論深基坑支護(hù)工程的安全施工與管理

文/周朝捷 廈門市嘉頤建筑工程股份有限公司 福建廈門 361000

論深基坑支護(hù)工程的安全施工與管理

文/周朝捷 廈門市嘉頤建筑工程股份有限公司 福建廈門 361000

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展，城市建設(shè)對(duì)于地下空間資源的開發(fā)和利用已成為城市現(xiàn)代化的一個(gè)必然趨勢(shì)，高層建筑的深基坑支護(hù)工程對(duì)于工程造價(jià)、工期以及建筑周圍環(huán)境都產(chǎn)生較大的影響。

深基坑支護(hù)；安全施工；管理

近年來(lái)，隨著大批的高層建筑的建設(shè)，開發(fā)商為提高建筑用地率，加之國(guó)家有關(guān)規(guī)范對(duì)基礎(chǔ)埋置深度和人防工程的要求，多層、超高層建筑地下室的設(shè)計(jì)必不可少，有的地下建筑甚至有三四層，最深的達(dá)數(shù)十米，于是，地下建筑開挖時(shí)的深基坑支護(hù)成為一個(gè)必要的施工過(guò)程。深基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測(cè)技術(shù)是近20年來(lái)在我國(guó)逐漸涉及的技術(shù)難題。本文結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)深基坑支護(hù)技術(shù)進(jìn)行論述。

一、深基坑支護(hù)中存在的問(wèn)題

深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)可以說(shuō)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要具備和掌握土力學(xué)、地質(zhì)學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)等多方面的學(xué)科知識(shí)，加上豐富的施工經(jīng)驗(yàn)，才能因地制宜的設(shè)計(jì)支護(hù)的圍護(hù)方案和管理辦法。目前，我國(guó)民用工程、市政工程和工業(yè)建筑工程建設(shè)正處于大發(fā)展時(shí)期，存在的問(wèn)題主要包括以下幾個(gè)方面。

1.1 擋土墻的穩(wěn)定性較差。在淺基坑6m內(nèi)的擋土墻主要采用重力式水泥攪拌樁，以此作為圍護(hù)是較為成功的。所以，很多單位以此作為深基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。但是，在這種情況下即便是采用也必須考慮地質(zhì)條件、施工質(zhì)量和周圍環(huán)境。如果上述的條件不允許，則有可能會(huì)發(fā)生擋土墻嚴(yán)重移位，使工程樁向中心發(fā)生移位，形成開裂或者傾斜。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)管理不完善。深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)必須在遵循設(shè)計(jì)原則和方案的基礎(chǔ)上來(lái)進(jìn)行，目前一些施工單位盡管有自己的設(shè)計(jì)方案，但為了省錢，就會(huì)設(shè)計(jì)的比較粗糙，或是降低工程造價(jià)，隨意調(diào)整支護(hù)結(jié)構(gòu)，對(duì)施工中的深基坑實(shí)行對(duì)外承包，自行管理，引起基底土隆起，造成了圍護(hù)的塌陷，帶來(lái)了重大損失。

1.3 在深基坑內(nèi)不降水的情況下開挖土方深基坑一般在超過(guò)6m的情況下，地層的基土一般是淤泥質(zhì)粘土層，并有很多的薄層粉細(xì)砂層，這種情況下的地下水呈現(xiàn)較強(qiáng)的滲透現(xiàn)象，如果不進(jìn)行降水，土體將發(fā)生滑動(dòng)現(xiàn)象。

1.4 基坑周圍的堆載過(guò)多造成塌方事故深基坑周圍的堆載不能超過(guò)10～20kN/mm，但由于施工現(xiàn)場(chǎng)的狹窄，一些管材和鋼筋堆積在基坑周圍，這樣就增加了擋墻背后的土壓力，造成基坑的失穩(wěn)現(xiàn)象。

