深基坑土石方施工工藝探究

葉曉樺

福建迅暉建設(shè)工程有限公司

1 工程概況

基坑位于南平市延平區(qū)大家廠片區(qū)，本工程為“開元·濱江陽光”5#地塊A 區(qū)主體1#～2#基坑支護(hù)及基礎(chǔ)石方工程，長約100m，寬約40m，石方工程范圍基坑面積約3500m2，5#～1#及5#～2#基坑?xùn)|側(cè)開挖及施工期間存在高21.5m～25.4m的永久性邊坡。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，場地巖土層主要為中風(fēng)化花崗，承載力特征值為2.5MPa，屬堅(jiān)硬巖，力學(xué)性能高，工程性能良好，且無軟弱下臥層及臨空面。

2 深基坑開挖常見的安全隱患及危害

深基坑往往具備較大的施工面積和相當(dāng)?shù)纳疃?，因此容易形成開挖邊坡，產(chǎn)生邊坡穩(wěn)定、基坑支護(hù)、地表水和地下水的處理等相關(guān)問題。深基坑開挖造成的安全事故多為支護(hù)不到位，盲目的趕進(jìn)度導(dǎo)致，一旦形成邊坡失穩(wěn)或者塌方事故問題，將造成嚴(yán)重的人身傷亡并對(duì)周圍建筑物安全帶來巨大風(fēng)險(xiǎn)。基坑塌方是一種極其嚴(yán)重的工程事故，一般是由于土石方的滑動(dòng)力矩大于土體和支護(hù)結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的的抗滑力矩而發(fā)生滑動(dòng)破壞，常常具有突發(fā)性，塌落的土石方易掩埋工程機(jī)械、工作人員、破壞工作面，造成人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重影響工程安全。由于基坑壁的塌陷導(dǎo)致基坑周圍土壤的位移和沉降，造成與基坑毗鄰的建筑物的基礎(chǔ)與地基脫離而趨向失穩(wěn)，從而導(dǎo)致上部設(shè)施和建筑物開裂，傾斜和不均勻沉降；引起相鄰道路路面破壞和路基局部塌陷，影響交通運(yùn)輸和安全，損壞市政管網(wǎng)系統(tǒng)，嚴(yán)重時(shí)管道爆裂，影響公共安全。

3 土石方施工工藝比選

深基坑土石方施工常常采用爆破、人工方式，機(jī)械切割等多種方案，但是各方案有其特定的使用場景，在本工程的施工條件下分析三種施工方案，并從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)角度進(jìn)行比選，確保施工方案適應(yīng)本工程現(xiàn)場施工條件。

3.1 爆破

爆破法的施工原理是將炸藥放置在預(yù)備鉆孔內(nèi)，炸藥點(diǎn)燃后，內(nèi)部裝藥爆炸所產(chǎn)生的的高溫高壓氣體，劇烈的沖擊孔壁周圍土石體，激發(fā)的球狀應(yīng)力波在巖土體產(chǎn)生巨大的徑向壓力，使土石破碎[1]。爆破法有著經(jīng)濟(jì)效益好，能有效提高深基坑開挖進(jìn)度的諸多優(yōu)勢，在工程量巨大的的深基坑，金屬礦山中有著廣泛應(yīng)用。但是城市建設(shè)中有一定的局限性，如在密集建筑區(qū)，實(shí)施大范圍的爆破過程中，會(huì)伴隨較大的爆破振動(dòng)，巨大的噪聲和粉塵等附加效應(yīng)，同時(shí)爆破產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)附近建筑物的結(jié)構(gòu)安全的危害不容忽視。需考慮設(shè)置相應(yīng)的減振措施，預(yù)防爆破對(duì)鄰近設(shè)施，設(shè)備的不良影響。

