深基坑支護(hù)及土方開挖施工關(guān)鍵技術(shù)分析
——以某商業(yè)廣場為例

郗建朋，魏鵬浩，彭 斌，李旭亮，馬少雄，田 慶

（1.中鐵一局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司，西安 710054；2.陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南 714099）

近年來，隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市建筑物在不斷向高空發(fā)展的同時(shí)，地下空間開發(fā)利用也成為一個(gè)重要方向，如地下商場、地下停車場及地下車庫等[1]。因此，在進(jìn)行大規(guī)模地下工程開挖時(shí)，將會(huì)涉及大量的深基坑質(zhì)量安全問題。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料顯示，目前我國深基坑工程事故的發(fā)生率達(dá)21.4%，有些地區(qū)甚至高達(dá)30%，因此深基坑安全施工逐漸得到重視[2]。胡園園等[3]針對(duì)深基坑安全監(jiān)管的現(xiàn)實(shí)需求，設(shè)計(jì)了一種融合BIM 與知識(shí)圖譜的深基坑施工安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別框架，輔助實(shí)現(xiàn)基坑施工安全風(fēng)險(xiǎn)的智能識(shí)別；何燕等[4]考慮時(shí)間對(duì)事故發(fā)生概率的影響，找出工程施工安全薄弱點(diǎn)，并提出施工現(xiàn)場管理建議；劉毅等[5]基于TOPSIS 理論對(duì)各風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行重要度排序，確定基坑施工過程中最為關(guān)鍵的風(fēng)險(xiǎn)因素；宋博[6]為明確地鐵車站深基坑施工安全等級(jí)，考慮評(píng)價(jià)指標(biāo)的非線性關(guān)系和復(fù)雜動(dòng)態(tài)性，基于數(shù)據(jù)包絡(luò)法（DEA）-反向傳播（BP）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，提出一種地鐵車站深基坑施工安全評(píng)價(jià)方法。

通過對(duì)比分析，現(xiàn)有的研究多從理論視角出發(fā)，缺乏考慮工程施工的實(shí)際情況，不利于深基坑施工安全事故的有效預(yù)防與控制?；诖耍狙芯吭诶碚撗芯康幕A(chǔ)上，聚焦工程施工的實(shí)際現(xiàn)狀。為保障施工安全，預(yù)防坍塌事故，在深基坑支護(hù)及土方開挖的過程中要確保地下結(jié)構(gòu)、基坑周圍環(huán)境的安全得到充分保障，進(jìn)而提高建筑整體質(zhì)量與安全。

1 工程概況

1.1 工程項(xiàng)目概況

擬建某廣場項(xiàng)目總建筑面積約為15 萬m2，其中，地下50 244.76 m2，地上100 577.02 m2。該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)定位為商業(yè)服務(wù)項(xiàng)目。根據(jù)勘察報(bào)告，場地內(nèi)地面標(biāo)高介于390.81～393.06 m 之間。基底標(biāo)高為377.10 m，現(xiàn)場地整平后標(biāo)高為391.70 m，基坑開挖深度為14.60 m。

1.2 工程施工特點(diǎn)

本工程規(guī)劃地下3 層，開挖深度約14.6 m，屬深基坑作業(yè)?；A(chǔ)施工階段，安全風(fēng)險(xiǎn)較大，基坑周邊的防護(hù)和監(jiān)測尤為重要。同時(shí)，土方開挖階段可能會(huì)給周邊居民樓及學(xué)校帶來噪聲污染。

由于土方開挖場地及土方量較大，基坑受土方外運(yùn)、治污減霾及分層錨索施工等因素的限制，土方開挖進(jìn)度緩慢；施工坡道采用外坡道出土方式進(jìn)行出土外運(yùn)，基坑土方作業(yè)時(shí)間長，土方開挖過程中基坑變形監(jiān)測為施工重點(diǎn)控制項(xiàng)目；從安全、經(jīng)濟(jì)、工期和文明工地建設(shè)等方面綜合考慮，本工程支護(hù)形式采用土釘+支護(hù)樁+旋噴錨索相結(jié)合的支護(hù)體系進(jìn)行基坑周邊支護(hù)。

1.3 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)概況

根據(jù)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)圖紙，基坑外坡道采用支護(hù)樁+旋噴錨索的支護(hù)形式，根據(jù)坡道的放坡比例，進(jìn)行支護(hù)樁高程的控制。

