工程实践基于统计分析的基坑事故发生规律研究李立云1，李瑞珍1，雷子欣2（1. 北京工业大学建筑工程学院，北京 100124；2. 北京师范大学第二附属中学，北京 100088）基金项目：国家自然科学基金资助项目（51538001）作者简介：李立云（1973—），男，副教授，博士摘 要：为适应狭小的城市空间，地铁及高层建筑等得到快速发展，基坑开挖的深度和规模越来越大。
由于复杂城市环境下施工经验的缺乏和风险管理措施的不完善，基坑事故频发。
为了更好地进行基坑开挖风险识别及评估，从风险管理的角度出发，通过文献查阅，收集了133例国内基坑事故，并以事故发生地区、开挖深度、事故类型、事故原因、支护等作为统计基准对这些事故进行统计分析，为后续基坑施工风险分析奠定基础，对基坑施工风险管理具有一定的指导意义。
关键词：基坑开挖；基坑事故；统计分析；事故类型；事故原因中图分类号：TU7530 引言城市基础设施建设和城镇化发展导致土地资源矛盾日益明显，充分利用城市地下和上层空间，建设地铁、高层建筑等工程已经成为这个时代的趋势[1-2]。
随之，基坑工程规模和复杂程度日益朝着“深、大、紧、近”的方向发展。
由于缺乏有效的风险管理，基坑事故时有发生，造成了巨大的财产和生命损失。
针对基坑工程风险的研究已成为国内外工程界的一个研究热点[3-6]，在基坑工程的风险分析研究方面，尤其在风险评估方法及其工程应用方面已取得了一定的成果，但是大多数研究还处于定性或者半定量的层面上，针对基坑风险分析的基础数据库建设还很欠缺，因此，建立基础数据库，对基坑工程风险进行定量化研究将成为今后风险管理研究的重要方向。
本文在对基坑事故统计的基础上对我国国内基坑事故的特点及规律进行分析，进而为基坑施工风险分析评估奠定基础。
1 基坑事故统计分析概述统计分析是研究工程事故和风险因素的一种有效方式和手段。
文献[7]通过对 160 余起基坑工程事故分析，将事故原因分为建设单位管理问题、基坑工程勘察问题、基坑工程设计问题、基坑工程施工问题和基坑工程监理问题 5 个方面，指出设计与施工是基坑事故发生的主要原因。
文献[8]统计了 64 项基坑事故，从技术、管理、环境方面得出 17 个静态风险因子。
文献[9]分析了 52例车站基坑事故，归纳了 6 种事故类型，明确指出“渗流破坏、支撑失稳、坑内滑坡”是常见的3类基坑事故。
文献[10]对 2000 年以后的 59 起案例进行统计分析，并将事故分为 10 种类型，统计事故类型与相应原因比重的分布情况，得出与水有关的事故最常发生，且管理到位对基坑事故的预防尤为重要的结论。
文献[11]通过资料收集以及现场调研，列出明挖地铁车站基坑事故的 7 种事故类型及其风险源，认为设计和施工的不合理是事故的主要原因。
本文统计采用的 133 例事故案例均来自公开发表的论文和文献，或者电视、报纸、网络等媒体的报道，大部分事故都是基于原作者的结论分析整理，部分基坑事故资料不全，或者原因不明确，但是对统计结果并不会产生较大的影响。
以下从 7 个不同角度分析基坑事故发生规律与原因。
2 基坑事故规律统计分析2.1 事故地区分布每个地区的地质情况不同、错综复杂，但是每个地区都有自己的地质特点，所以，可将统计的事故按地区分类，如图 1 所示。
图 1 表明，南方尤其是沿海地区的基坑事故发生频数较多，为 93 次，接近 71%，其原因是由于南方地质条件复杂，勘察可能不够准确，或者沿海地区地质大多为淤泥质土，土质较差，且经常会有雨天或者台风，给基坑施工带来极大的风险。
2.2 基于开挖深度的事故统计根据收集到的 133 个事故基坑的开挖深度数据，对基坑工程事故发生频数及频率进行分析。