二、深基坑施工技術(shù)與管理分析

2.1 深基坑施工技術(shù)由于深基坑施工過(guò)程中存在諸多的不確定因素，比如地質(zhì)情況的變化造成之前設(shè)計(jì)的支護(hù)不能滿足現(xiàn)實(shí)施工的需求，噴錨網(wǎng)支護(hù)如果遇到流沙或者軟土層，這樣穩(wěn)定性也就較差，如果不及時(shí)采取新的措施，開挖就會(huì)造成塌陷事故。另外，施工未能達(dá)到支護(hù)設(shè)計(jì)要求，加上監(jiān)測(cè)部門的反饋信息有誤或者信息反饋不及時(shí)，施工過(guò)程中建筑工程管理論文沒有定期觀測(cè)深基坑內(nèi)的沉降量和位移量，再有對(duì)所測(cè)的資料還沒有進(jìn)行及時(shí)的分析和研究，并制定相應(yīng)的有效應(yīng)急措施就繼續(xù)進(jìn)行深基坑的支護(hù)安裝，施工單位依然按照之前的設(shè)計(jì)方案來(lái)進(jìn)行。

深基坑內(nèi)經(jīng)常會(huì)遇見地下水，如果不及時(shí)排水，則會(huì)嚴(yán)重影響支護(hù)安裝的安全，排水會(huì)對(duì)周圍的環(huán)境帶來(lái)不利，這也是地下水處理過(guò)程中的矛盾現(xiàn)象。如果這兩者不能很好地處理和協(xié)調(diào)，則容易發(fā)生工程事故。

2.2 深基坑的施工管理分析。深基坑現(xiàn)場(chǎng)管理的環(huán)境存在較大的復(fù)雜性，如果管理人員缺乏足夠的重視，或者是施工質(zhì)量監(jiān)控體系不完善，也會(huì)給施工工作帶來(lái)不利，嚴(yán)重影響施工質(zhì)量。比如：在注漿法施工中，由于注漿的壓力沒有達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，就會(huì)嚴(yán)重影響錨桿的抗拔力。

三、深基坑安全施工管理建議

3.1 深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的管理。深基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)方案直接影響到支護(hù)工程的成敗。所以，支護(hù)設(shè)計(jì)方案要遵循安全可靠、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的原則。在這種情況下，深基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)人員必須熟練掌握相關(guān)專業(yè)理論知識(shí)，熟悉本地水文地質(zhì)狀況，結(jié)合周圍建筑和環(huán)境的基礎(chǔ)上，進(jìn)行合理有效的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)。

3.2 施工組織設(shè)計(jì)的審定。深基坑的施工組織設(shè)計(jì)是有效指導(dǎo)施工的重要文件，如果盲目照搬其他施工單位的設(shè)計(jì)方案。沒有按照具體工程施工來(lái)進(jìn)行組織設(shè)計(jì)，或者設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單潦草，這樣基本上沒有任何指導(dǎo)意義。其中，監(jiān)理部門審核的主要內(nèi)容表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：施工平面圖、基坑開挖方式、監(jiān)測(cè)布置、基坑的支護(hù)和降水措施等等。

3.3 質(zhì)安方面的管理。施工質(zhì)安方面的管理是指在施工過(guò)程中做好施工材料的檢驗(yàn)工作。

3.4 實(shí)現(xiàn)信息化施工過(guò)程管理。深基坑的支護(hù)設(shè)計(jì)是在考慮諸多影響因素的前提下進(jìn)行的理論工作，但是，具體的可行性與否還是需要經(jīng)過(guò)實(shí)踐的檢驗(yàn)，如地質(zhì)條件的相符性；施工中支護(hù)的變形情況還需要通過(guò)監(jiān)測(cè)和管理來(lái)進(jìn)行。

四、結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)深基坑支護(hù)技術(shù)進(jìn)行論述

