深基坑支護(hù)施工技術(shù)與安全管理分析

蔡毅斌 (福建省二建建設(shè)集團(tuán)有限公司，福建 福州 350001)

1 引言

基坑工程的施工是建筑工程建設(shè)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，對(duì)上部主體結(jié)構(gòu)的承載安全穩(wěn)定性具有重要的影響。對(duì)于深基坑工程，當(dāng)前我國(guó)主要面臨開(kāi)挖深度深、難度大、風(fēng)險(xiǎn)大、區(qū)域性強(qiáng)、個(gè)性強(qiáng)、環(huán)境效應(yīng)明顯、質(zhì)量要求高等特點(diǎn)[1]，需要采用恰當(dāng)?shù)氖┕し椒ㄒ约敖⒘己玫陌踩芾碇贫葋?lái)減少施工過(guò)程中的危險(xiǎn)性，同時(shí)保障工程的經(jīng)濟(jì)效益。

針對(duì)深基坑工程支護(hù)，學(xué)者們進(jìn)行了較為深入的研究，代宏峰等[2]針對(duì)軟土地區(qū)的深基坑工程土方開(kāi)挖和地表變形之間的關(guān)系進(jìn)行研究，指出小面積的開(kāi)挖方式在樁基圍護(hù)結(jié)構(gòu)下有利于控制基坑變形；林巧等[3]針對(duì)軟土深基坑工程對(duì)綠色高效支護(hù)體系進(jìn)行研究，結(jié)果表明該新型綠色組合支護(hù)體系能夠較好滿足基坑變形與穩(wěn)定要求。熊磊[4]對(duì)深基坑常用的支護(hù)設(shè)計(jì)與施工的要點(diǎn)進(jìn)行分析，對(duì)深基坑開(kāi)挖環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)進(jìn)行闡述說(shuō)明。武永梅[5]研究建筑工程基坑支護(hù)冠梁施工技術(shù)，高質(zhì)量的冠梁施工技術(shù)可以提升工程項(xiàng)目建設(shè)質(zhì)量，節(jié)約施工成本。為進(jìn)一步提高深基坑施工工藝，本文開(kāi)展深基坑支護(hù)施工技術(shù)與安全管理探析。

2 工程概況

本項(xiàng)目建設(shè)6 層教學(xué)綜合樓3 幢、6層宿舍樓1幢、5層實(shí)驗(yàn)樓1幢、3層體藝館1 幢、1 層門(mén)衛(wèi)2 幢，均為框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)?？偨ㄖ娣e66827.81 m2，地下室面積5581.01m2。本工程地下室一層，在4#、5#樓范圍內(nèi)，地下室埋深約為5.4～5.7m，頂板高程8.8～8.1m，底板高程4.0m，開(kāi)挖深度約5.9～6.2m。

因場(chǎng)地受限制，故基坑采取加固措施，基坑周長(zhǎng)約為345m。根據(jù)該場(chǎng)地的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、周邊環(huán)境等條件，依據(jù)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的原則，本工程基坑支護(hù)東側(cè)采用雙排沖（鉆）孔灌注樁支護(hù)，其余三側(cè)采用懸臂沖（鉆）孔灌注樁支護(hù)（局部被動(dòng)區(qū)采用高壓旋噴樁加固形成組合支護(hù)體系），沖（鉆）孔灌注樁后側(cè)設(shè)置一排高壓旋噴樁擋土止水，基坑側(cè)壁安全等級(jí)為二級(jí)，重要性系數(shù)γ0=1.00?；觾?nèi)地下已全部排查過(guò)，無(wú)管網(wǎng)管線?；觾?nèi)有4#樓及地下室管樁基礎(chǔ)和5#樓部分沖孔樁基礎(chǔ)，開(kāi)挖土方時(shí)應(yīng)對(duì)樁基礎(chǔ)進(jìn)行保護(hù)性開(kāi)挖。

基坑四周邊坡設(shè)泄水管，坡底設(shè)置排水溝，將地下水排入坑內(nèi)排水溝內(nèi)，再由集水井用水泵排出坑外?；铀闹茼敳吭O(shè)截水溝，阻止地表水流入坑內(nèi)。基坑內(nèi)未布設(shè)降水井，設(shè)計(jì)采用集水明排的方式排水。在基坑頂周邊布設(shè)截水溝攔截地表水，基坑底布設(shè)排水溝排泄地下水，將地表水與地下水通過(guò)分水嶺分別攔截至沉淀池、集水井中，并疏排至附近市政管網(wǎng)。集水溝、集水井的底及側(cè)壁厚均為120mm，采用M5 水泥砂漿、Mu10 混凝土磚砌筑?；又ёo(hù)布局，如圖1所示。

