指揮人員三級排查管理組織體系，各級以主管工作的范圍為重點，協(xié)同配合、相互補充，全方位實施消除不安全狀態(tài)的安全管理工作。4.3.2 消除不安全行為的安全管理措施在施工過程中，不安全行為與項目安全工作環(huán)境氛圍有關(guān)，安全管理混亂或監(jiān)管缺失，會導(dǎo)致不安全行為大量存在和不斷滋長?？蓮囊韵聨讉€方面著手減少和消除不安全行為：（1）領(lǐng)導(dǎo)重視，兌現(xiàn)安全承諾，落實領(lǐng)導(dǎo)帶

15、班作業(yè)制；（2）建立健全管理制度，落實“一崗雙責(zé)”，簽訂安全責(zé)任狀，或?qū)嵭酗L(fēng)險抵押金；（3）選擇合格分包商和正規(guī)的施工隊伍，并考核其風(fēng)險承擔(dān)能力和工程經(jīng)驗；（4）杜絕違法轉(zhuǎn)包，對人員建立職業(yè)健康檔案，實行登記和動態(tài)管理；（5）設(shè)置專門安全管理機(jī)構(gòu)，足額配備持證的安全管理人員，加強(qiáng)對作業(yè)人員的實時監(jiān)管；（6）特種作業(yè)人員和特種設(shè)備操作人員必須持證上崗并經(jīng)過實際操作考核，實行動態(tài)管理，并定機(jī)定崗；（7）按規(guī)定開展安全教育培訓(xùn)和安全宣傳活動，確保學(xué)時和效果；（8）開展應(yīng)急演練，提高各級人員應(yīng)急處置能力等。4.4 針對坍塌事故傷害方式的安全防護(hù)措施根據(jù)（表1：坍塌事故的起因物、致害物和傷害方式）可知，

16、人工挖孔樁施工中坍塌事故的傷害作用發(fā)生的方式有：碰撞、擊打、砸壓、掩埋、墜落、爆炸、窒息等。針對坍塌事故的傷害方式，從以下兩個方面落實安全防護(hù)措施：一方面使用安全可靠的勞動保護(hù)用品（安全帽、安全帶、保險繩、防護(hù)服、防滑鞋等），并監(jiān)督作用人員正確佩帶；一方面對于那些沒有適用安全防護(hù)品的傷害方式，要加強(qiáng)安全預(yù)防和保護(hù)措施的落實，包括：樁孔設(shè)置圍擋、防墜落設(shè)施、安全警戒線、高出孔口地面0.3米的孔圈、上下樁孔專用爬梯、孔壁支護(hù)、半圓形防護(hù)板、圓形蓋板、樁孔內(nèi)外通訊工具、潛水泵等。5 結(jié)束語本文對巖溶區(qū)人工挖孔樁施工過程中存在高度風(fēng)險的坍塌事故，進(jìn)行了細(xì)致而深入的分析，分析了其坍塌事故發(fā)生的內(nèi)在規(guī)律，以及以各種形式存在不安全狀態(tài)、不安全行為和引發(fā)事故的起因物。結(jié)合分析結(jié)果，分前中晚三期制定了坍塌事故預(yù)防和控制過程圖，對巖溶區(qū)引發(fā)坍塌事故的起因物溶洞處理的安全技術(shù)措施進(jìn)行了闡明，制定了有針對性、有邏輯層次性的消除和減少不安全狀態(tài)和不安全行為的安全管理措施，并且針對坍塌事故的傷害