擋土柱施工法應(yīng)用于卵礫石層的施工品質(zhì)暨安全性評(píng)估分析研究

宋偉

摘要：本研究主要探討應(yīng)用于卵礫石層地質(zhì)條件下地下深開挖擋土措施中的擋土柱施工法，該施工法依施工方式分為人工擋土柱工法及機(jī)械式擋土柱工法。按照研究“某工程”的機(jī)械式擋土柱施工經(jīng)驗(yàn)及某集合住宅采用人工擋土柱施工法的案例，探討現(xiàn)今擋土柱相關(guān)施工安全質(zhì)量缺失，進(jìn)而尋求改進(jìn)及防止對(duì)策。

Abstract： This study mainly discusses the construction method of retaining column used in retaining measures for deep underground excavation under the geological conditions of the gravel layer. The construction method is divided into artificial retaining column method and mechanical retaining column method according to the construction method. Based on the construction experience of mechanical retaining columns in "a certain project" and the case of using artificial retaining columns in a residential complex， the current lack of safety and quality of retaining columns is discussed， and improvements and preventive measures are sought.

關(guān)鍵詞：擋土柱;卵礫石層;局限空間;安全性

Key words： retaining column;gravel layer;confined space;safety

中圖分類號(hào)：U455.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）32-0111-03

1? 研究目的

本文依據(jù)研究案例的施工經(jīng)驗(yàn)探討現(xiàn)今擋土柱因安全疑慮及品質(zhì)常見缺失，尋求改進(jìn)及防止對(duì)策，使其在減少震動(dòng)與噪音方面的成效能推廣使用。

2? 研究方法

2.1 研究流程

搜集國內(nèi)擋土柱施工法的相關(guān)案例及文獻(xiàn)資料，了解現(xiàn)有施工程序及工作安全的做法，施工期間的機(jī)具、設(shè)備、材料、施工環(huán)境等作業(yè)相關(guān)影響因子，匯整有關(guān)作業(yè)流程，歸納分析整理，并針對(duì)作業(yè)過程中，施工質(zhì)量與工人安全衛(wèi)生的相關(guān)要點(diǎn)進(jìn)行探討。

2.2 人工擋土柱施工法

擋土柱施工法在施工上的重要步驟為擋土柱坑（柱體）的挖掘，并且依挖掘方式進(jìn)一步分類，采用人工挖掘方式施工的為人工擋土柱，以機(jī)械挖掘方式施工的為機(jī)械式擋土柱，采用哪種方式需視地基條件而定。

人工擋土柱作業(yè)因采用人工直接挖掘柱坑，具有：①造價(jià)低，②施工機(jī)具少，③無噪音，④無空氣污染，⑤無震動(dòng)公害，⑥可多柱同時(shí)挖掘，⑦適用于卵礫石強(qiáng)度高的地區(qū)，⑧可靠近鄰房施工較無空間上限制等諸多特點(diǎn)。施工如遇地質(zhì)上的不透水層產(chǎn)生滲水或土質(zhì)松軟時(shí)，則需謹(jǐn)慎處理，否則易發(fā)生開挖施工柱坑塌陷的安全事故，因此主要缺點(diǎn)是對(duì)于施工人員的安全防護(hù)效果極差。

人工擋土柱作業(yè)的主要工作為挖掘及構(gòu)筑柱體。它是由人工用簡單的挖掘工具，由上而下進(jìn)行柱坑挖掘，通常作業(yè)深度約在10～20米間。擋土柱斷面尺寸設(shè)計(jì)一般長度約為1～2米，寬度視開挖區(qū)域擋土柱強(qiáng)度需求而定，在30～60厘米之間皆有，而規(guī)劃排置的擋土柱中心間距大部分相距2米左右。