1）土釘設(shè)計(jì)?；又ёo(hù)0.0～2.0 m 采用掛網(wǎng)素噴，坡比1∶0.3，面層均采用雙向φ6.5@200 鋼筋網(wǎng)片固定后噴射80 mm 厚等C20 混凝土。

2）支護(hù)樁設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)支護(hù)樁長20.6 m，有效樁長20.00 m。樁徑均為800 mm，樁中心距均為1 600 mm，共計(jì)368 根，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。

3）冠梁設(shè)計(jì)。冠梁設(shè)置與支護(hù)樁頂部，規(guī)格為800 mm×600 mm，延基坑四周通長交圈設(shè)計(jì)，與支護(hù)自成一體。

4）旋噴錨索設(shè)計(jì)。旋噴錨索設(shè)計(jì)分為2 種：①普通錨索。軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值為250 kN，預(yù)應(yīng)力鎖定值為200 kN，孔徑150 mm，孔深24.0 m（自由段5.50 m，錨固段18.50 m），入射角20°。②軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值300 kN，預(yù)應(yīng)力鎖定標(biāo)準(zhǔn)值240 kN，為1×7 標(biāo)準(zhǔn)型3s15.2 鋼絞線，孔徑400 mm，孔深18 m，自由端6 m，錨固段10 m，入射角20°。采用PO.42.5 普通硅酸鹽水泥漿進(jìn)行注（噴）漿，水灰比0.5，漿體強(qiáng)度為M20。

2 深基坑支護(hù)施工方案

2.1 土釘支護(hù)施工方案

2.1.1 施工準(zhǔn)備

在工程每一道工序開工前，需進(jìn)行技術(shù)交底，使所有人員掌握設(shè)計(jì)意圖和技術(shù)要求，以便合理地按工序、工藝要求科學(xué)地組織施工。根據(jù)施工圖紙及現(xiàn)場情況部好土釘孔位，按照規(guī)范程序進(jìn)行技術(shù)交底，技術(shù)交底均有書面記錄及圖表和簽字，技術(shù)負(fù)責(zé)人向?qū)I(yè)工長交底要結(jié)合關(guān)健部位的質(zhì)量要求及注意事項(xiàng)等進(jìn)行，要求細(xì)致、全面。釘墻施工工藝流程如圖1 所示。

圖1 釘墻施工工藝流程

2.1.2 土釘施工步驟

1）施工程序。施工前，對(duì)原材料進(jìn)行檢查，確保所采購的材料符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，并附有產(chǎn)品合格證?；臃謱娱_挖深度不超過土釘所在位置以下50 cm，每次允許在距周邊6 m 的基坑中自由開挖，在坡面分層進(jìn)行噴、錨網(wǎng)作業(yè)，多余的土方倒入自由開挖坑中。采用分層成孔、注漿、掛網(wǎng)噴射混凝土，易塌土層每1 排孔噴1 次混凝土。

2）土方及刷坡。土釘墻必須有平順的刷坡面，因此為保證坡面準(zhǔn)確平順，必須加強(qiáng)測量工作，以坑底邊線及高程為基準(zhǔn)，按設(shè)計(jì)坡率以3 m 一個(gè)斷面測求地面邊坡開口點(diǎn)，然后連成開口線，刷坡時(shí)根據(jù)開口線，先刷標(biāo)準(zhǔn)坡槽，再橫向刷坡，并隨時(shí)校驗(yàn)，確保深基坑的邊坡準(zhǔn)確平順。

3）成孔。根據(jù)設(shè)計(jì)要求和土層條件，對(duì)定出的孔位作好標(biāo)記，鏟桿水平方向孔距誤差不應(yīng)大于50 mm，垂直方向孔距誤差不應(yīng)大于100 mm，孔底部的偏斜尺寸不應(yīng)大于土釘長度的3%。土釘孔深不應(yīng)小于設(shè)計(jì)長度，也不宜大于設(shè)計(jì)長度的1%。成孔結(jié)束后進(jìn)行清孔檢查，整理鉆孔記錄，經(jīng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行下道工序。

4）土釘?shù)闹谱?、安放。鉆孔完畢后應(yīng)立即安插土釘以防塌孔，組裝前鋼筋應(yīng)平直、除油、除銹。鋼筋的接頭應(yīng)采用焊接的搭接接頭，焊接長度不得小于500 mm或30 d。沿桿體軸線方向每隔2.0 m 應(yīng)沿桿體120°設(shè)置3 個(gè)對(duì)中支架，保證土釘居中。

