深基坑開(kāi)挖安全技術(shù)措施分析

侯　軍

(四川省觀紫道橋工程有限公司, 四川閬中 637400)

深基坑開(kāi)挖工程的工作內(nèi)容包括：降水排水、土方開(kāi)挖、基坑支護(hù)、臨邊防護(hù)等，施工過(guò)程受周圍建筑物情況、土質(zhì)環(huán)境、地下水情況等影響，危險(xiǎn)性較大?？茖W(xué)的施工方案、合適的施工技術(shù)和材料選擇是保證施工安全的重要內(nèi)容。本文通過(guò)介紹某市高層商業(yè)寫字樓的深基坑開(kāi)挖工程，對(duì)開(kāi)挖技術(shù)和安全措施進(jìn)行研究和討論。

1　工程概況

該工程處于商業(yè)廣場(chǎng)，沿路分南北兩個(gè)區(qū)域，南北兩邊各建一棟主樓38層的商業(yè)寫字樓。南區(qū)南北方向長(zhǎng)80 m，東西方向長(zhǎng)70 m，主樓基坑開(kāi)挖深度初定為14 m，樓裙為12.6 m，電梯井為 17 m。周邊建筑物與規(guī)劃紅線接近，地下管線錯(cuò)綜復(fù)雜，對(duì)工程基坑開(kāi)挖可能引起的地層變形移動(dòng)十分敏感?；颖泵婢嚯x地鐵較近，對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)選型和安全實(shí)施要求嚴(yán)格。根據(jù)周邊環(huán)境本工程基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)選用 80 cm 厚的地下連續(xù)墻，支護(hù)結(jié)構(gòu)選用五道鋼筋混凝土水平支撐，以滿足整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的要求，確保開(kāi)挖施工可能產(chǎn)生的地層變形不影響周邊建筑物結(jié)構(gòu)和地下管線的正常使用，以及地鐵的正常運(yùn)行。

基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)即地下連續(xù)墻，其矩形槽段單幅面寬6 m，北側(cè)墻深26 m，另外三側(cè)墻深均為23.6 m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，鋼筋I(lǐng)、II 級(jí)，分段縱向接頭型式為鎖口管，在頂部用鋼筋混凝土澆注帽梁，整個(gè)地下連續(xù)墻連成整體。在基坑內(nèi)設(shè)置五道鋼筋混凝土作為支撐，采用C30混凝土，I、II 級(jí)鋼筋。中心標(biāo)高自下而上依次為-13.1 m、-9.5 m、-6.4 m、-3.5 m、 -0.6 m。整個(gè)基坑平面以邊角框架為支撐，中部留出空間進(jìn)行挖土操作。支撐梁截面有兩種，分別為1 200 mm×600 mm、 1 600 mm×600 mm；圍檁的截面有兩種，分別為 1 600 mm×600 mm、1 200 mm×600 mm；頂圈梁截面有一種，為 1 100 mm×600 mm。立柱由500 mm×300 mm×12 mm鋼板與L160×160×16 角鋼焊接而成，柱基采用鉆孔灌注樁?；铀闹軇t采用深層攪拌樁，加固深度5 m，寬度8 m，以增加土體的被動(dòng)土壓，防止墻底腳連續(xù)變形，進(jìn)而影響周邊建筑物和地下管線。