2.3 機(jī)械式擋土柱施工法

機(jī)械式擋土柱施工方式主要為柱坑的挖掘采取機(jī)械（挖土機(jī)）替代人力挖掘施工。在施工環(huán)境條件限制上，需要有較大的腹地與動(dòng)線，并且配合整體工作的推展，其在剩余土石方作業(yè)流程上需要有較完善的規(guī)劃。

3? 研究成果

3.1 人工擋土柱施工安全評(píng)估

人工擋土柱施工過程中，擋土柱坑內(nèi)狹隘、通風(fēng)不良與潮濕，施工人員在地下深處挖掘擋土柱坑，作業(yè)環(huán)境極為不良，須架設(shè)卷揚(yáng)機(jī)等升降設(shè)備進(jìn)出，并配備機(jī)械通風(fēng)設(shè)備實(shí)施通風(fēng)換氣來維持充分清凈的空氣;施工初期以機(jī)械進(jìn)行表土層的降挖整地，然后人工挖掘人工擋土柱坑，在地基周圍的人工擋土柱完成后，再以機(jī)械方式進(jìn)行地基大幅降挖并配合組立水平擋土安全支撐系統(tǒng)，所以不易發(fā)生損鄰危害。

3.2 機(jī)械式擋土柱施工安全評(píng)估

機(jī)械式擋土柱施工方式以單層擋土柱為例，初期進(jìn)行地基大幅降挖至約設(shè)置擋土柱1/2長度高程后，挖掘柱坑并完成擋土柱柱體，再降挖至預(yù)定開挖高程配合組立水平擋土支撐系統(tǒng)，所以擋土措施未完成前，若開挖面過陡或遭遇較不穩(wěn)定地質(zhì)易發(fā)生崩塌，對(duì)施工機(jī)具存有威脅，同時(shí)對(duì)鄰近道路設(shè)施或鄰房會(huì)造成損鄰等危害。

依據(jù)法規(guī)在有“墜落”、“崩塌”等危險(xiǎn)的作業(yè)場所引起的危害，雇主應(yīng)有符合標(biāo)準(zhǔn)的必要安全衛(wèi)生設(shè)備，且開挖作業(yè)前應(yīng)確認(rèn)機(jī)械（挖土機(jī)）、搬運(yùn)機(jī)械（土石方運(yùn)輸車輛）等應(yīng)裝設(shè)倒車或旋轉(zhuǎn)警示燈及蜂鳴器，將施工運(yùn)行路線進(jìn)行危害告知。開挖作業(yè)中，應(yīng)派專人指揮，并嚴(yán)禁操作人員以外的人員進(jìn)入挖土機(jī)操作半徑范圍內(nèi)，防止意外發(fā)生。另外在高處作業(yè)的除了個(gè)人安全護(hù)具安全帽配戴外，還應(yīng)正確配戴使用鉤掛安全帶，避免發(fā)生墜落。

3.3 職業(yè)災(zāi)害案例分析及防止對(duì)策

人工擋土柱施工災(zāi)害案例：

人工擋土柱開挖作業(yè)，工人被掉落的土石掩埋死亡。

①災(zāi)害發(fā)生經(jīng)過：

某大樓新建工程地下室擋土柱工程，17年2月25日上午11時(shí)許，挖掘工丙發(fā)覺五號(hào)擋土柱坑有土石松動(dòng)現(xiàn)象，報(bào)告工地主任丁，丁指示暫停挖掘，丙就在五號(hào)擋土柱坑潑灑水泥漿。后來有一片土石滑落，立即請(qǐng)地面上的工人戊將其吊上地面，當(dāng)丙欲拆離位于五號(hào)擋土柱坑旁的吊運(yùn)機(jī)臺(tái)時(shí)，戊隨著崩落土石滑落緊鄰的四號(hào)擋土柱坑，并被繼續(xù)崩落的土石掩埋，丙立即叫人前來協(xié)助將其從坑內(nèi)挖掘出來送醫(yī)急救無效死亡。

