用系統(tǒng)工程方法對(duì)待地下工程設(shè)計(jì)與施工

張幸洪 趙紅衛(wèi) 李果紅

(廣東大德通建筑工程有限公司，廣東 珠海 519000)

目前建筑市場(chǎng)較為普遍的現(xiàn)象是總包單位擅長(zhǎng)主體結(jié)構(gòu)的施工組織管理，而將樁基、土方、基坑等專業(yè)性強(qiáng)的項(xiàng)目分包給專業(yè)隊(duì)伍，往往出現(xiàn)總包單位考慮主體結(jié)構(gòu)的成分過(guò)多，而忽視分包工程的專業(yè)特點(diǎn)及要求，顧此失彼；反之，專業(yè)分包隊(duì)伍過(guò)分強(qiáng)調(diào)自身的施工需要而忽視整體的協(xié)調(diào)推進(jìn)。雖有總包的領(lǐng)導(dǎo)及協(xié)調(diào)，但內(nèi)耗難免，工序銜接粗糙生硬，或問(wèn)題暴露后，方倉(cāng)促應(yīng)對(duì)，缺乏前瞻性或系統(tǒng)性籌劃，無(wú)疑造成工期耽擱或成本增大，甚至直接導(dǎo)致較大質(zhì)量、安全事故。

如何解決這些問(wèn)題，筆者認(rèn)為單靠強(qiáng)調(diào)某一方主體的責(zé)任心、專業(yè)能力、配合意識(shí)是不夠的，而是要將地下工程任務(wù)要求、施工條件、各方主體、各工種工序等要素納入到系統(tǒng)中來(lái)，統(tǒng)一籌劃、綜合布局、協(xié)調(diào)推進(jìn)，即按系統(tǒng)工程方法處理地下工程，方能達(dá)到系統(tǒng)最優(yōu)。

1 用系統(tǒng)工程方法對(duì)待地下工程設(shè)計(jì)與施工

1.1 從勘察設(shè)計(jì)源頭抓起

1.1.1 勘察

一般勘察報(bào)告大都在用地紅線以內(nèi)布孔勘察，這對(duì)指導(dǎo)樁基設(shè)計(jì)是基本滿足的，但對(duì)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)是不夠的。按基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程，勘察布孔需在基坑邊界以外(1～2)H范圍內(nèi)(H為基坑開(kāi)挖深度)，對(duì)于軟土，鉆孔布置范圍尚應(yīng)擴(kuò)大；對(duì)于錨桿結(jié)構(gòu)，鉆孔布置范圍應(yīng)滿足錨桿的設(shè)計(jì)與施工對(duì)巖土特性的要求?？辈觳粌H需提供基坑周邊的地質(zhì)條件，還需通過(guò)物探、槽探、或到檔案館查資料的方式，獲取基坑四周地下管線埋設(shè)及分布的詳細(xì)資料，掌握周邊既有建構(gòu)筑物地下室及樁基設(shè)計(jì)資料，并在勘察報(bào)告中反映出來(lái)，即勘察報(bào)告要為基坑支護(hù)設(shè)計(jì)服務(wù)。

1.1.2 樁基

我們平?？吹降臉痘O(shè)計(jì)一般包括：樁基平面布置圖、樁身結(jié)構(gòu)大樣等內(nèi)容。至于樁基在哪個(gè)工作面施工，挖土對(duì)樁基的影響及如何保護(hù)，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)與樁基施工的相互影響及規(guī)避，則設(shè)計(jì)文件中鮮有提及。

在沿海地區(qū)，廣泛分布著深厚淤泥區(qū)，在此類地區(qū)打管樁，無(wú)論作業(yè)面在地表還是在坑底，均面臨地基松軟，樁機(jī)下陷的問(wèn)題。為此，通常在樁機(jī)作業(yè)面上鋪(換)填一層碎石土或建筑垃圾墊層。在地表打樁鋪填墊層，基坑開(kāi)挖時(shí)又要挖除，會(huì)造成成本無(wú)謂的增加，更大的問(wèn)題是在淤泥層開(kāi)挖土方時(shí)，因淤泥的蠕動(dòng)、流動(dòng)，易造成管樁的傾斜、剪切破壞。要杜絕此類現(xiàn)象發(fā)生，常采用的方法有兩種：(1)先對(duì)場(chǎng)區(qū)軟土進(jìn)行地基處理，如，塑料排水+堆載預(yù)壓方案，對(duì)基坑底淤泥采用格柵狀攪拌樁加固方案，再在地表或坑底打樁。(2)先支護(hù)并開(kāi)挖基坑至設(shè)計(jì)底標(biāo)高，然后往下?lián)Q填0.8m～1.5m厚的碎石土墊層，再進(jìn)行坑底打樁。在坑底打樁，還面臨邊樁施工工作面的問(wèn)題。這些問(wèn)題最好在設(shè)計(jì)中加以解決，但在樁基設(shè)計(jì)中解決似不合適，而基坑設(shè)計(jì)顯然就責(zé)無(wú)旁貸了。