圖1 基坑支護(hù)布局

3 施工流程

場(chǎng)地整平→沖孔灌注樁施工→高壓旋噴樁施工→護(hù)坡及冠梁土方及坡頂排水溝（基坑監(jiān)測(cè)）分段施工→冠梁模板、鋼筋混凝土施工→大面積土方開(kāi)挖（從西向東側(cè)出口方向開(kāi)挖）土方分層分段開(kāi)挖至冠梁底（原地面至-2.5m）→冠梁養(yǎng)護(hù)至設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%以上→第二層大面積土方開(kāi)挖（從西向東側(cè)出口方向開(kāi)挖，3#塔吊基礎(chǔ)承臺(tái)土方開(kāi)挖配合施工），分層分段施工（原地面至-5.6m）→分層分段跟進(jìn)清理基坑樁身和樁間浮土，樁間布設(shè)鋼筋網(wǎng)噴射混凝土面施工→分段土方開(kāi)挖至基坑底標(biāo)高→承臺(tái)、坑中坑土方放坡開(kāi)挖→地下室承臺(tái)、底板墊層、磚胎模施工、防水施工（樁基驗(yàn)收）→地下室底板混凝土（按后澆帶）分段施工，地下室結(jié)構(gòu)施工至±0.00→土方回填。

4 基坑支護(hù)工程

4.1 基坑工程特點(diǎn)

本基坑支護(hù)及土方開(kāi)挖工程需開(kāi)挖約5.9～6.2m，基坑側(cè)壁土層主要為雜填土、淤泥及殘積砂質(zhì)粘性土，無(wú)法垂直開(kāi)挖?；舆吰抡w的穩(wěn)定性差，應(yīng)采用必要的支護(hù)措施確?；舆吰掳踩?。場(chǎng)地內(nèi)地下水水位較高，影響基坑穩(wěn)定性的主要土層是雜填土的地下水，支護(hù)設(shè)計(jì)工程設(shè)置雜填土、淤泥及殘積砂質(zhì)粘性土層止水帷幕。施工中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)基坑開(kāi)挖施工、周邊環(huán)境及坑壁土體位移、變形和支護(hù)系統(tǒng)等的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，確保施工安全和質(zhì)量，同時(shí)基坑施工時(shí)應(yīng)注意避開(kāi)雨季洪水期等不利影響。

4.2 沖孔灌注樁施工

4.2.1 沖孔樁埋設(shè)護(hù)筒施工

在沖孔灌注樁施工中，鋼護(hù)筒的埋設(shè)和加工是重要的環(huán)節(jié)。鋼護(hù)筒的埋設(shè)采用挖埋式，在鉆孔施工過(guò)程中，將護(hù)筒逐步沉入地下，形成支護(hù)結(jié)構(gòu)。對(duì)鋼護(hù)筒進(jìn)行接長(zhǎng)，以滿足深基坑支護(hù)的要求。鋼護(hù)筒擬定高度1.2m，露出地面0.3m，壁厚4mm。鋼護(hù)筒在現(xiàn)場(chǎng)布置的加工廠內(nèi)進(jìn)行加工，采用雙面坡口焊接工藝制作鋼護(hù)筒，確保焊縫的連續(xù)性和密封性，防止漏水。使用全站儀在護(hù)筒下放完成后復(fù)核平面位置和垂直度，確保技術(shù)指標(biāo)中心偏差ΔS＞50mm，傾斜率f＞1%，對(duì)未達(dá)標(biāo)護(hù)筒進(jìn)行重新調(diào)整下放，直到其滿足規(guī)范要求。

4.2.2 沖孔樁成孔施工

采用現(xiàn)代工具旋挖機(jī)進(jìn)行成孔，在護(hù)筒埋設(shè)并定位后，使用SR-250 型轉(zhuǎn)挖機(jī)鉆進(jìn)，在鉆機(jī)鉆至設(shè)計(jì)孔深后，將鉆頭降至孔底，慢轉(zhuǎn)，清除殘余泥漿，此外鉆孔灌注樁樁有效樁長(zhǎng)應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

基于上述施工完畢后對(duì)孔內(nèi)進(jìn)行二次反循環(huán)清孔施工。

①一次清孔。首先，鉆孔機(jī)會(huì)將鉆頭降至設(shè)計(jì)孔深或滿足設(shè)計(jì)要求的位置。然后，鉆頭以慢速旋轉(zhuǎn)的方式進(jìn)行鉆進(jìn)，同時(shí)清除孔內(nèi)殘余的泥漿，通過(guò)旋轉(zhuǎn)鉆頭和鉆桿的方式將殘余的泥漿從孔底帶出。