②災(zāi)害發(fā)生原因：

1）罹難者死亡原因?yàn)楸荒嗌把诼瘢舷⒅滤馈?/p>

2）罹難者因四號(hào)柱坑側(cè)壁穩(wěn)定性不良發(fā)生崩塌，致滑落坑內(nèi)被繼續(xù)崩落土石掩埋窒息死亡。

3）開挖擋土柱坑，未設(shè)擋土支撐。

4）對(duì)工人未實(shí)施安全衛(wèi)生培訓(xùn)，工人安全衛(wèi)生意識(shí)不足。

③災(zāi)害防止對(duì)策：

1）對(duì)露天開挖作業(yè)，開挖深度在1.5米以上有崩塌危險(xiǎn)的，應(yīng)設(shè)擋土支撐。

2）提高工人安全衛(wèi)生知識(shí)。

3.4 施工質(zhì)量案例分析及防止對(duì)策

3.4.1 施工品質(zhì)案例分析

①機(jī)械式擋土柱柱坑開挖取土造成土石方崩落落坍塌，亦造成后續(xù)混凝土澆注置施工時(shí)材料損耗。

1）質(zhì)量缺失情形：機(jī)械式擋土柱開挖時(shí)因機(jī)械（挖土機(jī)）操作不當(dāng)或地質(zhì)條件不良，造成頂部土石方塌陷;另因側(cè)面柱體超挖或柱體部位開挖時(shí)的不當(dāng)擾動(dòng)，引起柱坑壁體土石方崩落。亦造成后續(xù)混凝土澆注時(shí)增加損耗數(shù)量。

2）質(zhì)量缺失發(fā)生原因：

a.機(jī)械式擋土柱開挖時(shí)因機(jī)械（挖土機(jī)）操作不當(dāng)或地質(zhì)條件不良。

b.現(xiàn)地規(guī)劃預(yù)留施工動(dòng)線，所以擋土柱施工前期緊臨路權(quán)線外側(cè)（擋土柱頂部即梁外側(cè)）的軟弱表土，采取不降挖處理。

3）質(zhì)量缺失防止對(duì)策：

a.挖掘過程如遇地質(zhì)表土松散軟弱時(shí)，擬定解決方案為預(yù)先施工導(dǎo)墻，即擋土壁（板）。以導(dǎo)墻的側(cè)向支持力加強(qiáng)軟弱地層，避免在擋土柱施工過程中頂部土石方崩落塌陷。

b.施工機(jī)械（挖土機(jī)）的司機(jī)應(yīng)技術(shù)熟練，在開挖過程柱坑頂部配合施工的指揮人員，應(yīng)增加開挖位置檢查頻率，隨時(shí)反饋信息給司機(jī)，避免柱坑壁體不當(dāng)超挖。

②擋土柱拆模時(shí)發(fā)生鋼筋裸露保護(hù)層不足。

1）質(zhì)量缺失情形：

機(jī)械式擋土柱混凝土施工完成后，拆除擋土柱固定模板，發(fā)生柱體鋼筋籠的鋼筋裸露或混凝土保護(hù)層不足。

2）質(zhì)量缺失發(fā)生原因：

機(jī)械式擋土柱在拆除模板時(shí)，會(huì)因機(jī)械施工性與精度欠佳，易發(fā)生墊塊脫落，使鋼筋與模板貼附，造成混凝土保護(hù)層不足。

3）質(zhì)量缺失防止對(duì)策：

除外覆土施工應(yīng)特別謹(jǐn)慎外，基本上加強(qiáng)固定混凝土保護(hù)層的間隔墊塊，或使用工作性良好的圓形塑料間隔器，并改善布設(shè)的數(shù)量及間距，可減少缺失發(fā)生率。