該工程的地下水位偏高，為 -0.5 m，土質(zhì)為淤泥質(zhì)土體，施工前必須采取降水措施。根據(jù)地下連續(xù)墻擋水抗?jié)B性能，本次工程采用深井井點(diǎn)降水方法。按半徑為10 m的平面進(jìn)行排列布置，井深自基坑底向下深1 m，共布置管徑250 mm，深1 9 m 的降水深井井點(diǎn)23根。施工作業(yè)時(shí)將基坑土體分為五層：第1層開(kāi)挖時(shí)，自北向南后退挖土；第2層開(kāi)挖時(shí)，劃六個(gè)區(qū)域待第一道支撐混凝土的強(qiáng)度達(dá)70 %以上后，分區(qū)挖土，同時(shí)構(gòu)筑第二道支撐；第3層開(kāi)挖時(shí)，待第二道支撐混凝土的強(qiáng)度達(dá)70 %以上后開(kāi)始，以中區(qū)為平臺(tái)同樣分區(qū)挖土，并構(gòu)筑第三道支撐；第4層開(kāi)挖時(shí)，待第三道支撐混凝土的強(qiáng)度達(dá)70 %以上后開(kāi)始，利用中區(qū)平臺(tái)分區(qū)進(jìn)行挖土，及時(shí)清理基底并澆搗達(dá)到標(biāo)高的底板，并構(gòu)筑第四道支撐；第5層開(kāi)挖時(shí)，待第四道支撐混凝土的強(qiáng)度達(dá)70 %以上后開(kāi)始，這一階段挖除中區(qū)平臺(tái)，同時(shí)配合克林吊在基坑四周挖土，達(dá)到基底標(biāo)高后清理剩余的兩側(cè)地庫(kù)底板，再構(gòu)筑第五道支撐。整個(gè)基坑開(kāi)挖過(guò)程分為四個(gè)階段：第一階段，開(kāi)始挖土至第二道支撐底的挖土施工完成；第二階段，第二、三道支撐澆筑完成；第三階段，第4層土體開(kāi)挖并完成第四道支撐；第四個(gè)階段，挖土施工完成并進(jìn)行底板澆筑。

2　安全隱患分析

在本次工程施工開(kāi)始前，周圍建筑已經(jīng)建成在用，地下管線復(fù)雜，施工區(qū)域北側(cè)的地鐵已經(jīng)開(kāi)通運(yùn)行。基坑開(kāi)挖可能會(huì)造成地層變形，在挖土過(guò)程中地下連續(xù)墻如果發(fā)生位移，可能會(huì)對(duì)周邊建筑物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、地下管線的正常使用產(chǎn)生影響。另外，施工區(qū)域土質(zhì)含水量高，地下水位較高，進(jìn)行深基坑開(kāi)挖施工可能會(huì)發(fā)生沉降問(wèn)題。施工前需要利用各項(xiàng)監(jiān)測(cè)技術(shù)測(cè)量、核實(shí)實(shí)際數(shù)據(jù)，對(duì)地質(zhì)條件進(jìn)行精確測(cè)量，并根據(jù)地質(zhì)條件認(rèn)真分析施工計(jì)劃，選用恰當(dāng)?shù)氖┕ぜ夹g(shù)，制定科學(xué)有效的措施，盡量減小對(duì)周圍土層的影響和破壞。

在基坑開(kāi)挖后，隨著基坑深度的增加，圍護(hù)結(jié)構(gòu)周圍土體逐漸由靜止土壓狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楸粍?dòng)土壓狀態(tài)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)荷載發(fā)生變化，墻體可能發(fā)生變形。圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形又會(huì)使坑內(nèi)、外土體在壓力作用下發(fā)生位移。圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)水平位移會(huì)導(dǎo)致基坑水平應(yīng)力減小，土體出現(xiàn)塑性破壞，嚴(yán)重時(shí)可引起土層沉降。如果在施工過(guò)程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)出現(xiàn)滲漏水，會(huì)導(dǎo)致外側(cè)土體流失，增大土層位移，影響周圍建筑物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3　深基坑開(kāi)挖安全技術(shù)措施

3.1　基坑降水及排水控制措施

基坑內(nèi)降、排水施工是控制施工環(huán)境的重要手段。為防止施工過(guò)程中出現(xiàn)基坑變形、淹溺、觸電等事故，安全負(fù)責(zé)人需對(duì)基坑內(nèi)水位進(jìn)行嚴(yán)格控制。不同土層的土質(zhì)特點(diǎn)不同，在進(jìn)行排水施工時(shí)要根據(jù)具體情況，使用合適的材料。在進(jìn)行地下連續(xù)墻施工前完成降水井建造。整個(gè)施工過(guò)程都要對(duì)基坑降水工作予以重視。根據(jù)施工區(qū)域地質(zhì)條件，本次工程采用了深井井點(diǎn)的降水方法，設(shè)置了降水井井點(diǎn)23個(gè)，在各土層開(kāi)挖前均進(jìn)行了降、排水控制。