②二次反循環(huán)清孔。完成一次清孔后，進(jìn)行二次反循環(huán)清孔。這個(gè)過(guò)程通過(guò)高壓管向?qū)Ч軆?nèi)輸水直到管內(nèi)的泥漿比重小于管外，形成壓力差，由內(nèi)向外抽吸管內(nèi)泥漿至地面沉淀池內(nèi)。

4.2.3 鋼筋籠施工

鋼筋籠縱筋和加勁箍鋼筋采用HRB 400 普通鋼筋，螺旋箍鋼筋采用HPB 300普通鋼筋。鋼筋籠采取分段制作。鋼筋籠將主筋的接頭分段布置，避免出現(xiàn)接頭集中在同一位置的情況。在同一截面內(nèi)，接頭的數(shù)量應(yīng)該控制在主筋總根數(shù)的50%以內(nèi)，避免接頭過(guò)多導(dǎo)致接頭區(qū)域的強(qiáng)度降低，影響支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性能。接頭采用直螺紋連接，加強(qiáng)筋與主筋間采用點(diǎn)焊連接，螺旋箍筋與主筋間采用點(diǎn)焊。

5 冠梁施工

項(xiàng)目冠梁工程采用混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C30，冠梁截面尺寸為1100mm×700mm，連梁截面尺寸為600mm×600mm?；炷帘Ｗo(hù)層厚度均按設(shè)計(jì)規(guī)范中環(huán)境類別為二a 類采用，其中冠梁的鋼筋均通長(zhǎng)設(shè)置。冠梁的頂面標(biāo)高誤差控制在±20mm 以內(nèi)，保證支護(hù)樁水平力的正常傳遞。冠梁施工工藝流程為測(cè)量放樣→冠梁鋼筋綁扎→支?！鷿仓鹉＜梆B(yǎng)護(hù)。

5.1 鋼筋綁扎

在綁扎鋼筋之前，對(duì)計(jì)劃使用的鋼筋數(shù)量、類型、型號(hào)和直徑進(jìn)行復(fù)核，確保符合設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)規(guī)范。在綁扎鋼筋之前，需要清理冠梁空間內(nèi)的雜物，確保鋼筋能夠順利安裝。對(duì)縫處施工的鋼筋進(jìn)行調(diào)直處理，確保鋼筋在綁扎過(guò)程中的準(zhǔn)確位置和垂直度。在鋼筋位置測(cè)放后，綁扎鋼筋。確保交叉點(diǎn)牢固以免出現(xiàn)鋼筋變形和松脫。綁扎時(shí)需要使用合適的鋼筋綁扎工具，如鋼絲繩或鋼筋綁扎機(jī)。箍筋的設(shè)置應(yīng)垂直受力鋼筋。在箍筋彎鉤疊合處沿受力筋方向錯(cuò)開(kāi)設(shè)置以增加鋼筋的連接性能。

5.2 模板支立

鋼筋綁扎完成后，支撐冠梁模板。在支立模板之前，應(yīng)該清理模板表面，確保其干凈無(wú)雜物，并涂刷隔離劑，以防止混凝土與模板相互粘結(jié)。為防止板內(nèi)漏漿保證混凝土質(zhì)量，模板支撐安裝須密實(shí)拼接且平整牢固。當(dāng)混凝土支撐開(kāi)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后進(jìn)行復(fù)測(cè)，確保底模的保持平整和高程位置準(zhǔn)確。同時(shí)夯實(shí)基底防止底模在混凝土澆筑過(guò)程中沉降，影響施工質(zhì)量。確保模板的安裝軸線位置和截面尺寸準(zhǔn)確無(wú)誤。冠梁模板由側(cè)模、主龍骨、次龍骨、平撐、斜撐等組成。主龍骨和次龍骨間距分別為1.0m 和0.3m，斜撐和平撐與主龍骨采用扣件連接保證模板的穩(wěn)定性。在內(nèi)側(cè)模板底部加設(shè)海綿條防止混凝土澆筑時(shí)發(fā)生漏漿，確保模板承載能力滿足要求。