3.2 人工方式

主要是通過人力的方式將土石破碎，適用于小規(guī)模，一般性工程項(xiàng)目，但是勞動(dòng)效率較低，成本昂貴。

3.3 機(jī)械切割+破碎方案

采用切割機(jī)按照放設(shè)時(shí)定位的切割線切割土石方，然后利用炮錘式挖掘機(jī)分區(qū)域進(jìn)行破碎。該方案無明顯振動(dòng)波，避免爆破噪聲對(duì)城市生產(chǎn)生活的影響，以及粉塵顆粒、飛石和有害氣體對(duì)周邊環(huán)境造成的風(fēng)險(xiǎn)，有利于推進(jìn)文明施工建設(shè)。

3.4 工程背景下比選結(jié)果

基于三種常見的土石方開挖方案特點(diǎn)，本工程易采用機(jī)械切割+破碎的方案。工程案例位處鬧市區(qū)，房屋密集，采用爆破方案對(duì)社會(huì)影響較大，需有效設(shè)置降振措施增加成本，并且需第三方檢測。由于項(xiàng)目規(guī)模相對(duì)較大，人工方案不易于控制成本和施工進(jìn)度。

4 深基坑土石方開挖

4.1 準(zhǔn)備工作

工程施工前應(yīng)做好技術(shù)準(zhǔn)備、機(jī)械設(shè)備準(zhǔn)備和施工現(xiàn)場準(zhǔn)備工作。技術(shù)準(zhǔn)備首先由工程人員進(jìn)行圖紙審閱，進(jìn)行技術(shù)交底和圖紙會(huì)審，安排施工負(fù)責(zé)人員熟悉圖紙，編制施工流程，做好正式施工前的試驗(yàn)工作。機(jī)械設(shè)備采用3臺(tái)容積為1.4m3的挖掘機(jī)、3 臺(tái)桿徑為135mm 的炮錘挖掘機(jī)，3 臺(tái)120kW、510 型切割機(jī)（如圖1所示）、9臺(tái)15T運(yùn)輸車和3臺(tái)水泵、泥泵。

施工現(xiàn)場配置臨時(shí)性開挖專用線路，整個(gè)開挖現(xiàn)場分為3個(gè)區(qū)域進(jìn)行作業(yè)，各個(gè)工作面配置完備的切割機(jī)、挖掘機(jī)、炮錘挖掘機(jī)和配電設(shè)備，保障各區(qū)域快速施工。

圖1 切割機(jī)

4.2 基坑開挖

4.2.1 基坑開挖的主要步驟

（1）放線并確定各區(qū)域切割邊線→（2）安裝切割機(jī)底架導(dǎo)軌，確保導(dǎo)軌水平放置→（3）安裝巖石切割機(jī)和適宜刀片→（4）安裝抽水泵和冷卻水軟管→（5）檢查機(jī)械性能與穩(wěn)定性→（6）移動(dòng)切割機(jī)械→（7）人工打排鉆→（8）炮錘式挖掘機(jī)破碎→（9）土石料運(yùn)輸。

4.2.2 基坑土石方開挖的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)

在場地整平之前，應(yīng)使用原始場地上各個(gè)控制節(jié)點(diǎn)的位置和高程來測量和確定施工場地的水平和范圍。觀察施工現(xiàn)場的障礙物，制定計(jì)劃，并征得主管單位的許可，拆除影響基坑開挖施工的建筑物和構(gòu)筑物[2]；遷移或改造通訊和電力設(shè)施，水管，煤氣管等市政設(shè)備，防止破壞重要基礎(chǔ)設(shè)施。依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙合理支護(hù)基坑周邊永久性邊坡，利用場地條件設(shè)計(jì)排水溝、截水溝等措施保持施工現(xiàn)場干燥，方便施工。在測量過程中依照施工方案選用的機(jī)械設(shè)備和現(xiàn)場土石硬度情況，合理設(shè)置縱向及橫向切割線。切割過程中遵循“開槽支撐,先撐后挖,分層開挖,嚴(yán)禁超挖”的原則。第一層先切割原地面較高處，逐步減少以下各層工作面高差，使各層趨于平整。橫向切割線間距1.5m，縱向切割線間距6m，切割深度120cm，有效切割深度為100cm，各層搭接高度為20cm。切割時(shí)確保冷卻水充足，冷卻水同時(shí)能有效控制切割粉塵，優(yōu)化施工環(huán)境。