1.1.3 土方

至于土方開(kāi)挖工程，通常都沒(méi)有上升到設(shè)計(jì)的高度。普遍認(rèn)為土方開(kāi)挖是個(gè)“力氣活”，而不是個(gè)“技術(shù)活”，一般僅在施工組織設(shè)計(jì)里面編制一個(gè)土方開(kāi)挖方案即可。實(shí)際施工中，總包方往往選擇有當(dāng)?shù)刭Y源的土方老板分包，只要土方老板有足夠的挖機(jī)、車輛，能搞定交警環(huán)保即可，而土方老板則是從如何快速高效出土為衡量標(biāo)準(zhǔn)，至于開(kāi)挖方式是否按設(shè)計(jì)要求，有沒(méi)有對(duì)樁基或支護(hù)結(jié)構(gòu)帶來(lái)危害，則是他們?nèi)菀缀鲆暤膬?nèi)容，這恰恰是地下工程的一個(gè)重大誤區(qū)或“黑洞”，很多基坑或樁基出問(wèn)題都是因土方開(kāi)挖而起。

事實(shí)上，土方開(kāi)挖是支護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分，如邊坡放坡、土釘墻或錨桿施工分層開(kāi)挖深度等，在設(shè)計(jì)圖紙中一般都會(huì)明確表達(dá)，施工中需嚴(yán)格按圖施工。

1.1.4 基坑

同樣，在基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中，一般只提供支護(hù)結(jié)構(gòu)的平面、剖面圖，并附上支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工要求的文字說(shuō)明，至于樁基、土方施工對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)施工的影響及克服，甚至對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)安全帶來(lái)的傷害及防范，則少有觸及。

基坑設(shè)計(jì)不僅要考慮諸多因素對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)帶來(lái)的影響，更要將樁基施工、土方開(kāi)挖、地下主體結(jié)構(gòu)施工中可能出現(xiàn)的問(wèn)題囊括進(jìn)來(lái)，通過(guò)基坑設(shè)計(jì)提前加以系統(tǒng)解決，從而為地下工程施工保駕護(hù)航。

1.2 重視地下工程施工前的設(shè)計(jì)技術(shù)交底

地下工程難度大、風(fēng)險(xiǎn)高，涉及專業(yè)分包內(nèi)容多，施工工藝、工序多而復(fù)雜，這就要求相關(guān)施工單位能充分了解該地下工程設(shè)計(jì)技術(shù)要求，充分領(lǐng)會(huì)設(shè)計(jì)意圖；了解必須達(dá)到的指標(biāo)，必須規(guī)避的問(wèn)題或隱患；了解各專業(yè)工程施工的時(shí)空關(guān)系、相互影響、相互鋪墊、相互制約及各工藝、工序如何緊密銜接。

地下工程施工前的設(shè)計(jì)技術(shù)交底原則上由業(yè)主方召集，設(shè)計(jì)、勘察、基坑專業(yè)設(shè)計(jì)單位、總包、專業(yè)分包出席。在此交底會(huì)上，應(yīng)突出基坑專業(yè)設(shè)計(jì)單位的核心地位。

1.3 施工過(guò)程的控制

施工單位需根據(jù)圖紙、技術(shù)交底精神，編制詳細(xì)施工組織設(shè)計(jì)，重點(diǎn)理清各專業(yè)工程平行或交叉作業(yè)的時(shí)空關(guān)系。