参考文献[12]，本文将基坑开挖深度分为 4 类，如表 1 所示，根据基坑最大开挖深度来决定基坑归属。
不同开挖深度下基坑发生事故的频数及频率如表 2所示。
由表 2 可以看出，开挖深度为 6～10 m 的第 2 类基坑发生事故频率最高，发生频率为 0.361。
其次为开挖深度＞14 m 的基坑，其事故频率为 0.248，这类基坑开挖深度大，施工和技术比较困难，但由于实际工程中采用此深度的基坑数量相对较少，相关单位比较重视，可参考的数量较少。
再次为开挖深度＜6 m 的基坑，虽然开挖深度不大，但是相关单位容易对其风险轻视，其事故频率达到 0.218。
事故频率最低的为开挖深度 10～14 m 的基坑，频率最小为 0.173。
2.3 不同类型事故所占比例在事故统计类型的基础上，借鉴《基坑工程手册》[13]等资料，按照破坏形式将基坑事故分为 12 种类型，包括围护结构性破坏、围护变形过大、内倾破坏、支撑失稳、围护整体失稳、渗流破坏、突涌、踢脚破坏、坑底隆起、土体大变形、边坡失稳、整体失稳。
不同类型事故所占比例分布如图 2 所示。
根据图 2 将事故发生频数（比重）按从多到少进行分类，依次是渗流破坏＞边坡失稳＞围护整体失稳＞整体失稳＞土体大变形＞围护变形过大＞围护结构性破坏=支撑失稳＞坑底隆起＞突涌=踢脚破坏＞内倾破坏。
与其他事故类型相比，渗流破坏、边坡失稳、围护整体失稳、整体失稳所占比重较大，4 种类型比重合计占66.3%。
其中，与水有关的事故——渗流破坏和突涌所占比重为 25.54%；与支护结构有关的事故——围护结构性破坏、围护变形过大、围护整体失稳、支撑失稳、内图 1基坑事故的地区分布事故次数安徽北京福建甘肃广东海南河北河南湖北湖南江苏辽宁内蒙古青海山东山西陕西上海四川天津新疆云南浙江地区省份表 1 基坑开挖深度分类基坑类别开挖深度 / m第 1 类≤6 第 2 类＞6，≤10第 3 类＞10，≤14第 4 类＞14表 2 不同开挖深度下基坑失事分布情况分类第 1 类第 2 类第 3 类第 4 类频数 / 次29482333频率0.2180.3610.1730.248图 2 不同类型事故所占比例围护结构性破坏4.35%踢脚破坏倾破坏、踢脚破坏合计比重为 32.61%。
因此，在基坑开挖过程中一定要注意对水的处理并警惕支护结构的破坏。
2.4基坑事故原因统计不同的支护形式、不同的地质环境情况下，基坑事故发生的机理不尽相同，单从力学角度很难全面和一般性地概括。
随着海因里希因果连锁论、轨迹交叉论、现代因果连锁理论[14]等事故致因理论的发展，在单一归因理论基础上，人和物的因素亦被综合考虑，管理因素作为深层次原因被认识到。
国外研究者在现代因果连锁论基础上提出安全事故致因层次方法[15]，该方法认为：事故的发生往往是由多种偶然因素共同导致的，每个偶然因素又是由一系列影响因素组成，其决定该偶然因素对安全的影响程度[16]。
根据安全事故致因层次方法，本文将基坑事故现场风险因素分为人员、环境、材料、机械设备 4 个方面。
其中，人员包括勘察人员、设计人员、管理人员、业主、现场施工人员等；环境包括施工中遇到的意外环境和现场管理环境；材料包括材料存放、材料使用情况和材料质量；机械设备包括机械设备使用和机械设备质量。
具体分类及统计结果见表 3。
由表 3 可知，27 项风险因素中，设计不当＞施工质量差＞水文地质差＞超挖＞天气恶劣＞监测不当=不按设计要求施工=降排水不力＞管线渗漏＞道路（周边环境）超载；且设计不当、施工质量差、水文及地质条件差、超挖、天气恶劣比重合计达到了 46%。
