建筑工程深基坑土方開挖及支護施工技術

吳超

廣州市第二建筑工程有限公司 廣東 廣州 510000

引言

深基坑施工是建筑工程施工體系的重要組成部分，對施工工藝有嚴格的要求，一旦基坑土方與支護效果不理想，不但會影響到建筑基礎結構質量，嚴重時還將出現(xiàn)基坑塌陷、邊坡滑塌等一系列安全事故。因此，要結合現(xiàn)場的實際情況，做好現(xiàn)場的基坑開挖及支護作業(yè)，這樣才能保證建筑基礎部分的安全穩(wěn)定，保證施工的有序進行，進一步建設高品質建筑工程，實現(xiàn)工程預期建設目標。

1 工程概況

珠海橫琴保利華南總部大廈項目位于廣東省珠海市橫琴區(qū)，北側毗鄰匯通二路緊貼用地紅線，東南側毗鄰榮港道，西側毗鄰十字門大道，擬建1棟高度為211.75m的辦公樓、1棟72.6m高辦公樓和7棟低層商業(yè)樓。在深基坑工程中，基坑周長設定為560m，基坑開挖深度與底部標高分別設定為14.35m和-10.85m。

2 建筑工程深基坑土方開挖施工技術的流程要點

2.1 選擇開挖形式

現(xiàn)代建筑工程普遍選擇放坡開挖、直立壁拉錨開挖、中心島開挖、直立壁內支撐開挖等形式開挖深基坑土方，不同開挖形式的流程、適用條件與開挖效果存在明顯的差異，必須根據(jù)工程建設要求與現(xiàn)場水文地質條件進行合理選擇。例如，放坡開挖是在開挖深度較淺時配置挖土機直接開挖土方，在地下水位偏高是配置反鏟挖土機以及運土車輛開挖土方，在地層堅硬、地下水位偏低時修整地表坡度，使用運輸車輛持續(xù)將坑底土料向外運輸，該方法適用于現(xiàn)場地層構造穩(wěn)定的建筑工程。直立壁拉錨開挖多用于開挖深度較大的建筑工程，施工人員采取分層挖掘或是分區(qū)段挖掘方式，并在土方開挖期間穿插開展拉錨作業(yè)，要求錨桿位置與開挖范圍始終保持一致性。直立壁內支撐開挖多用于基坑深度大于挖土機極限挖掘深度的建筑工程，施工人員采取分層開挖方式，在土方開挖一定深度后搭建內支撐結構、形成良好支撐面，重復上述操作，完成剩余土方開挖與支護作業(yè)，有利于提高作業(yè)效率和保證現(xiàn)場作業(yè)安全。

2.2 土方開挖總體布置

土方開挖總體布置時，應綜合分析邊坡穩(wěn)定性、地下水位、支護結構受力狀態(tài)、開挖深度、機具設備型號與開挖方式等多項因素，明確出土口、出土坡道等部分的布置要求，科學制定土方開挖總體布置方案。通過科學布置，能夠有效預防和減少邊坡垮塌、基坑塌陷等安全事故的出現(xiàn)，確保在規(guī)定工期內完成深基坑土方開挖作業(yè)，并將基坑暴露時間控制在合理范圍內。在本項目中，根據(jù)工程現(xiàn)場情況，最終選擇在基坑南側中部設置出土口，將出土坡道的坡比設定為1∶5.5，在坡面上鋪設厚度為0.5～0.8m的碎石墊層并夯實處理，以及設置攪拌樁來加固出土坡道，避免運土車輛在場內行駛期間出現(xiàn)打滑問題[1]。

2.3 土方開挖程序

深基坑土方開挖是一項綜合性活動，如果盲目開展土方開挖作業(yè)，或隨意進行施工操作，都會對土方開挖速度、作業(yè)質量產生影響，施工期間，必須嚴格按照土方開挖的操作規(guī)范，嚴格控制施工過程。一般情況下，要求施工單位提前做好現(xiàn)場巖土勘察工作，掌握現(xiàn)場水文地質條件，探明地下管線與構筑物的分布情況，對作業(yè)區(qū)域內的地下設施進行加固保護或遷移處理，在作業(yè)區(qū)域周邊挖設排水溝、截水溝與布置輕型降水井點等排水設施。隨后，將挖掘機、運土車輛等設備在現(xiàn)場配置就位，在基坑作業(yè)面與出土口間隔區(qū)域修建單條或多條運輸車道，在車道表面鋪設并壓實適當厚度的磚渣。最后，施工人員操作挖掘機開展挖土作業(yè)，嚴格遵循“分層開挖”原則，首層開挖至規(guī)定的深度后，在作業(yè)面搭設支護結構，再完成剩余基坑土方開挖作業(yè)，并在坑底標高接近設計標高時，預留20～30cm，由機械開挖方式切換為人工開挖方式，重點檢查是否存在超挖、欠挖問題，人工補挖欠挖部位和回填夯實超挖部位，并將坑底平整處理，檢查平整度與壓實度是否達標，然后及時施做墊層及底板，即可完成深基坑土方開挖作業(yè)。