以基坑設(shè)計(jì)為載體，本已規(guī)范了各專業(yè)工程施工順序及注意事項(xiàng)，但施工中偏離主旨思想，各行其道者時(shí)有發(fā)生。往往是土方違規(guī)、野蠻施工的多。如，在邊坡開(kāi)挖時(shí)不分層分段；在淤泥層開(kāi)挖時(shí)，勾機(jī)在邊坡上作業(yè)，擠壓土體滑移，造成管樁傾斜；勾機(jī)抓斗快速擺動(dòng)，碰壞管樁等，這些不良行為威脅基坑安全，損壞樁基礎(chǔ)，導(dǎo)致成本上升，將直接影響項(xiàng)目有序推進(jìn)。因此監(jiān)理對(duì)現(xiàn)場(chǎng)行使檢察監(jiān)督，總包對(duì)各方矛盾分歧進(jìn)行溝通協(xié)調(diào)顯得尤為重要。當(dāng)然把土方、樁基、基坑一起打包給一家基礎(chǔ)公司專業(yè)分包，也是系統(tǒng)處理地下工程的一種有效措施(合同措施)。

通過(guò)第三方監(jiān)測(cè)，隨時(shí)掌握基坑位移變形情況，是基坑工程必不可少的一環(huán)。一旦監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常，則需告知并詢?cè)O(shè)計(jì)處理意見(jiàn)，出現(xiàn)危及基坑安全的較大變形，則需啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，召集多方討論確定方案，并立即付諸實(shí)行。

2 基坑設(shè)計(jì)需考慮地下工程各方面因素

既然地下工程諸分項(xiàng)各自為政，而總包單位編撰的施工組織設(shè)計(jì)又缺乏專業(yè)性和權(quán)威性，那就應(yīng)該有一項(xiàng)專業(yè)設(shè)計(jì)，除表達(dá)自身專業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容外，還應(yīng)充當(dāng)?shù)叵鹿こ谈鞣猪?xiàng)工程間相互聯(lián)系的紐帶。一方面規(guī)范和梳理各分項(xiàng)工程開(kāi)展的技術(shù)要求、時(shí)空順序、協(xié)調(diào)配合關(guān)系，即如何有效而緊密銜接，從而達(dá)到系統(tǒng)最優(yōu)；另一方面規(guī)避因缺失的統(tǒng)籌可能帶來(lái)的效益損失，乃至質(zhì)量安全事故。這一角色非基坑設(shè)計(jì)莫屬。從系統(tǒng)大局著眼，統(tǒng)籌考慮基坑的設(shè)計(jì)對(duì)地下工程順暢運(yùn)行起著駕護(hù)航作用。

2.1 基坑設(shè)計(jì)對(duì)土方開(kāi)挖及回填的考慮

(1)土方放坡為支護(hù)結(jié)構(gòu)型式的一種，在場(chǎng)地條件允許的前提下，能放坡則優(yōu)先考慮放坡開(kāi)挖方案。

(2)錨桿、土釘?shù)戎ёo(hù)結(jié)構(gòu)，決定了土方開(kāi)挖必須分層分段進(jìn)行，不得超挖。

(3)關(guān)于基坑邊緣承臺(tái)開(kāi)挖：對(duì)密集承臺(tái)分布區(qū)，基坑設(shè)計(jì)深度按原基坑深度加上承臺(tái)厚度考慮；對(duì)存在一定間距或稀疏承臺(tái)分布區(qū)，則按原基坑深度設(shè)計(jì)考慮，但要求土方開(kāi)挖中，對(duì)邊緣承臺(tái)跳挖，每挖好一個(gè)承臺(tái)，則立即澆筑墊層、砌筑磚胎模。

(4)關(guān)于電梯井等坑中坑，原則上需設(shè)計(jì)有二次支護(hù)結(jié)構(gòu)；對(duì)存在標(biāo)高顯著變化(如一、二層地下室)的臨界面，也需設(shè)計(jì)支護(hù)結(jié)構(gòu)。土方開(kāi)挖時(shí)，原則上先挖深坑、后挖淺坑。

(5)若在淤泥區(qū)坑底打樁，需對(duì)坑底淤泥換填1m～2m厚度，換填土有關(guān)參數(shù)、方式方法均應(yīng)在基坑設(shè)計(jì)中表達(dá)出來(lái)。