③混凝土澆注作業(yè)易發(fā)生漏漿情形。

1）質(zhì)量缺失發(fā)生情形：

機(jī)械式擋土柱在混凝土澆注時(shí)，靠近擋土柱頂部側(cè)發(fā)生模板漏漿或爆模等狀況，見圖1所示。

2）質(zhì)量缺失發(fā)生原因：

一般在頂部背部填土石方量較少處側(cè)向力相對(duì)較小，易發(fā)生爆模及露漿。

3）質(zhì)量缺失防止對(duì)策：

機(jī)械式擋土柱作業(yè)過程中，采取加強(qiáng)夾板綁扎固定位置與數(shù)量來改善缺失。另外模板外側(cè)加強(qiáng)角材的圍束，降低缺失發(fā)生率。

④擋土柱混凝土澆注作業(yè)不易搗實(shí)。

1）質(zhì)量缺失發(fā)生情形：

機(jī)械式擋土柱混凝土澆注作業(yè)，因擋土柱柱坑狹長（每一階段柱坑深約10米），無法使用一般震動(dòng)機(jī)具搗實(shí)。

2）質(zhì)量缺失發(fā)生原因：

機(jī)械式擋土柱柱坑第一階段長度在10米左右，第二階段擋土柱坑長度相似，所以在擋土柱混凝土澆注作業(yè)時(shí)，無法使用一般的混凝土震動(dòng)機(jī)具進(jìn)行搗實(shí)。

3）質(zhì)量缺失防止對(duì)策：

針對(duì)此類缺失，工地使用工作性較好的高性能自充填混凝土。

⑤擋土柱水平與垂直準(zhǔn)確度質(zhì)量要求。

1）質(zhì)量缺失發(fā)生情形：

機(jī)械式擋土柱施工，因施工精度不高，造成柱坑壁體超挖、位置偏離路權(quán)線或侵入影響基地內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)體施工。

2）質(zhì)量缺失發(fā)生原因：

即使施工精度不高時(shí)也應(yīng)注意其水平與垂直度位置，使擋土柱完成外露面盡可能維持整體平整美觀，利于后續(xù)水平擋土支撐系統(tǒng)的架設(shè)。施工誤差亦可能使擋土柱位置偏離路權(quán)線或侵入影響后續(xù)基地內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)體施工。

3）質(zhì)量缺失防止對(duì)策：

可在柱坑開始進(jìn)行機(jī)械挖掘時(shí)，由施工人員配合放樣引點(diǎn)，并在柱坑挖掘過程中，仰賴機(jī)械操作手與柱坑頂部指揮人員的配合。此外柱坑頂部配合施工的人員，需增加挖掘測(cè)量觀測(cè)及指揮頻率。

3.4.2 其它施工應(yīng)注意重要事項(xiàng)

①壓梁的重要性。本研究案例施工的機(jī)械式擋土柱為個(gè)別獨(dú)立樁體，須在各別擋土柱全部完成后，另外進(jìn)行頂部壓梁。此處壓梁作用在于圍束各獨(dú)立的擋土柱，使各別擋土柱受到的土壓力平均分布相鄰擋土柱，形成一整體性的擋土排樁，整體結(jié)構(gòu)將比未設(shè)壓梁時(shí)的承壓性高，以增加整體擋土設(shè)施的安全性。

②視現(xiàn)況增設(shè)截水溝。有關(guān)深開挖擋土壁施工，施工前須對(duì)施工基地周圍的排水設(shè)施，作好截流排水的準(zhǔn)備作業(yè)，避免地面徑流水或是鄰近排水建筑物滲流水侵入，造成后續(xù)基地內(nèi)土壤細(xì)粒料流失，產(chǎn)生土石方崩塌陷落的危害。

③加強(qiáng)機(jī)械式擋土柱動(dòng)態(tài)施工時(shí)的安全意識(shí)與認(rèn)知。機(jī)械式擋土柱進(jìn)行柱坑開挖取土作業(yè)時(shí)，柱坑的壁體開挖面為經(jīng)過擾動(dòng)、松散狀態(tài)。為施工安全起見，施工位置的開挖坡趾下方絕對(duì)禁止人員停留;此外擋土柱坑頂部亦存在有崩塌風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)禁止人員靠近。