5.3 澆筑混凝土

根據(jù)國(guó)家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)水泥、碎石、砂及外摻劑等材料質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)?；炷翝矒v前，清理模板內(nèi)雜物，對(duì)混凝土攪拌車(chē)內(nèi)混凝土坍落度、可泵性進(jìn)行檢查，確認(rèn)可行后使用插入式振搗器間隔50cm 對(duì)混凝土分點(diǎn)振搗。在混凝土開(kāi)始流入模板之前，先使用振動(dòng)器對(duì)料口處的混凝土進(jìn)行振搗，使混凝土在料口處形成自然流淌的坡度，有利于混凝土的均勻流動(dòng)和充實(shí)。在混凝土開(kāi)始流動(dòng)后，使用振動(dòng)器對(duì)整個(gè)澆筑區(qū)域的混凝土進(jìn)行全面振搗，振搗應(yīng)從澆筑的一側(cè)開(kāi)始，逐漸向另一側(cè)推進(jìn)，確?；炷脸鋵?shí)并排除其中的氣泡。對(duì)于冠梁與鋼筋混凝土支撐節(jié)點(diǎn)，應(yīng)分段分批進(jìn)行澆筑施工。接頭處新舊混凝土的接合面應(yīng)進(jìn)行鑿毛處理，以增加接觸面積和粘結(jié)力。

5.4 拆模以及養(yǎng)護(hù)

混凝土達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后進(jìn)行模板拆除。在澆筑完畢后的12h 以內(nèi)對(duì)混凝土加以覆蓋并保濕養(yǎng)護(hù)。對(duì)不超過(guò)100m3同一配合比混凝土取樣不得少于一次。在混凝土強(qiáng)度達(dá)到1.2 N/mm2前，不得在其上進(jìn)行施工流程以免影響混凝土質(zhì)量導(dǎo)致出現(xiàn)蜂窩、露筋、麻面、孔洞等質(zhì)量通病。

6 土方開(kāi)挖施工

6.1 施工準(zhǔn)備

基坑開(kāi)挖前核實(shí)場(chǎng)地是否有排水管道等基礎(chǔ)設(shè)施及地下設(shè)施。進(jìn)行詳細(xì)的地下管線調(diào)查，包括給排水管道、煤氣管道、電力線纜、電話線等。在施工現(xiàn)場(chǎng)使用明顯的標(biāo)記，將地下管線的位置標(biāo)示出來(lái)。采取防護(hù)板、護(hù)欄、擋土墻等物理隔離措施，以防止土方施工對(duì)管線造成損害。土方開(kāi)挖布置圖2如圖所示。

圖2 土方開(kāi)挖布置圖

6.2 土方開(kāi)挖施工方法及施工流程

采用施工機(jī)械與人工挖土相配合的施工方法。開(kāi)挖到接近坑底部位，采用人工開(kāi)挖，基坑土方開(kāi)挖應(yīng)嚴(yán)格分層進(jìn)行，機(jī)械開(kāi)挖至承臺(tái)、地梁墊層底之前應(yīng)預(yù)留300mm 保護(hù)層，改用人工開(kāi)挖。在進(jìn)行土方開(kāi)挖前，核驗(yàn)定位樁的準(zhǔn)確性和完整性，確保樁號(hào)和位置與設(shè)計(jì)圖紙一致，并進(jìn)行必要的修復(fù)或補(bǔ)充。對(duì)軸線和標(biāo)高控制網(wǎng)進(jìn)行全面復(fù)核，確保其準(zhǔn)確性。在土石方開(kāi)挖過(guò)程中，通過(guò)在控制樁上設(shè)置臨時(shí)標(biāo)志物或使用測(cè)量?jī)x器進(jìn)行測(cè)量，將軸線和標(biāo)高分別引測(cè)到控制樁的內(nèi)側(cè)。使用較明顯標(biāo)識(shí)物在挖土的過(guò)程中標(biāo)示出軸線和標(biāo)高控制點(diǎn)，如紅漆等。當(dāng)挖土距設(shè)計(jì)標(biāo)高尚有40cm 時(shí)，在坑底標(biāo)示紅漆控制人工清底深度，有助于指導(dǎo)挖掘機(jī)操作員在達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高前適時(shí)停止挖掘。施工順序主要如下。

①第一層土方開(kāi)挖。先開(kāi)挖冠梁及坡面土方，待冠梁及噴射混凝土面層完成后，采用反鏟挖掘機(jī)開(kāi)挖第一層土方（原地面至冠梁底高程7.0m）。開(kāi)挖方向按照從西向東的開(kāi)挖順序進(jìn)行土方分層分段開(kāi)挖施工。開(kāi)設(shè)兩條土方運(yùn)輸施工便道，施工便道從西往東鋪設(shè)寬度約6m，分別從南北兩個(gè)門(mén)出入。

②第二層土方開(kāi)挖。待上排噴射混凝土面層及冠梁達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%后，采用反鏟挖掘機(jī)開(kāi)挖第二層土方至高程1.3m。開(kāi)挖方向按照從西向東的開(kāi)挖順序進(jìn)行第二層土方分段開(kāi)挖施工。

