對深基坑支護結構施工過程存在問題的探討

原俊杰

(中鋁國際(天津)建設有限公司山西鋁基地分公司，山西河津 044000)

深基坑工程的特殊性、復雜性、事故突發性，使得設計正在逐步建立以施工監測為主導的信息反饋動態設計體系，深基坑的設計對支護結構的控制也轉向了包括保護周邊環境的變形控制，深基坑的系統性也相應對施工過程的控制提出了較高的要求，而施工企業也面臨著較多的不確定性，特別是因自身的原因，在實際的實施控制過程中存在著很多問題，還不能實施有效的信息施工，已有的過程控制體系不能適應實際過程控制需求，不能協助設計進行有效的動態設計并提升自身競爭力，對深基坑工程的過程控制能力較差和不可靠，使得實際施工過程需要被動處理的問題較多、風險較大、實際損失也不小。

1 施工過程中存在的問題

1.1 施工專項方案針對性、指導性、可操作性較差，不能正確反映設計方案要求

專項方案的針對性、指導性、可操作性指的是專項施工方案要根據現場實際反映設計方案的各個工況強度和變形控制參數。專項方案對施工過程有重大的指導意義，因此在施工過程中必須加強監測，力求實施有效的信息化施工。不僅在施工前需要注意編制質量、嚴格審核程序，在施工過程中也有根據實際情況進行修改的過程，只不過有些修改只是微修改，重大的修改一般較少，注重這些微小修改，使其更符合實際施工過程才能真正確保施工過程質量的穩定性，在以往的施工中，因方案針對性、指導性不強，難以操作，拋開施工方案進行施工的情況也有很多，有些過程沒出事，有些則發生了事故，過程質量穩定性、可靠性沒有保證。

專項方案的編制人員與具體實施人員存在脫節問題，對于一般的方案，編制和實施環節相互脫節的問題，不會造成大的問題，但對深基坑這類技術很復雜的專項方案的編制過程沒有具體實施人員參加或沒有充分理解，具體實施人員就可能因理解溝通不夠，不僅執行效果可能較差，不能意識到某些關鍵環節的重要性而埋下事故隱患，出現問題或發生事故征兆也不能正確應對，局部的問題會造成較大的全局性損失。施工組織設計及專項施工方案針對性、技術性指導性不強，常常采取的措施不能兼顧支護結構的安全。

1.2 不能保證支護結構的施工質量

存在的主要問題是:1)使用不合格材料、偷工減料，沒有從根本上解決觀念、認識問題，總認為設計單位比較保守，而且又是臨時支護工程，以前這樣施工好像也沒出現事故，存在僥幸心理，不把深基坑的特殊性、復雜性、系統性、事故突發性、損失巨大的特性當回事，把降低成本和工期放在重要位置，甚至重要的施工過程質量也不能保證。2)施工工藝和方法不符合要求。如:地下連續墻成槽質量較差，導致墻體質量差，槽壁塌方、變形等，雖引起上述問題的原因是多方面的，可有水泥漿質量、地質水文條件、挖槽施工等方面因素，但在施工過程中不能采取相應的工藝和方法解決。3)不能按設計要求和圖紙施工。如:攪拌樁沒有嚴格按設計配合比進行施工，土體強度達不到設計要求，攪拌深度不夠，樁搭接施工長度不夠等。4)不重視重要節點的施工質量，如:基坑中間最大承載力處墻或樁的強度和剛度不符合設計要求，內支撐的強度、偏心受力和拉錨錨固的有效性、鋼板預埋和焊接等不符合要求等。5)不注意形成有效的支護結構。如樁、墻的深度不夠，沒有進入持力層，容易發生傾覆和滑移;攪拌樁墻沒有進入不透水層、樁或墻間結合不好，沒有形成有效的止水帷幕。錨桿或支撐施加預應力不夠，加大了變形，降低了實際支護效果。

由于深基坑工程的特殊性，技術控制的復雜性遠甚于永久性的基礎結構或上部結構，設計和施工過程有較多的不確定性。設計方案和施工過程均可以根據實際情況進行改動和優化，但必須嚴格按程序進行控制。支護結構是系統工程，施工方不能理解設計意圖，不能從根本上認識到深基坑系統施工的重要性，僅僅靠有限的經驗進行施工，不注重施工過程的控制，特別是不注重關鍵部位的施工質量，實際上是給日后留下了事故隱患，使得在薄弱環節容易發生問題，進而會引起支護結構整體的問題，嚴重時會造成整體垮塌和周邊環境破壞，造成很大的損失。