4.1 工程概況

本工程位于福建省廈門市集美區(qū)杏?xùn)|生活區(qū)是集地下車庫(kù)、商業(yè)、住宅等功能于一體的高層建筑。工程名稱：杏林文濱花園三期1-3號(hào)樓，建筑面積：地下（二層）25000㎡，地上43526㎡，層數(shù)：33層，工程質(zhì)式：框剪結(jié)構(gòu)。由于工程項(xiàng)目又緊鄰海邊，因而土質(zhì)情況復(fù)雜。工程采用靜壓樁加筏板形式，基坑大面設(shè)計(jì)開挖深度-9.2m，基坑內(nèi)四個(gè)電梯井部位最大開挖深度達(dá)到-10.5m，開挖土方量超過(guò)120000m3。

4.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，場(chǎng)地不良土質(zhì)的素填土帶厚度為-0.5～-5.3m，分布范圍廣泛。素填土帶下大量分布全風(fēng)化泥巖、全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，厚度為-0.6～-3.0m，該土層雖土質(zhì)稍好，但泡水易軟、易崩解；地質(zhì)報(bào)告還顯示，地下水位較高，平均水位-2.3m，對(duì)土層穩(wěn)定性威脅很大，必須進(jìn)行支護(hù)。深基坑支護(hù)不僅要求確保邊坡的穩(wěn)定，而且要滿足變形控制要求，以確?；又車慕ㄖ铩⒌叵鹿芫€、道路等的安全。如今支護(hù)結(jié)構(gòu)日臻完善，出現(xiàn)了許多新的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式與穩(wěn)定邊坡的方法。

4.3 支護(hù)方案的選擇

本工程設(shè)計(jì)采用土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)，它是通過(guò)對(duì)原位土體加固、充分利用原位土體的自穩(wěn)能力來(lái)到支護(hù)作用，因而能大幅降低支護(hù)造價(jià)，一般比樁墻式支護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)約費(fèi)用30%～60%，而且施工工期短，支護(hù)方式具有穩(wěn)定可靠、施工簡(jiǎn)便且工期短、效果較好、經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)點(diǎn)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，適合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況。

綜上所述，考慮到施工場(chǎng)地的條件限制，經(jīng)過(guò)采用同濟(jì)大學(xué)“深基坑支擋結(jié)構(gòu)分析計(jì)算軟件FRWSv4.0”進(jìn)行計(jì)算后證實(shí)，用土釘墻對(duì)該基坑進(jìn)行支護(hù)是完全可行的，且根據(jù)基坑四周環(huán)境及開挖深度，需采用不同的剖面形式。放坡角度取10度，普通水泥砂漿土釘，直徑Φ為l00mm，土釘傾角為15°，內(nèi)配一根Φ18Ⅱ級(jí)鋼筋，水平間距1200mm，面層混凝土板墻厚度為l00mm，強(qiáng)度等級(jí)為C20，內(nèi)配Φ6@200鋼筋網(wǎng)，有土釘處沿縱橫向配置2Φ14同長(zhǎng)加強(qiáng)筋（縱向配置2Φ16，L=200mm）：

4.4 施工工藝

4.4.1 施工工藝流程來(lái)源：

土方開挖→基坑邊坡修整→放點(diǎn)→成孔（鉆孔）→放人錨筋及注漿管→注漿→設(shè)置泄水孔→墻面布筋→噴射混凝土→養(yǎng)護(hù)。

4.4.2 鉆機(jī)定位成孔

成孔設(shè)備采用兩套地質(zhì)礦產(chǎn)部重慶探礦機(jī)械廠生產(chǎn)的MGJ-50型回轉(zhuǎn)式鉆孔機(jī)，為了滿足土釘施工傾角的需要，進(jìn)行了鉆機(jī)的改造配套工作。基坑采用分層開挖的方式，挖完第一層后設(shè)備立即進(jìn)場(chǎng)進(jìn)行土釘施工，避免土坡暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