5）土釘注漿。注漿前應(yīng)將孔內(nèi)殘留或松動(dòng)的雜土清除干凈，檢查注漿管有無破裂和堵塞，接口處要牢固，同時(shí)要用水引路、潤濕輸漿管道。注漿材料宜選用水泥漿，水灰比宜為0.38～0.45，一次拌合的水泥漿應(yīng)隨拌隨用，在初凝前用完。注漿時(shí)注漿管應(yīng)插至距孔底250～500 mm 處，孔口部位宜設(shè)置止?jié){塞及排氣管。當(dāng)孔口溢出漿液時(shí)，可停止注漿。

2.1.3 成品防護(hù)

土釘作業(yè)后進(jìn)行土方開挖，挖土設(shè)備不得碰撞土釘，以免土釘應(yīng)力損失。注漿后自然養(yǎng)護(hù)不少于7 d，待強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)等級(jí)的75%以上時(shí)方可進(jìn)行下層土方開挖，漿體硬化前，不能承受外力或由外力引起的土釘位移。噴射混凝土終凝2 h 后，應(yīng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于7 d。養(yǎng)護(hù)視當(dāng)?shù)丨h(huán)境采用噴水、覆蓋澆水或噴涂養(yǎng)護(hù)劑等方法。

2.2 護(hù)坡樁施工方案

護(hù)坡樁施工按照樁位測放、機(jī)械鉆進(jìn)成孔、清除孔底沉渣、鋼筋籠制作與吊安、混凝土灌注及破除樁頭的工序開展。

1）樁位測放。根據(jù)城市坐標(biāo)系統(tǒng)用全站儀引測場地控制坐標(biāo)點(diǎn)及高程控制點(diǎn)，施放的各樁位點(diǎn)用長300 mm 的Φ20 鋼釬貫入成孔，孔內(nèi)灌入石灰、插入Φ8 鋼筋作為標(biāo)志。

2）機(jī)械鉆進(jìn)成孔。護(hù)坡樁成孔采用旋挖鉆機(jī)工藝。在基坑內(nèi)的4 個(gè)抽水井旁側(cè)開挖6 m×4 m×1.5 m 的泥漿池，按照1∶3.3 比例進(jìn)行開挖和放坡，土方開挖不得高堆于泥漿池四周，泥漿池開挖后立即進(jìn)行安全防護(hù)。

3）清除孔底沉渣。旋挖鉆機(jī)成孔達(dá)到設(shè)計(jì)孔底標(biāo)高以上1.0 m 時(shí)，停止成孔，靜置30 min，待孔內(nèi)砂礫沉淀后再清理沉渣到預(yù)定深度。

4）鋼筋籠制作與吊安?；觾?nèi)設(shè)置2 個(gè)鋼筋籠加工場地，面積為45 m×30 m，用豆石敷面硬化。鋼筋籠通長制作，主筋采用單面搭接焊，采用炮車單體運(yùn)輸，或用吊車四點(diǎn)吊、卸，采用20 t 汽車吊三點(diǎn)水平起吊，龍門架垂直吊裝。

5）混凝土灌注。灌注的混凝土為商品混凝土，強(qiáng)度等級(jí)為C30，塌落度18～22 cm。灌注采用水下導(dǎo)管灌注法，導(dǎo)管直徑225 mm，導(dǎo)管采用絲扣連接，每節(jié)長度2.5 m，導(dǎo)管頂部料斗容量大于等于1.0 m3。

6）破除樁頭?；炷两K凝后，人工破除設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高以上混凝土，并用松散砂石料保護(hù)樁頭。

2.3 冠梁施工方案

鑿除樁頂劣質(zhì)混凝土至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高，然后將混凝土支撐底標(biāo)高以上土體全部挖除，再進(jìn)行混凝土冠梁的制作，工藝流程如圖2 所示。