(6)巧用淤泥蠕變、流變特點(diǎn)。淤泥具有蠕變、流變特點(diǎn)，這對(duì)邊坡穩(wěn)定是不利的，但發(fā)生蠕變、流變需要一定時(shí)間，假如在施工中，把時(shí)間控制得較短，不給蠕變、流變發(fā)生的機(jī)會(huì)或抗剪強(qiáng)度衰減很小，則設(shè)計(jì)勿需為此大費(fèi)周折。在淤泥區(qū)坑底換填土，只要換填及時(shí)，則基坑計(jì)算深度勿需全部加上換填厚度。同理，對(duì)基坑邊緣的單個(gè)承臺(tái)，采取隨挖隨澆墊層砌磚胎模的緊密工序，也不需增加基坑設(shè)計(jì)深度，但對(duì)于緊挨著或連片分布的邊緣承臺(tái)，則需加大基坑設(shè)計(jì)深度。

(7)在淤泥區(qū)的基坑開(kāi)挖，若原始地面標(biāo)高不夠，在基坑支護(hù)及地下室結(jié)構(gòu)完成，需回填土方時(shí)，要避免因土方回填方式的錯(cuò)誤，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)形成水平推力而造成樁基的剪切破壞。

2.2 基坑設(shè)計(jì)對(duì)樁基礎(chǔ)的考慮

2.2.1 在自然地表施工樁基礎(chǔ)

原則上樁基施工在前，支護(hù)樁施工隨后。若先施工支護(hù)樁，在邊緣基礎(chǔ)樁施工時(shí)，需考慮擠土效應(yīng)對(duì)支護(hù)(帷幕)樁的影響，尤其是帷幕樁強(qiáng)度低，易被擠壓破壞。因此，從樁基施工順序安排上，應(yīng)從基坑邊緣區(qū)向中間區(qū)推進(jìn)，或從已施工支護(hù)(帷幕)樁的閉口側(cè)向尚未施工支護(hù)(帷幕)樁的開(kāi)口側(cè)推進(jìn)。

2.2.2 在坑底施工樁基礎(chǔ)

在坑底施工樁基礎(chǔ)因其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，而越來(lái)越受到基坑設(shè)計(jì)者親睞。但需考慮以下因素。

(1)受坑底作業(yè)面限制，邊樁需在自然地表先打。納入先打的邊樁范圍與施工工藝有關(guān)，如靜壓樁機(jī)所需作業(yè)面較大，則靜壓樁機(jī)施工所需的最小寬度即為前期需先打的邊樁范圍。

(2)若坑底恰好處于淤泥層，則需對(duì)坑底表層1m～2m厚淤泥先換填碎石土，方能滿足樁機(jī)作業(yè)要求。在基坑設(shè)計(jì)深度上也需考慮換填土的厚度。

(3)在坑底施工錘擊樁，納入地表先施工的邊樁，除了需考慮錘擊樁樁機(jī)作業(yè)面寬度外，還需考慮錘擊振動(dòng)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響。

2.2.3 坑內(nèi)外均有工程樁的情形

因上部建筑分區(qū)，經(jīng)常遇到坑內(nèi)坑外同時(shí)有工程樁的情形，這對(duì)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)帶來(lái)較大麻煩：一則坑外樁肯定會(huì)限制部分支護(hù)結(jié)構(gòu)型式的采用，如錨桿、放坡、占用寬度較大的重力式擋墻等；二則對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形提出更高要求，因?yàn)檩^大邊坡位移將會(huì)影響坑外工程樁的垂直度。

可用如下方案應(yīng)對(duì)。

(1)坑外樁先不打，待地下室土方回填后再打。

(2)若坑外樁范圍不大，可將坑外樁全部納入到基坑支護(hù)開(kāi)挖范圍內(nèi)，在坑底施打這些“坑外樁”，待地下室外剪力墻完成，先將坑外樁接長(zhǎng)至設(shè)計(jì)標(biāo)高，再回填土至相應(yīng)標(biāo)高。

(3)先在自然地表施工支護(hù)樁及坑外樁，支護(hù)樁采用剛性好、變形小、寬度不大的結(jié)構(gòu)，甚至可考慮將坑外樁樁頂?shù)装逋庋?，與支護(hù)樁錨固成一體，可有效控制邊坡及坑外樁位移。

2.3 基坑設(shè)計(jì)需考慮土方開(kāi)挖對(duì)工程樁的影響

基坑設(shè)計(jì)還需考慮土方開(kāi)挖對(duì)樁基礎(chǔ)的影響。尤其在淤泥區(qū)開(kāi)挖土方，需考慮淤泥的流動(dòng)會(huì)推歪樁體或?qū)痘斐杉羟衅茐摹?/p>