4.4.3 土釘錨釘?shù)陌惭b與孔內(nèi)注漿

大部分土釘為1Φ22鋼筋，長(zhǎng)度L=7000～9000mm。

孔內(nèi)注漿采用水泥漿灌注，膠結(jié)材料選用425號(hào)普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.45～0.5：1，用氣壓式注漿方式，將注漿導(dǎo)管底端插入孔底后才開始注漿，待空口溢出水泥時(shí)再將導(dǎo)管以勻速緩慢撤出，以保證孔中氣體能全部逸出，直至全孔灌注漿注滿漿液為止：

4.5 錨固端處理與噴射混凝土板墻

布置完面層鋼筋網(wǎng)后，先在距錨釘端頭200mm處采用穿孔塞焊一塊150mm×150mm×8mm的鋼板，然后在鋼板外側(cè)錨釘端部?jī)蓚?cè)沿錨釘長(zhǎng)度方向焊上三根Φ12、長(zhǎng)度為150mm的通長(zhǎng)加強(qiáng)鋼筋互相焊接，使所有土釘相互連接成一個(gè)整體。噴射混凝土配合比為水泥∶瓜米石∶中砂=1∶2∶2，內(nèi)摻速凝劑及早強(qiáng)劑，要求混凝土強(qiáng)度達(dá)C20以上。

4.6 排水系統(tǒng)的設(shè)置來(lái)源

因工程處在海邊故采用管井井點(diǎn)方式進(jìn)行降水并在基坑上邊構(gòu)筑排水溝，流至西南面的沉沙井后排入市政管網(wǎng)。并將施工場(chǎng)地做硬化處理。然后于土釘注漿完成后，在基坑側(cè)面插入長(zhǎng)度為500mm，直徑為60mm的UPVC排水管，使其外端伸出支護(hù)混凝土板墻外50～60mm，管內(nèi)填碎石做濾水層以利混凝土板墻后的積水排出。

4.7 質(zhì)量控制

認(rèn)真討論支護(hù)技術(shù)方案，做好向施工人員技術(shù)交底工作，使其明確施工工藝、技術(shù)要領(lǐng)和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)行全面質(zhì)量管理，對(duì)每一道工序嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，符合以下質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：

4.7.1 基坑必須分層分段開挖，考慮可能的連續(xù)雨天，每層開挖深度限制在錨桿排距加30cm，逐層開挖逐層支護(hù)，開挖深度要根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求進(jìn)行復(fù)核。

4.7.2 鑿孔：鉆孔前采用經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、鋼卷尺等進(jìn)行土釘放線確定鉆孔位置，土釘布孔距允許偏差為±50mm，成孔采用錨桿鉆機(jī)，成孔中嚴(yán)格按操作規(guī)程鉆進(jìn)，孔徑允許誤差±10mm，鉆孔偏斜度不大于30%，孔深允許偏差為±50mm。終孔后，應(yīng)及時(shí)安設(shè)土釘，以防止塌孔。

4.7.3 掛鋼筋網(wǎng)：網(wǎng)格允許誤差±20mm，經(jīng)、緯筋搭接點(diǎn)用扎絲扎牢。

4.7.4 土釘制作：嚴(yán)格按設(shè)計(jì)選準(zhǔn)材徑、長(zhǎng)度下料，誤差允許值為±20mm，穩(wěn)中架每個(gè)間距1.5m，焊牢，整個(gè)過(guò)程必須嚴(yán)格依照?qǐng)D紙施工。

4.7.5 土釘安裝：安裝之前進(jìn)行錨桿長(zhǎng)度復(fù)核、驗(yàn)收，安放時(shí)，應(yīng)避免桿體扭壓、彎曲，注漿管與土釘錨桿桿一起放入孔內(nèi)，注漿管應(yīng)插至距孔底250～500mm，為保證注漿飽滿，在孔口部位設(shè)置漿塞及排氣管，D48鋼花管土釘直接注漿。來(lái)源：

4.7.6 攪拌漿液：嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求0.45～0.55的水灰比配料，攪拌均勻。

