深基坑開挖及安全控制

文｜廣東省建筑工程機(jī)械施工有限公司 吳振江

前言

隨著我國城市化建設(shè)的快速發(fā)展，使得高層建筑、各類地下空間綜合體建設(shè)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，這就使得基坑工程的規(guī)模也不斷擴(kuò)大，逐漸向著深基坑施工的方向發(fā)展，以往，不少地區(qū)認(rèn)為深基坑是深度<5m但周圍環(huán)境或地質(zhì)條件復(fù)雜以及開挖深度≥5m的基坑，但是隨著近年來，工程界達(dá)成的共識(shí)，工程界將開挖深度≥1.5m的基坑統(tǒng)稱為深基坑工程，深基坑是建筑物建設(shè)的基礎(chǔ)，其施工質(zhì)量的好壞與建筑物建設(shè)的穩(wěn)定性和耐久性具有直接的影響關(guān)系，但是，隨著基坑施工環(huán)境的日益復(fù)雜以及基坑開挖深度越來越深，再加之其在開挖施工過程中易受到基坑土體中含水量、氣候、風(fēng)以及基坑土方邊附近堆放荷載等因素的影響，常易發(fā)生基坑支護(hù)變形或結(jié)構(gòu)不穩(wěn)等問題，進(jìn)而難以保證基工程的質(zhì)量與安全，為此，在深基坑開挖施工中，需采用有效的安全控制措施，才能保證開挖施工的安全、順利進(jìn)行。

1.工程概況

葵涌街道保障性住房工程基坑支護(hù)底面積約為 12412.04m2，基坑支護(hù)面積約為12863.470m2。擬建建筑物7棟18層住宅，設(shè)一層地下層。基坑周長約470.56m，基坑開挖深度9.05—10.20 m，基坑安全等級(jí)為二級(jí)。

本工程承包范圍包括：本基坑支護(hù)設(shè)計(jì)圖紙范圍內(nèi)的基坑支護(hù)及土方挖運(yùn)。基坑支護(hù)包含多個(gè)分項(xiàng)工程：灌注樁、三管高壓旋噴樁、腰梁、冠梁、預(yù)應(yīng)力錨索、內(nèi)支撐、土釘、掛網(wǎng)噴射砼等。（見圖1）。

在上述工程施工過程中，我們充分對(duì)深基坑開挖影響因素進(jìn)行分析，制定了相應(yīng)的安全控制措施，取得了良好的施工效果。

2.深基坑開挖過程中影響基坑穩(wěn)定性的因素分析

深基坑開挖后常會(huì)出現(xiàn)基坑滑動(dòng)失穩(wěn)現(xiàn)象，造成這種現(xiàn)象的根本原因在于基坑土的抗剪強(qiáng)度小于邊坡土體中的剪應(yīng)力，而土的抗剪強(qiáng)度是由其內(nèi)摩阻力和內(nèi)聚力構(gòu)成，為此影響土體中內(nèi)摩阻力和內(nèi)聚力的因素也會(huì)對(duì)土方邊坡的穩(wěn)定性造成一定的影響。在實(shí)際開挖過程中，影響土體中剪應(yīng)力的常見因素有含水量、氣候、風(fēng)以及基坑土方邊附近堆放荷載等，土層中含水量過高，受水分的浸潤作用會(huì)導(dǎo)致土體的內(nèi)摩擦力降低和增大土體自重，這樣便易導(dǎo)致土體產(chǎn)生裂縫；氣候、風(fēng)等因素會(huì)影響土質(zhì)的疏松程度，進(jìn)而使土體的抗剪強(qiáng)度降低；土方邊附近堆放荷載會(huì)促進(jìn)土體內(nèi)的剪應(yīng)力增大，可見影響深基坑開挖穩(wěn)定性的因素有多種，為此，在進(jìn)行深基坑開挖時(shí)就必須依據(jù)各影響因素采取有效的安全控制措施。