1.3 不能利用時空效應原理，滿足開挖過程的設計工況和變形要求

目前，深基坑支護結構的控制已從設計安全度控制延伸至變形控制，由于深基坑本身的特殊性和支護結構受力和環境的復雜性，設計和施工過程存在的較多不確定性，使得實際開挖過程的控制難度、風險較大，一旦發生事故，損失較大。按時空效應原理進行開挖則所需費用較小，但可獲得較好的控制效果。時空效應是指深基坑開挖過程中，合理安排每個分部開挖土方的空間尺寸，盡量減少每步開挖在無支撐階段的暴露時間，可靠而合理地利用土體自身強度來控制土層位移，進而控制基坑整體的位移和變形。實踐已證明:科學地利用時空效應原理，及時進行預應力支撐或拉錨，對保護環境、節約造價和縮短工期具有明顯優勢。

實際的施工過程常常與施工設計要求差別大，這個較大的差別并不是在設計要求范圍內產生的差別或對施工過程進行優化產生的差別，而是常常超出了設計限定的范圍或實際控制值超出了保護周圍環境的變形要求，進行盲目的、不顧風險和后果的施工。

利用時空效應原理最主要的作用是控制基坑開挖過程的風險和滿足支護結構變形控制要求，超挖是最主要的風險，特別是越向下部空間開挖，超挖帶來的風險越大。時空效應也是開挖期間進行支護結構變形控制的最好手段，在設計工況內合理減少每次開挖量，合理安排開挖順序，滿足平衡開挖要求，留土反壓、及時平衡支撐和施加預應力，根據現場開挖情況及時進行預測和優化開挖過程，就可用較小的代價獲得較好的變形控制成果。

1.4 不能協助設計進行有效的動態設計

目前基坑設計已由安全度控制趨向了變形控制，對施工實際過程設計參數的監控、分析要求更高，但在實際過程中施工方常常難以滿足設計方對過程監測、分析的要求。設計通過預測每一工況的支護結構的變形量、內力及支撐力，采集這一工況下開挖施工過程的相應信息，進行參數反演，計算預測下一工況支護結構的變形量等，如此反復循環，通過不斷的分析預測指導施工，通過施工信息反饋修改設計，使設計及施工逼近實際。施工過程沒有配備或根本就沒有相應基坑施工經驗的技術人員，或技術人員水平較低，難以發現和處理現場存在的問題，并沒有及時與設計人員進行溝通和分析，導致設計和施工的脫節，不僅難以雙贏，還會因溝通不暢而產生更多的問題。

1.5 不能實施有效的信息化施工

信息化施工主要用于對施工過程的控制，每一階段施工前都要對影響施工過程的因素進行分析，確定需要監控的各項參數，預測其可能的變化數值，確定合理的施工工藝和施工參數進行控制。

信息施工使基坑施工過程始終處于受控狀態，能及時通過現場監測儀器和有經驗的技術人員巡檢，獲取過程信息和數據，通過分析了解過程實際狀況，能及時發現問題，及時處理問題，掌握工程進展的主動權，能做到施工技術的科學化、信息化、標準化、規范化，并為施工過程中的科學決策提供了有力的支持。信息技術在大型工程施工中的應用和推廣是工程管理現代化的重要標志和必要途徑，也是確保工程質量和施工安全的關鍵性措施。但技術和經驗占比重很大的信息施工，在實際施工過程中，常常達不到實際的效果，其原因有:1)信息檢測不全或監測信息點設置不合理、數據離散性大難以判斷、數據有誤差或人為因素影響大、不能實時監測或監測過程耗時長、不能及時得到信息或分析時間長。2)技術人員經驗有限，對深基坑系統的技術掌握不深，不能將技術和經驗在實施過程中靈活運用，不能通過現場情況進行判斷，對所獲取的信息分析不到位，不能對其中的異常情況做出正確判斷，是繼續跟蹤觀察還是立即采取措施在下一步進行糾正，對異常情況發展趨勢不能進行合理的預測，不能制定合理有效的下一步實施方案。3)管理過程沒有理順，沒有建立一套有效的過程控制程序或已有的程序不能適應過程的實際需求，沒有按實際及時進行改進，有限的項目資源不能得到有效利用。