4.7.7 注漿作業(yè)：按照設(shè)計(jì)要求，注漿采水灰比為0.45～0.55的純水泥漿，水泥采用425普通硅酸鹽水泥。壓漿控制在0.3～0.8MPa之間，并根據(jù)試驗(yàn)錨桿由設(shè)計(jì)單位確定注漿技術(shù)質(zhì)量要求。注漿前，將孔內(nèi)殘留及松動(dòng)的廢土清理干凈，注漿開始或中途停止不能超過(guò)30分鐘，達(dá)到孔口稍有溢流現(xiàn)象時(shí)，即行堵口封死。

4.7.8 噴砼：嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求比例配料攪拌均勻，噴砼時(shí)噴漿手要垂直層面噴，噴射作業(yè)應(yīng)按分段分片依次進(jìn)行，同一分段噴射順序應(yīng)自下而上，注意觀察料的水量（不得有干料現(xiàn)象）和回彈情況，及時(shí)調(diào)整噴漿水量和距離，抽取砼試塊。嚴(yán)格掌握噴層厚度，表面平整度要求±30mm。噴砼前，埋設(shè)好噴射砼厚度的標(biāo)志，由專人負(fù)責(zé)檢查土釘制作、注漿、掛網(wǎng)等質(zhì)量是否符合設(shè)計(jì)要求，下達(dá)噴砼指令后才能開始噴砼。

4.7.9 降雨量過(guò)大引起基坑坍塌的預(yù)防措施：基坑的周邊砌筑20cm高的止水臺(tái)，作為通常情況下的擋水設(shè)施；配備足夠數(shù)量的草包，緊急時(shí)對(duì)基坑周圍施做圍堰，防止地面水大量流入坑內(nèi)。施工現(xiàn)場(chǎng)倉(cāng)庫(kù)配備足夠數(shù)量的潛水泵、泥漿泵。及時(shí)獲取天氣信息，預(yù)先做好準(zhǔn)備工作。加排水系統(tǒng)的能力，并加強(qiáng)管理保持其暢通。

4.7.10 基坑開挖過(guò)程中的監(jiān)測(cè)及監(jiān)控要求：為了保證本工程能安全順利完成，必須對(duì)邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，采用信息化施工，并及時(shí)掌握其變化和穩(wěn)定狀況。監(jiān)測(cè)前編制系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)實(shí)施方案并在施工中嚴(yán)格按監(jiān)測(cè)方案進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

4.8 支護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)

為保護(hù)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)在開挖及基礎(chǔ)施工期間的安全與穩(wěn)定，施工14天后進(jìn)行拔出破壞試驗(yàn)。另外，在基坑開挖前，就做出了詳細(xì)的施工監(jiān)測(cè)方案，對(duì)基坑進(jìn)行支護(hù)位移的量測(cè)（地表開裂狀態(tài)、位置、縫寬）的觀察，做好施工記錄，以備參考利用。

結(jié)論：

深基礎(chǔ)基坑支護(hù)工程施工技術(shù)措施科學(xué)、合理與否，直接影響到工程本身的質(zhì)量與進(jìn)度，并對(duì)工程經(jīng)濟(jì)效益提高與人身安全的保證起到關(guān)鍵性作用。本深基礎(chǔ)基坑支護(hù)工程自2008年8月初開始施工，9月底完成。10月中旬經(jīng)業(yè)主、監(jiān)理、質(zhì)監(jiān)站等多方共同抽樣檢測(cè)，各項(xiàng)質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求，工程被評(píng)為優(yōu)良。深基坑支護(hù)工程是近二十年來(lái)隨著城市高層建筑發(fā)展而發(fā)展的一門新的實(shí)踐工程學(xué)，它還有待于理論上的完善，如何選取一種在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)上都合理的支護(hù)類型，還必須充分考慮施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境、工程地質(zhì)條件以及具體的工程要求。

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