QC方法在深基坑設計施工中的應用

李 磊

(山東地礦開元勘察施工總公司，山東 臨沂 276000)

1 概述

魯南區域目前正處于城鎮化快速推進發展階段，公共基礎設施的規劃施工是推動當地經濟發展的動力，也是新舊動能轉換的重要力量。山東著力推進“省會、膠東、魯南三大經濟圈”一體化發展，打造具有國內影響力的城市群。魯南經濟圈區域具有城市化發展一般，但是屬地人口相對密集，城市人口聚集程度高，城市新城建設快速發展的特點。隨著各地一座座新城拔地而起，老城區及新建城區周邊的土地空間越來越少，工程建設需要大力利用地下空間以提升建設土地使用率，這也成為當前城市規劃的一般需求。但由于建設單位等不夠重視基坑工程的支護設計，認為一個臨時性的支護工程不需要花費人力物力去保障，造成了多次基坑側壁失穩、周邊地下管線滲漏甚至燃氣爆裂、人員受傷等情況，某些工程甚至影響了周邊已有建筑物的主體安全。發生的這些基坑側壁塌滑事件警示我們需要對基坑支護設計進行細致的研究，根據當地施工工程經驗結合理論知識形成一套完備的設計、施工一體化管理模式。根據近年來基坑的相關案例，我們選取了具有代表性的基坑設計施工項目，對基坑前期項目籌備、方案選型、施工圖設計及施工過程控制等各個環節進行系統的研究總結，提出合理優化的設計理念及完備的質量管理體系，進一步做好深基坑開挖支護質量控制，減少開挖過程中各類安全事故發生的可能性，為今后中心城區類似工程的質量控制方法提供借鑒。

2 工程概況

2.1 工程概況及方案選型分析

本次研究選取基坑工程位于某市中心城區，周邊一期已建工程及市政道路環繞。基坑開挖深度在9.0 m～15.50 m之間。東側距離已建一期車庫、一期醫院道路、泵房等約3.4 m～19.0 m。南側距離已建市政路沿石約9.50 m。西側距離已建市政路沿石約14.0 m。北側距離已建市政路沿石約9.80 m。場地內地下管線分布在場地北側、東側和南側市政道路及兩側輔道、人行道，分布有污水、雨水、給水、煤氣、電訊、路燈、交警等管線，材質有鑄鐵、混凝土、鋼、PVC、銅和光纖等，距離本項目車庫外邊線最近約5.4 m，其中交警、電訊、路燈、煤氣等管線埋深在1.0 m～2.0 m之間，污水、雨水、給水管線埋深約在3.00 m～4.00 m不等。南側最近市政管線距離本項目車庫外邊線約5.4 m；西側南段最近污水管距離本項目車庫外邊線約6.5 m；西側北段最近市政管線距離本項目車庫外邊線約10.5 m；北側最近網絡電視管線距離本項目車庫外邊線約33 m。該區域土質條件復雜，西側土巖交界面處分布卵石層。本工程地質條件相對復雜，周邊環境要素多，保護要求高，開挖深度在當地屬于超深基坑。根據建設單位規劃要求，預計基坑使用周期超過18個月，對基坑本身圍護構造要求較高。建設單位采用招標方案為：坡率法+微型樁錨支護型式，基坑降排水方案采用樁外高壓旋噴樁截水帷幕+井點降水方案。該方案上部采用1∶1.0自然放坡，占用周邊市政道路綠化帶較多，局部已占用機動車道；且采用微型樁錨，為弱樁強錨理念[1]，未考慮鋼管本身材料力學性能較弱，控制變形能力較差。建設單位要求按照招標方案進行施工，但該方案在專家評審時未通過，專家一致認為初選方案易引發基坑施工安全風險，需要對方案重新優化調整，達到安全合理[2]。