2.4 土方開挖技術要點

為順利完成深基坑土方開挖任務，施工人員要按照深基坑土方開挖的技術要求，杜絕錯誤操作行為。在本項目中，最終采取平面分段、豎向分層方式開挖土方，分別將平面開挖長度控制在20～30m內、豎向分層開挖厚度控制在1.0～1.5m內，要求土方開挖期間不對現(xiàn)場所打入工程樁和鋼立柱結構狀態(tài)造成明顯影響，并將開挖順序設定為從上到下，在各錨索豎向間距內布置一處開挖層。隨后，施工人員操作挖土機等設備開挖土方，遵循隨挖隨運原則，將開挖土料運往基坑作業(yè)面15m范圍外臨時堆放，在支護墻位置預留厚度不小于0.2m的厚土層起到支護樁保護作用。待基坑開挖至設計標高后，要求施工人員在坑底預留厚度在0.3～0.5m左右的土石方，以此來延長基坑暴露時間，在后續(xù)開展主體開挖作業(yè)時，再采取人工開挖方式來清理坑底、坑壁處預留的厚土層[2]。

3 建筑工程深基坑支護施工技術種類與要點

3.1 錨噴支護

錨噴支護是在現(xiàn)場搭建由錨桿、鋼筋網(wǎng)與混凝土面板三者組成的支護結構，起到限制基坑坑壁自由變形發(fā)展、改善應力分布情況等作用，具備支護效果穩(wěn)定、可同步開展土方開挖與支護作業(yè)的優(yōu)點，本項目最終選用錨噴支護作為深基坑支護形式。同時，為保證作業(yè)安全，必須配合開展土方開挖與錨噴支護作業(yè)，在各層土方開挖完畢后及時搭設錨噴支護結構，并在上層基坑支護完畢、混凝土面板強度達到75%以上設計強度后，再行開挖下層土方。

錨噴支護技術主要由鉆進成孔、錨桿安裝、掛網(wǎng)、混凝土噴射四道步驟組成。其中，在鉆進成孔步驟，施工人員參照圖紙或現(xiàn)場打入的標記樁來確定各處錨桿孔位置，使用鉆機鉆進成孔，要求錨桿孔位置偏差小于0.2m、孔徑略大于錨桿直徑、鉆孔深度誤差在±10cm以內，并清理孔內灰塵，檢查錨桿孔是否存在偏斜問題。在錨桿安裝步驟，施工人員在完成清孔后的孔內安放經檢驗合格的錨桿，然后將水泥漿用壓漿泵通過耐壓膠管注入錨孔內，將錨桿靜置一段時間等待水泥漿液固結成型，后續(xù)檢測水泥漿強度及錨桿抗拔力是否達標。在掛網(wǎng)步驟，根據(jù)基坑支護要求來選用適當規(guī)格的鋼筋網(wǎng)，本項目選用Φ8@200×200鋼筋網(wǎng)，按照井字型布置，采取搭接方式來綁扎鋼筋網(wǎng)和水平加強筋，使用焊接方式將鋼筋網(wǎng)的水平加強筋固定在錨桿露出部位上，使錨桿與鋼筋網(wǎng)保持共同受力狀態(tài)[3]。最后，在混凝土噴射步驟，提前在現(xiàn)場準備噴射機等設備與混凝土料，檢查混凝土坍落度是否達標，施工人員保持噴頭與受噴面的垂直狀態(tài)，分段分層完成混凝土噴射作業(yè)，按照從下到上順序噴射混凝土，重點檢查混凝土厚度、表面平整度、噴頭與受噴面距離是否達標，最終將混凝土面板抹壓整平，養(yǎng)護一段時間等待混凝土強度達標即可。

3.2 深層攪拌樁支護

深層攪拌樁主要以水泥攪拌樁為主，在工程現(xiàn)場選擇各處樁位，配備深層攪拌機等設備，操縱攪拌機對現(xiàn)場土層進行強制攪拌，攪拌期間持續(xù)投加水泥等固化劑，固化劑與土體顆粒相互接觸后產生一系列物化反應，攪拌一段時間后固結成型，形成具備較高強度與良好承載性能的樁體，起到提高地基強度、保持基坑結構穩(wěn)定狀態(tài)與擋水等多重作用。目前來看，深層攪拌樁支護技術常用于現(xiàn)場分布淤泥土層、黏土層等特殊地層的建筑工程。

在深層攪拌樁施工期間，提前在現(xiàn)場選擇一處試驗段，根據(jù)試樁成型質量來優(yōu)化技術方案，確定攪拌時間、攪拌深度與速度等工藝參數(shù)的最佳值，如在現(xiàn)場分布軟弱土層、成樁質量不理想時，可適當增加水泥摻量與攪拌次數(shù)。隨后，將攪拌機運輸就位，要求樁位偏差小于5cm，啟動攪拌機強制攪拌土層，把預攪下沉速度和充分攪拌升降速度保持在1m/min左右，水泥摻量不得低于15%，噴漿壓力值控制在0.4MPa以上，到達攪拌時間與次數(shù)后，停止攪拌作業(yè)，重復上述操作完成剩余樁身攪拌作業(yè)，后續(xù)檢查成樁質量是否達標[4]。