挖土施工前需要進(jìn)行的是抽水試驗(yàn)：待地下連續(xù)墻槽段施工完成后，對(duì)基坑范圍內(nèi)的降水井進(jìn)行抽水試驗(yàn)。首先，將基坑內(nèi)水位降至最大水頭標(biāo)高處，檢測(cè)地下連續(xù)墻槽段的封水效果；然后，對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力變形情況、周圍土體和水位數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)?；觾?nèi)如發(fā)生滲漏，可對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定滲水位置，采取應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行補(bǔ)救，補(bǔ)救施工完成后重新進(jìn)行抽水試驗(yàn)。

在抽水試驗(yàn)后，為保證基坑開(kāi)挖過(guò)程中施工環(huán)境的干燥，需要在開(kāi)挖前通過(guò)降水井對(duì)基坑內(nèi)地下水進(jìn)行降、排水施工。在降、排水施工中要保證基坑內(nèi)水位始終在開(kāi)挖面下1 m，隨著開(kāi)挖深度下降，逐階拆除降水井，井口高度保持在開(kāi)挖面上1.5 m。排水管繞過(guò)施工平臺(tái)、帽梁，沿基坑內(nèi)沿進(jìn)行布置。另外，可在基坑內(nèi)淤泥質(zhì)土層位置開(kāi)挖若干集水坑，再用潛水泵抽排坑內(nèi)積水。

3.2　基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及基坑底部控制措施

本次工程基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)，對(duì)地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)的控制主要包括兩個(gè)方面：接縫處的防滲處理和局部缺陷處理。地下連續(xù)墻接縫處的防滲處理：開(kāi)挖之前，在地下連續(xù)墻施工完成后，利用預(yù)先掩埋的注漿管對(duì)墻體的各個(gè)槽段進(jìn)行超聲波檢測(cè)。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，找出薄弱環(huán)節(jié)，及時(shí)處理；在開(kāi)挖過(guò)程中，如果地下連續(xù)墻接縫處出現(xiàn)槽段錯(cuò)位、連接不良等問(wèn)題，可采用高壓噴灌漿方法對(duì)薄弱部位進(jìn)行補(bǔ)救。地下連續(xù)墻局部缺陷處理：在基坑開(kāi)挖的施工過(guò)程中，地下連續(xù)墻的局部缺陷導(dǎo)致滲漏，可根據(jù)滲漏情況選擇應(yīng)對(duì)措施。滲漏水量小時(shí)，可在基坑內(nèi)對(duì)墻體進(jìn)行高壓注漿；滲漏水量大時(shí)，需要在基坑外進(jìn)行鉆孔，使用注水玻璃溶液對(duì)滲透部位進(jìn)行化學(xué)注漿。

基坑底部安全技術(shù)措施主要是指對(duì)涌水問(wèn)題的處理。地質(zhì)情況越復(fù)雜，施工風(fēng)險(xiǎn)越大。本次工程雖然進(jìn)行了科學(xué)分析和方案設(shè)計(jì)，但是仍無(wú)法規(guī)避基坑底部涌水的問(wèn)題。針對(duì)基坑底部涌水問(wèn)題，可采用的應(yīng)對(duì)措施包括：基底注漿，通過(guò)化學(xué)注漿的方法采用高壓水玻璃溶液對(duì)基坑底部進(jìn)行注漿封堵；增加集水坑數(shù)量和尺寸，提高基坑內(nèi)抽排水速度；加快墊層施工，縮短封底時(shí)間。