1.6 不能根據現場實際做好施工過程中的主動預測、預防工作

深基坑工程每一步均需作相應的預測，如開挖過程支護結構的變形量預測，支護結構的承載力預測，周邊保護環境的變形預測，對水危害的預測，對某一工況下實施方案效果的預測，對某一異常情況發展趨勢的預測等，根據預測和風險分析來確定相應的預防措施，預測、預防均來自主動的獲取相關信息、主動了解實際環境情況及變化、主動理解設計、主動進行及時的分析、及時采取對策、驗證和反復循環改進。但在實際施工過程中工作的積極主動性不高、技術和經驗水平不能適應過程變化的需要，難以發現問題，工作比較被動，往往是要等問題完全暴露，形成較大的事故隱患才會被迫實施大量的應對措施，付出較大的代價。

預測、預防的能力來自已發生的事故教訓和成功的實施經驗及對深基坑過程的風險管理，來自對實施環境和實施過程的了解，但在實施過程中常常不注意進行相關知識和經驗的獲取、積累和應用，以致實際需要時難以進行有效的預測、預防。

主動預測、預防工作是深基坑工程中的重要內容，是以最少的投入避免較大損失的過程，但在實施過程中常常是僅靠個人努力程度進行實施，依賴技術人員的個人素質和能力，技術人員的努力程度和能力對過程效果影響較大，也就是不同的技術人員實施效果差別大，過程穩定性、可靠性差，建立不斷根據實際情況進行改進的過程控制程序是解決這個問題的關鍵。

1.7 發生問題不能采取有效措施進行補救

在實際施工過程中，常常沒有一套有效的事故防范和補救機制，疏于事故防范管理和監測及信息反饋，有經驗的施工人員在施工全過程不能堅持不間斷的在現場進行巡視和觀察，獲取第一手信息資料，不重視變形觀測，不能及時發現和跟蹤事故苗頭，沒有做相應的預防措施和其他準備，并注意及時補救，事故發生時不能分析清楚原因或準備不足，不能做出可靠的補救施工方案，不能立即實施有效的應對補救措施，造成事故擴大、人員傷亡和損失增加。

2 注意事項

2.1 施工過程控制的觀念和思路

觀念和思路是行動的指導思想，在實施過程中必須有正確的觀念和思路，認識上的不足會反映到每個行動中，加大實施的風險。觀念和思路改變及提高是施工過程各個層次、各個部分必須注意的問題。首先要認識到深基坑工程是一個從設計到施工、監測、反饋修正，是一個大系統的觀念，深基坑工程的特殊性、復雜性、事故高發性，設計和施工過程的不確定性，使得施工過程不可能只是按圖施工。深基坑支護結構設計的發展方向是逐步建立以施工監測為主導的信息反饋動態設計體系，對于這個轉變過程，施工方也應積極應對，修正原有的施工過程控制觀念。需要對與施工相緊密聯系的設計、監測的各個過程積極參與，才能確保整個施工過程控制目標的實現。深基坑支護結構實施過程的影響因素眾多，不僅存在人為的設計、施工、監測錯誤難以與實際工況對應，而且實際的工況也會因時空效應、施工過程引起的變化而變化，施工過程的控制難度較大，是一個需要認真對待的問題，不可輕視。深基坑是一個局部薄弱環節能使整體發生垮塌的工程，局部的觀念和思路問題也會影響全局性過程控制效果，過程控制的人員不僅是技術人員，也需要實施過程具體操作人員的參與和觀念及思路的轉變，否則難有好的過程控制效果。

2.2 重視對基坑地質條件的調查分析

重視對基坑地質條件的調查分析，并收集和總結本地區同類工程處理地質問題的經驗和教訓，從源頭上規避地質類風險。

施工過程的控制均與當地的工程地質、水文地質條件和周圍環境狀況有關，為此，不僅設計要先做好對基坑以外周邊地區的地質、水文地質條件、建筑物、地下管線的勘察，施工方也需要及時了解和重視對基坑周邊地質、水文等情況，以及周圍建筑物、地下管線、道路情況和允許變形要求，以便能更深入的理解設計方案對安全度和變形控制的要求，在實施過程中滿足信息施工、動態設計的目的。