3.5 人工與機(jī)械式擋土柱的差異比較

在地層為卵礫石地質(zhì)條件下，在多種深開挖擋土施工法中，多采用為擋土柱施工法，后續(xù)再配合開挖架設(shè)水平擋土安全支撐進(jìn)行施工;擋土柱按施工方式可分為人工擋土柱與機(jī)械式檔土柱兩種形式，其工程特性的差異如表1所示。

3.6 人工及機(jī)械式擋土柱施工法安全管理

3.6.1 安全衛(wèi)生管理

制定工程施工的安全衛(wèi)生管理規(guī)范，以防止職業(yè)災(zāi)害發(fā)生，保障員工的安全與健康。

3.6.2 緊急應(yīng)變措施

針對(duì)各種可能發(fā)生的突發(fā)情況，制定緊急應(yīng)變措施處置表，來應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的未知情況。

3.6.3 局限空間作業(yè)要點(diǎn)

①施工方應(yīng)禁止作業(yè)無關(guān)人員進(jìn)入局限空間的作業(yè)場所，并在入口顯眼處公告禁止進(jìn)入的規(guī)定。

②工人在局限空間從事作業(yè)前，施工方應(yīng)先確認(rèn)該局限空間內(nèi)有無可能引起工人缺氧、中毒、觸電、塌陷、被夾、被卷及火災(zāi)、爆炸等危害，如果可能發(fā)生危害，應(yīng)制定危害防止計(jì)劃，并使現(xiàn)場相關(guān)人員依規(guī)辦理。并在作業(yè)場所入口顯眼處公告注意事項(xiàng)。

③安全管理建議。采取使用替代物、改善作業(yè)方法或工程控制等有效手段或增設(shè)安全衛(wèi)生設(shè)施項(xiàng)目與數(shù)量，來提升擋土柱施工時(shí)工人的安全衛(wèi)生相關(guān)行為。

3.7 人工及機(jī)械式擋土柱施工法品質(zhì)管理

人工及機(jī)械式擋土柱施工法質(zhì)量管理由施工質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)及施工檢驗(yàn)組成;此階段主要是了解目標(biāo)施工單位設(shè)定的需求后，將搜集觀察而來的施工單位意見，轉(zhuǎn)化成有意義的實(shí)際作為與措施，并建立質(zhì)量管理反饋體系，在施工單位內(nèi)部及外部進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)的分享與改善，并持續(xù)探索尚未滿足的施工需求，并精進(jìn)擋土柱施工法質(zhì)量管理的實(shí)用性。

4結(jié)論

①在卵礫石層地質(zhì)條件下進(jìn)行擋土柱施工，遭遇粒徑較大卵礫石時(shí)，能以人工破碎或機(jī)械挖除方式迅速排除施工（地質(zhì)）障礙，故擋土柱施工法是適用于卵礫石層地質(zhì)條件中（克服）深開挖的有效施工方法。

②現(xiàn)今環(huán)境保護(hù)越來越受重視，在都會(huì)地區(qū)施工期間如何減輕對(duì)環(huán)境沖擊相當(dāng)重要，擋土柱施工法相對(duì)其它方法，其施工過程對(duì)于環(huán)境產(chǎn)生的影響沖擊最小，可有效降低噪音、避免振動(dòng)及減少揚(yáng)塵等環(huán)境公害。

③機(jī)械式擋土柱施工法在施工速率、施工深度、成本及施工人員安全維護(hù)上明顯優(yōu)于人工擋土柱施工法。

④在施工查監(jiān)與質(zhì)量管理方面，施工單位須依據(jù)與業(yè)主工程合約圖說明的規(guī)范訂定相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，以確保施工的質(zhì)量與安全。

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