③第三層土方開(kāi)挖。采用人機(jī)配合的形式，使用反鏟挖掘機(jī)放坡分段開(kāi)挖土方至基底設(shè)計(jì)標(biāo)高。

④塔吊基礎(chǔ)承臺(tái)土方開(kāi)挖。當(dāng)?shù)谌龑油练介_(kāi)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，塔吊基礎(chǔ)承臺(tái)根據(jù)塔吊樁位置，開(kāi)挖塔吊承臺(tái)基礎(chǔ)及施工操作面土方。

7 安全管理

7.1 安全管理目標(biāo)

深基坑支護(hù)安全管理始終貫徹“安全第一，預(yù)防為主，綜合治理”的準(zhǔn)則，努力創(chuàng)造安全、文明的良好工作環(huán)境。保證整個(gè)工程項(xiàng)目在建設(shè)過(guò)程中不產(chǎn)生重大安全責(zé)任事故，因工死亡率為零，重大設(shè)備事故為零，火災(zāi)、重傷事故為零，因工輕傷。

7.2 基于BIM技術(shù)的安全管理

基于BIM 技術(shù)的深基坑支護(hù)安全管理可以為項(xiàng)目提供更高效、準(zhǔn)確和可視化的管理手段。使用BIM 技術(shù)可以對(duì)深基坑進(jìn)行三維建模和模擬，包括地質(zhì)情況、支護(hù)結(jié)構(gòu)、施工過(guò)程等。通過(guò)模擬，可以預(yù)測(cè)潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，并優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工方案。BIM 技術(shù)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)深基坑施工過(guò)程，包括土方開(kāi)挖、支護(hù)結(jié)構(gòu)搭設(shè)、地下水處理等。通過(guò)傳感器和數(shù)據(jù)采集，可以獲取施工過(guò)程中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并與BIM 模型進(jìn)行對(duì)比和分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工偏差和安全風(fēng)險(xiǎn)。BIM 技術(shù)可以用于安全培訓(xùn)和演練，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將深基坑施工場(chǎng)景模擬出來(lái)，培訓(xùn)工人和管理人員熟悉施工流程和安全操作規(guī)程。同時(shí)，可以進(jìn)行緊急情況的演練，提高應(yīng)急響應(yīng)能力。BIM 技術(shù)可以對(duì)深基坑施工的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和分析，包括設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、施工數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等。

基于BIM 技術(shù)的深基坑支護(hù)安全管理可以提供全方位的管理手段，從設(shè)計(jì)階段到施工和監(jiān)測(cè)階段都能夠更好地預(yù)測(cè)和管理安全風(fēng)險(xiǎn)，提高施工安全性和效率。深基坑平面布置BIM 模型，如圖3 所示；深基坑施工BIM 模型，如圖4所示。

圖3 深基坑平面布置BIM模型

圖4 深基坑施工BIM模型

7.3 安全部署

本工程先進(jìn)行場(chǎng)地平整施工、支護(hù)灌注樁施工、高壓旋噴樁施工，開(kāi)挖基坑周邊自然放坡層土方至-2.4m(冠梁底)，冠梁連梁鋼筋混凝土施工，自然放坡面噴射混凝土施工。之后進(jìn)行第一層土方開(kāi)挖外運(yùn)，大面積土方開(kāi)挖方向從西向東側(cè)出口方向開(kāi)挖，分層分段施工，標(biāo)高控制在-2.5m 左右。待冠梁強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后開(kāi)挖第二層土方，從西側(cè)往東向退挖，并分層清理基坑樁身和樁間浮土，樁間布設(shè)鋼筋網(wǎng)噴射混凝土噴面，分層分段開(kāi)挖至墊層標(biāo)高上300mm。然后開(kāi)挖承臺(tái)及坑中坑土方，其中坑中土方應(yīng)放坡開(kāi)挖。開(kāi)挖時(shí)，嚴(yán)禁同側(cè)承臺(tái)土方同時(shí)開(kāi)挖至底部，以確保開(kāi)挖過(guò)程中土體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，避免已施工的支護(hù)結(jié)構(gòu)外移。

8 結(jié)論

深基坑支護(hù)施工技術(shù)和安全管理是保障深基坑工程施工安全的重要措施，本文為保證基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和施工進(jìn)度的順利進(jìn)行，采用一系列的工程技術(shù)措施對(duì)基坑進(jìn)行加固和支護(hù)，圍繞沖孔灌注樁施工、冠梁施工、土方開(kāi)挖等展開(kāi)研究，應(yīng)用BIM 技術(shù)開(kāi)展深基坑支護(hù)安全管理研究。