3.3　基坑臨邊及通道安全措施

在本次施工過(guò)程中，基坑的外導(dǎo)墻、帽梁位置都設(shè)置有防護(hù)欄桿，防護(hù)欄桿采用鋼管制作，并以高密度鋼護(hù)網(wǎng)進(jìn)行封閉，同時(shí)設(shè)置方木材質(zhì)的防撞墻。為保證施工通道滿足基坑底部作業(yè)人員的實(shí)際需求，在基坑每側(cè)對(duì)稱位置各設(shè)一個(gè)爬梯，在出現(xiàn)特殊情況時(shí)，也可供施工人員緊急疏散使用。爬梯為“之”字結(jié)構(gòu)，沿基坑內(nèi)襯面設(shè)置，固定在基坑內(nèi)壁，爬梯底部設(shè)置活動(dòng)梯。另外，為保證安全，整個(gè)爬梯邊緣用鋼護(hù)網(wǎng)進(jìn)行封閉。

3.4　施工設(shè)備及人員安全控制措施

工程基坑開(kāi)挖以機(jī)械為主，采用人機(jī)聯(lián)合作業(yè)。合理選擇和安置設(shè)備，科學(xué)安排施工人員是工程順利開(kāi)展、完成的基礎(chǔ)和保障。例如，本次工程投入的起重機(jī)包括門式、塔式、履帶式三種，每種起重機(jī)所需的地基承載力各不相同，應(yīng)用于挖土工程的不同階段。要想用好這三種起重機(jī)，施工人員不僅需要熟悉起重機(jī)的使用條件，而且要對(duì)不同階段施工環(huán)境進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量和把握。

工程施工設(shè)備種類多，數(shù)量大，施工范圍廣。要保證工程的順利竣工，必須重視施工設(shè)備的安全控制。首先，對(duì)各類設(shè)備進(jìn)行測(cè)算，確定每臺(tái)設(shè)備的施工條件，并將各設(shè)備合理安排到各施工環(huán)節(jié)中；其次，做好設(shè)備維護(hù)和檢查。專門設(shè)置設(shè)備檢修和維護(hù)人員，定期對(duì)每臺(tái)設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)維護(hù)。在使用前，對(duì)每臺(tái)設(shè)備的各個(gè)工件都要進(jìn)行檢測(cè)，確保施工過(guò)程中設(shè)備能夠正常、準(zhǔn)確、靈敏、可靠地運(yùn)行；對(duì)設(shè)備的使用、存放、檢修等都要有詳細(xì)的記錄，設(shè)備交接時(shí)需對(duì)工件情況、運(yùn)行情況進(jìn)行檢查；另外，設(shè)備操作過(guò)程中需嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。

施工人員的安排，不僅包括技術(shù)人員、后勤人員、安全技術(shù)人員等工作位置和工作內(nèi)容的設(shè)置，而且包括施工過(guò)程中各工種的配合，每人應(yīng)完成的工作任務(wù)和應(yīng)承擔(dān)的安全責(zé)任等。例如，在施工期間，基坑開(kāi)挖進(jìn)度主要依賴機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行情況。在這一時(shí)期，設(shè)備操作人員和維護(hù)人員的工作安排必須與工程進(jìn)度和設(shè)備情況相配合，保證設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)使這一工程階段順利完成。另外，一些特殊設(shè)備需要特種作業(yè)人員，相關(guān)工作人員必須具備相應(yīng)的技術(shù)素質(zhì)、應(yīng)變能力。同時(shí)，要明確各工作人員的崗位責(zé)任，強(qiáng)化工作人員的責(zé)任意識(shí)。

4　結(jié)束語(yǔ)

在復(fù)雜的城市環(huán)境下深基坑開(kāi)挖工程面臨諸多難題，在施工前應(yīng)根據(jù)周圍建筑物情況、地質(zhì)條件等實(shí)際問(wèn)題，充分做好防排水施工安排、設(shè)備安置、應(yīng)急預(yù)案制定等工作。科學(xué)的數(shù)據(jù)分析，恰當(dāng)?shù)氖┕し桨福陚涞陌踩夹g(shù)，是本次工程成功完成的基礎(chǔ)和保障。