3.3 內支撐

內支撐支護體系由內支撐件、擋土結構組成，后者負責在深基坑開挖期間發(fā)揮擋土、擋水作用，并把側向壓力傳遞至內支撐件承受，既可以維持基坑結構穩(wěn)定狀態(tài)，同時，還可以有效預防基坑滲水、坑底突涌水等問題出現(xiàn)。在本項目中，考慮到工程現(xiàn)場分布淤泥土層，為保證基坑作業(yè)安全，選用內支撐支護形式，組織現(xiàn)場人員開挖深基坑土方，待坑底開挖到內撐梁底標高部位后，設置內撐梁起到支護作用，在梁底位于淤泥層時則繼續(xù)向下開挖一段距離、原位換填土層，要求換填層寬度略大于支撐梁寬。隨后，施工人員將內撐梁底部土層夯實處理，澆筑混凝土墊層，待墊層強度達標后按順序依次安裝內撐梁鋼筋與側模板，在內撐梁垂直方向設置3道對拉螺栓，將螺栓水平間距控制在0.6m，并將對拉螺栓和蝴蝶扣進行聯(lián)結處理。

4 建筑工程深基坑施工注意事項

4.1 臨邊防護

深基坑施工現(xiàn)場環(huán)境復雜，在基坑坑壁邊緣部位可能出現(xiàn)人員踩空、高處墜落等工程事故，存在安全隱患。因此，為保證作業(yè)安全，施工單位應在工程現(xiàn)場采取臨邊防護措施，由測量人員參照施工圖紙與利用平面高程控制點在現(xiàn)場測量安全護欄平面位置，在現(xiàn)場打入鋼釘或木樁作為標記物。施工人員在基坑邊緣冠梁頂?shù)扰R邊部位通過膨脹螺栓安裝定型化安全護欄，后續(xù)在護欄上掛施工警示牌即可，定期檢查安全護欄是否出現(xiàn)破損、牢固等問題。

4.2 降排水施工

在深基坑施工期間，受到地下水與地表徑流影響，可能出現(xiàn)基坑塌陷、坑底突涌水、側壁漏水等問題，干擾深基坑土方開挖作業(yè)的正常開展，影響基坑支護效果，嚴重時還會出現(xiàn)安全事故。因此，施工單位需要在深基坑施工期間做好降排水作業(yè)。一般情況下，需要在基坑頂部與底部挖設排水溝，將排水溝坡度控制在1%左右，在重力作用下，引導坑內積水和地表徑流排出基坑作業(yè)區(qū)域。而在工程現(xiàn)場地下水位偏高、波動幅度較大情況下，則需要在工程現(xiàn)場沿排水溝每隔40m或20m布置一處集水井，采取井點降水方式，待現(xiàn)場地下水位超標時，啟動井內水泵持續(xù)抽排地下水，以此來降低地下水位，避免基坑受到地下水侵蝕浸泡。

4.3 基坑監(jiān)測

在建筑深基坑施工期間，受到地下水浸泡、地質活動、人為操作等因素影響，基坑結構狀態(tài)與支護效果存在不確定性，有可能出現(xiàn)支護提前失效等安全問題。因此，為提高作業(yè)安全系數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)并消除各類隱患因素，施工單位需要同步開展基坑監(jiān)測作業(yè)，設立地下水位監(jiān)測、支護結構垂直與水平位移監(jiān)測、支撐軸力監(jiān)測、土體側向位移監(jiān)測等項目。隨后，根據(jù)監(jiān)測要點，在工程現(xiàn)場布置若干監(jiān)測點位。例如，在支護結構垂直與水平位移監(jiān)測項目中，應在基坑監(jiān)測平面范圍內沿坑壁每隔20m布置一處監(jiān)測點，在支護結構變形監(jiān)測項目中于基坑兩側支護結構中設置測斜孔，要求孔深與樁身保持一致狀態(tài)，在孔內放入測斜管[5]。最后，在深基坑土方開挖與支護過程中，定期采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，對比監(jiān)測值與額定值，以此來判斷是否出現(xiàn)支護結構變形程度超標、現(xiàn)場地基過度沉降、支護結構失效等問題，根據(jù)所發(fā)現(xiàn)問題修改施工技術方案。

5 結束語

綜上所述，深基坑施工是現(xiàn)代建筑工程基礎施工的重要環(huán)節(jié)，為保證基礎施工質量達標，施工單位必須提高對深基坑土方開挖與基坑支護技術的重視，根據(jù)工程現(xiàn)場情況選擇恰當土方開挖方式與支護形式，明確施工流程，全面掌握技術操作要點，并在施工期間著重關注臨邊防護、降排水施工與基坑監(jiān)測環(huán)節(jié)，為后續(xù)主體結構施工作業(yè)奠定堅實的基礎。