3.深基坑開挖過程中的安全控制措施

3.1 合理控制土體內(nèi)含水量

圖1 基坑設(shè)計(jì)平面布置圖

造成深基坑失穩(wěn)的重要危險(xiǎn)因素為土體內(nèi)含水量過高，為此，在進(jìn)行深基坑開挖前，需做好基坑工程土體內(nèi)的含水量檢測(cè)，為對(duì)坑內(nèi)土體進(jìn)行疏干加固，還需進(jìn)行有效的降水處理，基坑降水可采用兩種方法進(jìn)行，一是采用井點(diǎn)降水，沿基坑中心及四周“田”字分布真空泵機(jī)進(jìn)行抽水，并根據(jù)降水管平面布置圖測(cè)放井位，使基坑內(nèi)的降水量低于8.4m。二是進(jìn)行集中降水，在基坑坡頂(坡度0.2%)排水結(jié)合場地四周砌筑排水溝渠，并將其與市場排水系統(tǒng)連接，然后將臨時(shí)沉井及排水溝設(shè)置在基坑內(nèi)，進(jìn)行集中排水，以促進(jìn)土體的抗剪強(qiáng)度達(dá)到最大。在實(shí)際開挖的過程中，還需將排水溝設(shè)置在基坑邊界四周地面，以防止?jié)B水、漏水進(jìn)入深基坑內(nèi)。

3.2 遵循時(shí)空效應(yīng)原則進(jìn)行深基坑開挖

處理好基坑土體含水量后，為保證基坑開挖施工的安全實(shí)施，還需詳細(xì)的調(diào)查和了解基坑周圍建筑物、道路以及地下管線情況，以避免其對(duì)基坑開挖造成不利的影響，另外，還需對(duì)基坑各側(cè)邊的安全等級(jí)進(jìn)行核實(shí)，檢查與核實(shí)無誤后，便可進(jìn)行基坑開挖，在開挖過程中需根據(jù)基坑地質(zhì)條件合理對(duì)開挖方式進(jìn)行選擇，先撐后挖，分層開挖是最常用的開挖方式之一，即先做好錨桿、支撐，再進(jìn)行下層挖土，切勿超挖，為保證基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定以及其周圍建筑物結(jié)構(gòu)的安全，在基坑開挖過程中還需盡量降低初始位移，可以分段、分塊、分區(qū)和分層進(jìn)行抽槽開挖，開挖時(shí)需留土護(hù)壁，以形成中間支撐，為減少無支撐暴露時(shí)間，還需在后續(xù)的開挖過程中使限時(shí)對(duì)稱平衡形成端頭支撐，只有對(duì)支護(hù)墻體開挖部分及每個(gè)分布開挖的空間幾何的無支撐暴露時(shí)間進(jìn)行掌握，才能對(duì)土體自身控制地層位移的潛力進(jìn)行科學(xué)的利用，進(jìn)而能夠幫助施工人員良好的解決基坑開挖變形和穩(wěn)定性不足等問題。

3.3 合理控制基坑邊堆放荷載

基坑邊荷載是促進(jìn)土體內(nèi)剪應(yīng)力增大和形成堆坑失穩(wěn)不利荷載的重要危險(xiǎn)因素，若其堆放荷載過大或控制不當(dāng)，則極易導(dǎo)致基坑發(fā)生突發(fā)坍塌，因此，為降低基坑坍塌事件的發(fā)生幾率，在進(jìn)行深基坑開挖的過程中，只可將建筑材料和土方堆置在基坑邊緣，施工機(jī)械和運(yùn)輸工具只可沿挖方邊緣移動(dòng)，挖方邊緣距基坑上部邊緣的距離需控制在2m以上，且其上面堆置的棄土高度不可超過15m以及重量不可超過設(shè)計(jì)荷載值。若因施工需要將混攪拌機(jī)等機(jī)械設(shè)備設(shè)置在坑邊時(shí)，由于混攪拌機(jī)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，使得粉砂土等土質(zhì)發(fā)生液化，從而導(dǎo)致土體的抗剪強(qiáng)度降低，此時(shí)，施工人員需根據(jù)基坑實(shí)際支護(hù)、土質(zhì)情況以及機(jī)械設(shè)備的實(shí)際重量，重新計(jì)算和確認(rèn)基坑邊堆放的荷載。

3.4 基坑監(jiān)測(cè)

在進(jìn)行開挖基坑過程中，要采取措施，對(duì)基坑進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)支護(hù)體和附近的環(huán)境，按設(shè)不同的監(jiān)測(cè)器，檢測(cè)各種指標(biāo)。