4.3 基坑開挖注意事項(xiàng)

在進(jìn)行基坑施工開挖之前，依照?qǐng)D紙檢查基坑軸線的位置和水準(zhǔn)點(diǎn)的高程。在施工期間，堆放在基坑旁的土石方不得大于設(shè)計(jì)負(fù)荷，及時(shí)清理開挖的土石料。在開挖施工過程中，應(yīng)加強(qiáng)工作面豎直方向的標(biāo)高測量，防止因超挖擾動(dòng)下層巖石而影響施工質(zhì)量，同時(shí)在雷雨天氣下，應(yīng)觀察和監(jiān)測支護(hù)結(jié)構(gòu)和周圍環(huán)境，預(yù)防和及時(shí)處理異常情況。

5 深基坑開挖邊坡支護(hù)

巖土體深基坑錨噴網(wǎng)支護(hù)，是近年來在工程實(shí)例中應(yīng)用較廣泛的技術(shù)，本文介紹案例基坑?xùn)|側(cè)施工期間存在高21.5～25.4m 的永久性邊坡，并且開挖過程中會(huì)因放坡產(chǎn)生新的邊坡，因此采取合理有效的邊坡防治必不可少。錨噴網(wǎng)支護(hù)是基于錨桿錨與周圍巖土體形成的摩擦力將來自巖土體的主動(dòng)土壓力傳遞至巖土體內(nèi)部的受拉桿件。

5.1 錨噴網(wǎng)施工工藝

（1）根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)放坡系數(shù)進(jìn)行修坡。

（2）使用液壓錨桿鉆機(jī)，在鉆孔過程中使用固定支架，確保鉆機(jī)穩(wěn)定性，防止鉆桿四處晃動(dòng)，在鉆孔完成后及時(shí)清孔。

（3）放置錨桿時(shí)再次檢查孔位，確?？孜煌旰?，利用點(diǎn)焊法將Φ20鋼筋和Φ8螺紋鋼筋彎折而成的U形支座進(jìn)行焊接，U形支座一放面用來保證錨桿鋼筋處于孔位中心位置；另一方面提高灌漿后錨桿的抗拔性能。

（4）在錨桿鋼筋放置完畢后，為防止孔位坍塌應(yīng)及時(shí)進(jìn)行灌漿，鉆孔內(nèi)采用M30砂漿，水灰比為水泥∶砂∶外加劑∶水=1∶2.7∶0.018∶0.38，稠度控制在16s～20s，水泥品類為普通硅酸鹽水泥P.O42.5。值得注意的是在制備孔位砂漿時(shí)應(yīng)采取模型試驗(yàn)確定合理的配合比和塌落度，有足夠的初凝時(shí)間。

（5）采用Φ6.5 螺紋鋼筋設(shè)置間距為250mm×250mm 雙向掛網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)與孔內(nèi)錨桿鋼筋進(jìn)行焊接形成整體，然后在網(wǎng)面上均勻噴射10cm厚的混凝土砂漿，此階段應(yīng)防止漏筋現(xiàn)象。

6 結(jié)論

本文所涉工程案例通過多種施工方案分析，選定經(jīng)濟(jì)效益和工作效率較高的機(jī)械切割+破碎方案處理深基坑土石方開挖，在施工過程中為保障邊坡穩(wěn)定性，針對(duì)深基坑邊坡和永久性邊坡采取噴錨網(wǎng)支護(hù)，介紹了噴錨網(wǎng)支護(hù)的施工流程。其次認(rèn)真做好基坑邊坡和永久邊坡的監(jiān)測工作，同時(shí)開挖階段控制好切割速度，禁止超挖。該組合方案從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的合理性出發(fā)及施工期間的注意事項(xiàng)為其他工程提供一定的指導(dǎo)意義。