2.3.1 基坑設(shè)計(jì)對(duì)水的考慮

南方地區(qū)受降水影響，地下水位變化較大。地下水水位過(guò)高對(duì)基坑工程有百害而無(wú)一利，事實(shí)上，很多基坑工程出事都是因水而起。水是基坑安全的頭號(hào)大敵。

若能降水或降低土層含水量，則土體物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)立刻大為改善。但降水對(duì)滲透性好的土層經(jīng)濟(jì)有效；對(duì)粘性土層，則降水是個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，而降低其含水量則更是件困難的事，需輔之以電滲、塑料排水板等法，性價(jià)比不高。

在基坑設(shè)計(jì)中，往往存在一個(gè)誤區(qū)，就是地下水不應(yīng)流入基坑，需設(shè)置止帷幕將其拒之基坑外，止水帷幕的頂標(biāo)高，取決于豐水季水位高。這一理念勢(shì)必帶來(lái)基坑成本的增加及安全隱患的增大。萬(wàn)物同理，疏通總比堵塞好。在不影響周邊環(huán)境的前提下，對(duì)地下水能降則降，水位高度能低則低。

基坑設(shè)計(jì)可考慮采用如下方法。

(1)在不影響周邊環(huán)境的前提下，坑外盡量降低地下水水位。設(shè)計(jì)上可通過(guò)坡頂放坡，并在坡面埋設(shè)泄水管，盡量降低止水帷幕樁頂標(biāo)高的方法實(shí)現(xiàn)。在此需特別強(qiáng)調(diào)，泄水管的埋設(shè)要嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求，確保真正起到泄水作用。

(2)做好地表截水、排水設(shè)施，避免雨水下滲。對(duì)邊坡出現(xiàn)的裂縫需及時(shí)修補(bǔ)。

(3)對(duì)周邊有給排水管、消防水管的邊坡，需嚴(yán)格控制邊坡位移，避免拉裂水管，造成動(dòng)水對(duì)邊坡的直接沖擊。

(4)注意水對(duì)砂層的掏蝕。在強(qiáng)透水性地層，不建議采用止水帷幕加放坡的方案，因?yàn)獒∧粷B漏將逐漸掏蝕坡體，而且很難發(fā)現(xiàn)滲漏點(diǎn)，很難封堵，最后有可能使放坡體蕩然無(wú)存。

(5)若止水帷幕臨空面出現(xiàn)涌水、流砂現(xiàn)象，則采用先堵砂、后止水的方式；為堵住砂，則對(duì)涌水采用先疏后堵的方式。

(6)止水帷幕在坑底以下出現(xiàn)管涌現(xiàn)象，則可采用注漿加速凝劑等法封堵地下滲漏點(diǎn)。

(7)當(dāng)基坑底為飽和砂層時(shí)，應(yīng)進(jìn)行抗管涌驗(yàn)算；當(dāng)基坑底位于承壓水之上時(shí)，應(yīng)進(jìn)行抗承壓水驗(yàn)算。

(8)在基坑底也一樣，在成本可控的前提下，地下水位宜盡量降低，一則可增加被動(dòng)區(qū)有效土壓力，有利基坑穩(wěn)定；二則為坑底承臺(tái)、電梯井開(kāi)挖等工序創(chuàng)造良好作業(yè)條件。

2.3.2 基坑設(shè)計(jì)對(duì)地下室結(jié)構(gòu)的考慮

基坑設(shè)計(jì)可根據(jù)地下室平面布置及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用逆作法、中心島法等方法，這些方法充分表達(dá)了地下室結(jié)構(gòu)與基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)如何融為一體，互相依靠、共同作用，從而滿足地下工程系統(tǒng)順利、安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需要。

3 結(jié) 語(yǔ)

(1)用系統(tǒng)工程方法對(duì)待地下工程設(shè)計(jì)與施工，可達(dá)省時(shí)、省力、省錢的系統(tǒng)最優(yōu)效果。

(2)基坑設(shè)計(jì)可充當(dāng)?shù)叵鹿こ谈鞣猪?xiàng)工程間相互聯(lián)系的紐帶，規(guī)范和梳理了各分項(xiàng)工程的技術(shù)要求、時(shí)空順序及協(xié)調(diào)配合關(guān)系，對(duì)地下工程順暢運(yùn)行起著駕護(hù)航作用。