變形監(jiān)測(cè)從土方開挖開始至基坑回填后結(jié)束，變形點(diǎn)及沉降點(diǎn)沿基坑邊線每隔約25m設(shè)一點(diǎn)，施工前所有沉降點(diǎn)應(yīng)做檢測(cè)記錄，施工過程中在場地20m范圍內(nèi)的沉降點(diǎn)每2日檢測(cè)一次，其余每周檢測(cè)一次。其當(dāng)變形超過有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或監(jiān)測(cè)結(jié)果變化速率較大時(shí)，應(yīng)加密觀測(cè)，當(dāng)有事故征兆或遇暴雨時(shí)，應(yīng)連續(xù)觀測(cè)。

3.5 建立有效的基坑開挖事故預(yù)防措施和緊急救援預(yù)案

當(dāng)深基坑開挖深度超過2m時(shí)，便會(huì)對(duì)臨邊建筑施工作業(yè)造成高空墜落的危險(xiǎn)，為了保障周圍作業(yè)人員的安全，需按照臨床作業(yè)和高空作業(yè)要求，及時(shí)將雙道防護(hù)欄桿設(shè)置在基坑開挖工程周圍，并掛設(shè)安全立網(wǎng)，另外，還需設(shè)置專用的安全通道供作業(yè)人員上下基坑，嚴(yán)禁其對(duì)基坑支撐系統(tǒng)或模板進(jìn)行上下攀爬。除了上述控制措施，在實(shí)際的基坑開挖施工中還存在暴雨、臺(tái)風(fēng)等氣象環(huán)境對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的影響，這些因素具有可變性，并不能按照特點(diǎn)的參數(shù)對(duì)基坑開挖工程施工的安全性進(jìn)行判斷，為此，也易導(dǎo)致基坑支護(hù)發(fā)生變形或失效，輕則是導(dǎo)致基坑自身支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，重則將會(huì)導(dǎo)致基坑支護(hù)發(fā)生坍塌，進(jìn)而釀成嚴(yán)重的基坑開挖安全事故。基于深基坑開挖作業(yè)施工具有一定的特殊性，作業(yè)人員還需重視基坑工程施工中的實(shí)際動(dòng)態(tài)變化，對(duì)開挖施工過程中易發(fā)生事故的部位和可能存在隱患的施工點(diǎn)制定有效的安全防控措施，首先，需認(rèn)真辨識(shí)基坑開挖施工中的重大危險(xiǎn)源和對(duì)潛在的危險(xiǎn)因素進(jìn)行確定，然后再根據(jù)探尋到的危險(xiǎn)源或因素制定相應(yīng)的預(yù)防措施以及建立專業(yè)的基坑事故應(yīng)急救援預(yù)案，預(yù)案中需針對(duì)基坑開挖施工過程中存在的重大危險(xiǎn)源及基坑事故發(fā)生的特點(diǎn)，建立項(xiàng)目部和指揮部等應(yīng)急救援體系，以便在基坑事故發(fā)生時(shí)，能快速組織應(yīng)急救援隊(duì)伍抵達(dá)事故發(fā)生現(xiàn)場對(duì)基坑事故進(jìn)行有效的抵御和安全救援，不僅能有效控制基坑事故災(zāi)害的蔓延，同時(shí)還能降低基坑事故帶來的環(huán)境破壞、財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡等不良后果。

4.結(jié)語

深基坑支護(hù)系統(tǒng)在建筑物建設(shè)施工中具有重要的作用，只有保證基坑自身的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性，才能為建筑物提供更好的支撐，然而，由于深基坑施工開挖自身具有一定的特殊性，再加之其施工易受到多種內(nèi)部和外部因素的影響，為此，在實(shí)際施工過程中，施工人員需做好有效的安全控制措施，如合理控制土體內(nèi)含水量、遵循時(shí)空效應(yīng)原則進(jìn)行深基坑開挖、合理控制基坑邊堆放荷載以及建立有效的基坑開挖事故預(yù)防措施和緊急救援預(yù)案，這樣不僅能保證深基坑的土體中剪應(yīng)力增大和基坑支護(hù)能力提高，同時(shí)還能有效防范基坑坍塌安全事故的發(fā)生，進(jìn)而保證基坑施工的健康、良好運(yùn)行。