圖2 混凝土支撐施工工藝流程圖

1）測量放樣。根據(jù)設(shè)計(jì)坐標(biāo)計(jì)算鋼筋混凝土冠梁中線交點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算成果經(jīng)復(fù)核無誤后進(jìn)行測放，并報(bào)監(jiān)理進(jìn)行復(fù)核。在鋼筋混凝土冠梁混凝土澆注前，將其頂面標(biāo)高放樣于模板面上，以控制鋼筋混凝土冠梁頂面標(biāo)高。待鋼筋混凝土冠梁模板拆除后，檢查鋼筋混凝土冠梁的中心線和平整度、垂直度是否符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

2）鋼筋混凝土冠梁鋼筋綁扎。鋼筋綁扎前應(yīng)清點(diǎn)數(shù)量、類型、型號(hào)和直徑，清理干凈冠梁空間的雜物并對(duì)其位置進(jìn)行測放后方可進(jìn)行綁扎。鋼筋的交叉點(diǎn)必須綁扎牢固，不得出現(xiàn)變形和松脫現(xiàn)象；鋼筋接頭采用機(jī)械連接方式，接頭面積百分率不得超過50%。

3）模板支立。冠梁模板采用竹膠模板，模板支立前應(yīng)清理干凈并涂刷隔離劑，每次混凝土澆筑之前確保模板清潔光滑。模板安裝必須正確控制軸線位置及截面尺寸。當(dāng)拼縫大于等于10 mm 時(shí)要用老粉批嵌或用白鐵皮封釘。為保證模板接縫寬度符合要求，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)模板的使用、維修、管理，模板支撐安裝必須平整、牢固、接縫嚴(yán)密不漏漿。

4）混凝土澆筑。冠梁混凝土采用C30 混凝土，使用汽車輸送泵分段分批澆筑，接頭處新老混凝土接合面按施工縫要求鑿毛處理，并將澆筑完預(yù)留鋼筋上的殘留混凝土及時(shí)清理干凈，且其接頭位置留在冠梁上。

5）拆模、養(yǎng)護(hù)。在澆筑完畢后的12 h 以內(nèi)對(duì)混凝土加以覆蓋并保濕養(yǎng)護(hù)?；炷翉?qiáng)度達(dá)到1.2 N/mm2前不得在其上踩踏或安裝模板及支架?；炷吝_(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后，方可進(jìn)行模板拆除，拆除模板時(shí)，需按程序進(jìn)行，禁止用大錘敲擊。

2.4 錨索、腰梁施工方案

錨索、腰梁按照錨索定位、機(jī)械就位、錨索施工、腰梁施工與安放的順序進(jìn)行施工。

1）錨索定位。采用水準(zhǔn)儀分別在坑壁-3.50、-7.20、-10.7 m 標(biāo)高確定多個(gè)點(diǎn)，用0.5 m 長Φ14 鋼筋標(biāo)定，并用線繩連接各點(diǎn)作為同層錨索標(biāo)線。從任意2 樁中間確定錨孔位置后，再按1.60 m 間距延標(biāo)線確定其他錨孔位置并用30 mm 長Φ6.0 鋼筋定位。

2）機(jī)械就位。平整鉆機(jī)就位場地，鉆機(jī)距坡面1.0 m，調(diào)整鉆機(jī)鉆桿與坡面水平線垂直，用羅盤調(diào)整鉆桿傾角達(dá)到12°和15°。

3）錨索施工。根據(jù)場地地層特點(diǎn)，土層中錨索孔采用螺旋鉆成孔，卵石層中因套管回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)成孔較困難、速度慢，錨索孔采用旋噴錨索或螺旋錨桿沖擊成孔、注漿方法。

4）腰梁施工與安放。腰梁采用250 mm×20 mm 鋼板帶，安裝時(shí)應(yīng)保證鋼板帶與護(hù)坡樁緊密結(jié)合。采用吊裝設(shè)備對(duì)達(dá)到安裝要求的施工段進(jìn)行腰梁安置，定位前必須使用水準(zhǔn)儀進(jìn)行測量定位。安裝到位，并對(duì)每段梁進(jìn)行3 個(gè)點(diǎn)施加20%預(yù)張拉力后，方可去除吊裝設(shè)備，然后及時(shí)進(jìn)行其余錨具的安裝和預(yù)張拉。

3 深基坑土方開挖施工方案

結(jié)合本項(xiàng)目基坑支護(hù)及降水施工藍(lán)圖，確定下口開挖邊線及上口開挖邊線，下口開挖邊線為支護(hù)樁的內(nèi)皮邊線，上口開挖邊線為垂直2 m 距離按照1∶0.3 的坡比進(jìn)行放坡的水平距離。