统计结果表明，设计不当和施工质量差是事故的主要原因，同时在基坑开挖过程中，水文地质情况、天气情况也不容忽视，人为因素导致的基坑事故占总事故的 67%。
因此，在施工管理过程中，要注意一切人的不安全行为和物的不安全状态。
2.5不同类型事故诱因比重分析为了明细导致不同类型事故的风险因素，本文对各种基坑事故诱因进行统计，计算各种诱因所占比重。
统计结果表明，边坡失稳和围护结构整体失稳的诱因最多，分别有 21 项和22 项；踢脚破坏诱因最少，为 2 项。
其中：①天气恶劣、道路超载和施工质量差是围护结构性破坏最大诱因，这 3 项诱因之和占该项所有破坏诱因的总比重为 33%；②超挖和设计不当是围护变形大和内倾破坏的最大诱因，所占其事故的总比重分别为 36% 和 30%；③设计不当、施工质量差和不按设计施工是支撑失稳的主要诱因，这 3 项诱因所占比重相差不大，其和占事故总比重的 82%；④设计不当、施工质量差和天气恶劣是围护整体失稳的最大诱因；⑤施工质量差、降排水不力、水文及地质条件差、管线渗漏是渗流表 3 事故原因统计风险因素事故原因出现频数 / 次所占比重 / %人员勘察人员勘察失误143设计人员设计不当5312设计单位无资质10管理人员监测漏警、误警、无监测286应急反应能力差143未根据周围环境进行调整设计41安全意识淡薄82业主业主干涉、节约成本31现场施工人员盲目更改设计，未经专家论证143施工质量差5111不按设计要求施工286超挖337施工顺序、工艺不当51施工过快61施工单位无资质20降排水不力286卸土、坑边堆载102基坑暴露时间长72环境意外环境天气恶劣317水文及地质条件差419现场管理环境管线漏水、破裂256道路（周边环境）超载225材料材料存放过度堆载133材料质量质量不过关21材料使用情况偷工减料20机械设备机械设备使用扰动土体、动载过大61机械设备质量设备不合格31破坏的最大诱因；⑥勘察失误、施工质量差、水文地质条件差、天气恶劣是造成突涌的主要原因，4 项之和占其事故总比重的 94%；⑦设计不当是踢脚破坏和坑底隆起的主要诱因，占其事故总比重分别为 81%、25%；⑧设计不当和降排水不力是土体大变形的最大诱因；⑨天气恶劣、管线漏水、设计不当是边坡失稳的最大诱因；⑩设计不当、施工质量差、超挖、不按设计要求施工、监测不当是整体失稳的最大诱因。
事故主要诱因及所占比重见表 4。
2.6不同支护发生的事故频数根据资料，将基坑支护分为放坡、地下连续墙、土钉墙、桩、水泥土墙、桩锚、桩撑等 10 种形式，不同支护下事故发生的频数统计如图 3 所示。
由图 3 可知，土钉墙支护基坑发生事故的频数最多，其次是桩撑、桩和桩锚。
所以，选择土钉墙或者桩作为基坑开挖支护形式时，一定要严格进行风险管理。
2.7不同支护下发生的事故类型不同支护形式下发生的基坑事故类型各有不同，图 4 为各种支护下事故的统计情况。
由图 4 可以看出：①放坡以边坡失稳为主，约占事故总数的 83.33%；②地下连续墙支护中渗流破坏达到 80%；③土钉墙支护中边坡失稳、围护整体失稳、整体失稳比重都比较大，均超过 20%；④桩支护中渗流破坏占 24.14%，围护结构性破坏占事故总数的 20.69%，边坡失稳和整体失稳之和超过事故总数的 30%；⑤水泥土墙支护中，以土体大变形为主，边坡失稳、围护大变形次之，3 种破坏之和占事故总数的 70%；⑥桩锚支护中以围护结构的大变形为主，其主要原因为锚索失效；⑦桩撑支护中渗流破坏达到 35.29%；⑧喷锚支护中，要格外注意土体大变形和边坡失稳；⑨墙撑支护中事故主要表现为支撑失稳；⑩土钉墙＋桩支护中，围护整体失稳、渗流破坏、土体大变形事故要格外重视。