2.3 加強對設計方案的理解和設計過程的參與

在很多情況下設計過程和施工過程是脫節的，深基坑設計不僅需要較高的理論計算水平，而且還需要較強的設計和施工經驗，施工經驗缺乏會導致設計方案考慮不周，對施工過程問題考慮較少;相反，施工方不理解設計意圖，不積極參與到設計過程中去，不僅會有很多問題在實施前難以發現，動態設計、信息施工的過程控制效果也難以滿足要求。勘察設計可能會有勘察結果出現偏差、圍護結構選型失誤、設計參數取值安全儲備不夠、設計錯誤等問題，施工方也需要注意這方面問題，在設計階段和施工過程中多問幾個為什么，加強理解和提高危機意識，注意把經驗與相關知識相結合，進行經驗提升，相關知識和經驗積累到一定程度，對提高施工過程問題處理能力和危機處理意識大有好處。基坑支護設計與施工應該建立一套較為完善的設計技術理論與實踐經驗，適時進行改進與完善，以適應不同的實際工作需要，設計人員和施工人員都要加強經驗的積累并不斷吸取國內外先進的設計理論與知識，把理論知識與實踐經驗相結合，通過現場實際狀況的及時監測，對成果不斷地比較、論證，不斷地調整，并逐步具備更高的技術水平與能力，更好的滿足動態設計和信息施工的要求。

2.4 建立深基坑工程技術交流平臺，加大深基坑工程施工控制技術的分析研究

目前在深基坑開挖和支護技術方面已積累了豐富的設計和施工經驗，新技術、新結構、新工藝不斷涌現，需要將相關的設計知識和深基坑施工經驗的獲取放到十分重要的位置上，從深基坑工程事故中吸取經驗教訓，建立有效的過程預測、預防、信息施工過程控制最好的方法，引用同類工程的實踐經驗，在此基礎上進行有針對性的施工過程控制已成為一種可行的模式。建立深基坑相關技術的交流平臺，對國內外深基坑設計、施工、監測技術和實施效果、經驗及教訓進行介紹、總結、分類編碼，促進深基坑技術的學習、交流、總結、改進。通過技術平臺加強同勘察設計等相關單位及專家的及時溝通，增加施工現場圖像傳送、實時視頻監控、多方網絡視頻論證、信息實時通報等措施，加快信息反饋、分析、處理過程，適應深基坑對動態設計、信息施工的要求。

市場對施工企業技術實力的要求越來越高，需要靠核心技術立市，增強競爭能力，建立深基坑相關技術的交流平臺，加大深基坑工程施工控制技術的分析研究，將有助于提高企業的競爭力和實際過程控制水平。

2.5 建立符合實際要求的深基坑施工過程控制流程，并不斷根據實際情況進行改進

我們制定了很多管理制度和方法，但在實際過程中很少能起到積極的作用，究其原因就是管理過程和實施過程脫節，除了內容不切實際，缺乏執行力外，更主要的是不能根據實際情況進行適宜的改進，使制度和方法對施工過程不能產生較大的促進作用，反而在某些方面形成束縛，施工過程的質量主要是依靠個人的技能和主動性，質量好壞因人而異，可靠性較差。深基坑工程是個系統工程，最容易在薄弱環節出現問題，局部的問題導致了整個支護體系的失穩或變形過大，事故發生不可避免。強度控制和變形控制需要設計、施工、監測過程各個部分的共同努力，才有可能消除施工過程和支護結構的薄弱環節，作為施工方需要建立符合實際要求的深基坑施工過程控制流程，并不斷根據實際情況進行改進，通過重視過程實施的效果和不斷合理改進，才能從過程角度確保實施質量的可靠性，進而保證全過程的實施質量。

因此深基坑開挖的規范化、程序化、科學化對減少或防止深基坑事故即環境工程地質問題所產生的危害無疑是有積極作用的，尤其是在基坑開挖之前通過詳細的工程地質勘察，分析與評價可能出現的環境工程地質問題，在此基礎上，進行合理的支護設計是必不可少的;此外基坑施工期間強調信息化施工，即施工過程中隨時監測，發現問題及時反饋，重新修改或補充設計從而進一步指導施工。

2.6 注意各層次技術和管理人員的配備和能力素質

基坑工程綜合性強，技術復雜、實施技術和管理難度大，技術人員不僅需要巖土、結構、施工的知識，還要有施工經驗，各個崗位技術含量高，沒有相應的知識和經驗，理解和意識能力較差，難以適應能力施工過程的控制要求，難以預防和發現問題，并及時處理問題，容易引發事故。因為深基坑是系統性工程，影響因素多，控制過程復雜，除了項目關鍵工程技術人員的配備和能力符合要求外，特別要注意具體施工層次管理和技術人員相應的技術和管理水平控制，不僅各層次技術管理人員要有相應的技術和管理水平，更要加強各層次技術和管理人員之間的溝通和交流。