3.1 施工工藝

考慮工期緊、任務(wù)重，根據(jù)現(xiàn)場場坪高程391.7 m（標(biāo)高-0.2 m）下挖2 m 后進(jìn)行圍護(hù)樁施工，從上向下按照逐層開挖，嚴(yán)禁超挖的原則進(jìn)行土方開挖?；娱_挖深度約14.6 m，每層開挖深度不得大于圍護(hù)樁的腰梁位置3.5 m。按照測放開挖邊線、測放場外坡道、首層土方開挖（2 m）、圍護(hù)樁冠梁施工、第2 層土方開挖（1.5 m）、第一道腰梁及旋噴錨索施工、第3 層土方開挖（3.5 m）、第二道腰梁及旋噴錨索施工、第4 層土方開挖（3.5 m）、第三道腰梁及旋噴錨索、第5 層土方（4.1 m）及檢查驗(yàn)收的順序進(jìn)行施工。

3.2 施工方法

1）標(biāo)高控制。根據(jù)提供的水準(zhǔn)點(diǎn)結(jié)合施工圖紙的要求，在施工場地內(nèi)較穩(wěn)定的地方，設(shè)立2 個(gè)水準(zhǔn)基點(diǎn)，用二等水準(zhǔn)儀閉合與水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測，得出水準(zhǔn)點(diǎn)的高程，作為本測區(qū)的水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)，根據(jù)2 個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)，測設(shè)每層挖土標(biāo)高。場區(qū)的高程控制網(wǎng)布設(shè)成閉合環(huán)線，對(duì)重點(diǎn)平面控制點(diǎn)及高程控制點(diǎn)使用砌磚及混凝土加固保護(hù)，并交好底，提醒車輛及行人注意。

2）開挖放線。依據(jù)提供的基坑開挖圖坐標(biāo)，結(jié)合樁錨支護(hù)體系方案，定出基坑上口開挖邊線及下口開挖邊線，用白灰線進(jìn)行測放。

3）基坑排水。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告可知，場地地下水在13～15 m 位置，基坑開挖必須考慮基坑降水，在基坑四周及基坑底部設(shè)置降水井，同時(shí)在基坑頂部修筑300 mm 寬的排水溝，坡比2%，排水溝匯入集水坑中，由集水坑排入現(xiàn)場排水網(wǎng)，溝內(nèi)壁用20 mm 厚1∶3 水泥砂漿抹面硬化。

4）基坑防護(hù)與開挖。由于基坑較深，土方開挖首先將基坑四周場地清理整平，嚴(yán)格遵循從上向下逐層開挖，嚴(yán)禁進(jìn)行土方超挖作業(yè)。土方開挖應(yīng)避開雨季，開挖過程中做好坑內(nèi)滯水及大氣降水的疏導(dǎo)工作，確?？觾?nèi)不積水，開挖結(jié)束后應(yīng)立即施工，使基坑暴露的時(shí)間盡可能短。土方開挖后應(yīng)盡快進(jìn)行樁基施工及地下工程施工。

3.3 土方開挖操作要求及檢查要求

1）基坑的基土土質(zhì)必須符合設(shè)計(jì)要求，并嚴(yán)禁擾動(dòng)。

2）開挖時(shí)注意保護(hù)測量控制定位樁、軸線樁、水準(zhǔn)基樁，防止被挖土和運(yùn)土機(jī)械設(shè)備碰撞、行使破壞。

3）基坑（槽）挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高并釬探后，及時(shí)通知質(zhì)檢站、建設(shè)單位、監(jiān)理、設(shè)計(jì)和勘察單位會(huì)同有關(guān)部門驗(yàn)槽，在監(jiān)理簽署驗(yàn)收文件并發(fā)布下一道工序開工令后，立即進(jìn)行施工。

4 結(jié)束語

綜上所述，在建筑基礎(chǔ)工程中，深基坑屬于工程施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)，其不但影響工程質(zhì)量與工期，還會(huì)影響周圍環(huán)境與施工安全。對(duì)此，施工人員應(yīng)嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)規(guī)定、事先充分做好應(yīng)急處理預(yù)案、狠抓事故隱患防范排查工作、高效應(yīng)用施工安全技術(shù)和完善安全管理制度等方式，使深基坑施工安全得到切實(shí)保障。