2.2 優化方案選型及目標控制

通過對現狀調查及初選方案分析，以本基坑工程施工項目質量控制為契機，針對城區基坑項目合理安全、如何做好開挖支護控制質量[3]、如何減少邊坡失穩風險等方面的問題，進行全面系統的分析，為力求設計有的放矢、優化和完善施工質量控制體系奠定基礎[4]。同時，借此開展建立城區深基坑項目施工質量控制的探尋，從而確保基坑工程的安全，為其他城區的基坑項目施工質量控制提供參考，以求后期建立成熟完備的基坑施工質量控制體系[5]，為公司管理提升添磚添瓦。小組活動目標：專家評審一次通過，基坑施工及使用期間無側壁失穩及周邊環境安全問題發生。

2.3 原因分析

小組結合以往基坑工程經驗對潛在因素展開分析，并確定了要因與非要因。

要因確認一：人員施工管理不到位、施工經驗不足、缺乏培訓。

結論：非要因。

要因確認二：設備功率不夠、鉆孔設備不穩定、設備配件不足。

本項目施工前，公司組織項目部仔細研究本項目地層結構，對場地巖石強度進行分析，選取合理功率旋挖樁基，可有效解決此問題。

結論：非要因。

要因確認三：方案前瞻性不足。

原招標方案對基坑環境效應作用機理不清楚，對于深基坑面臨的復雜敏感環境認識不足，選型不合理，控制變形能力差；若采用將最終導致控制措施失效，邊坡失穩；周邊環境條件及不良地質條件調查不足，選取施工工藝不合理，導致圍護結構施工質量達不到設計要求，造成基坑失穩。

結論：要因。

Aventador SVJ限量版車型以SVJ 63命名，以紀念蘭博基尼汽車的成立年份—1963年，該車全球僅限量生產63臺。Aventador SVJ 63搭載了擁有全新升級進氣口和氣流通道設計的ALA 2.0系統，極盡擷取有關最高速度、極致動感和卓越空氣動力學設計的每份靈感。強大的V12自然吸氣發動機，在最高轉速8500轉/分時能夠爆發出770馬力。配合四輪驅動、四輪轉向系統，特別配置和大量碳纖維材質，Aventador SVJ 63將超級跑車的定義提升至全新高度。

要因確認四：原材料質量問題，外加材料選用不當。

項目部設立專業質檢員，嚴格控制原材料進場檢驗檢測，對不合格材料概不入場，嚴格現場材料控制管理。選取合格外加材料，并嚴格計量，控制加入量。

結論：非要因。

要因確認五：邊坡坡度控制不準確、工況超挖；混凝土配合比不滿足，面層強度不合格。

基坑開挖過程中，土方開挖單位往往不配合支護施工單位，不按照設計工況進行超挖，易造成邊坡未及時支護失穩。混凝土配合比不滿足，面層強度不合格，易造成土釘墻支護段局部失穩，樁錨支護段樁間土流失，引起空洞。

結論：要因。

要因確認六：邊坡堆載超載、中心城區車流量大。

因方案已開挖近市政道路機動車道邊，公司項目部擬通過加強現場管理，設置專人在交通流量高峰期對現場進行限流協調，可解決此問題。

結論：非要因。

通過要因確認可以看出，造成本基坑工程施工質量安全風險的潛在要因為：方案前瞻性不足；邊坡坡度控制不準確、工況超挖；混凝土配合比不滿足，面層強度不合格。

2.4 制定對策

要因確認后，QC小組經過討論、綜合論證分析，制定出如表1所示對策。

表1 對策對照表

2.5 對策實施

1)合理調整支護選型，保證變形控制要求；對可能影響基坑施工質量安全的因素進行分析并提出應對措施。通過對基坑周邊環境進行詳細調查，采用GPS、水準儀等對周邊管線、道路、臨建設施等進行詳細測量，繪制周邊環境平面圖。隨后在施工過程中，邀請院總工室的專業總工進行現場技術指導。首先根據本項目地勘報告提供地質資料及實驗參數進行反復計算，采用理正深基坑及邁達斯巖土軟件進行對比計算。并選取了多個計算模型，從多方面進行比較。最終從經濟、安全及可行等多方面考量，確定本工程采用預應力錨索復合土釘墻+灌注樁樁錨聯合支護。根據選定方案，小組運用QC方法分析研究，確立了支護施工過程中重點難點：a.對于淤泥質地層，錨索成孔困難，施工采用自進式錨桿，避免錨索塌孔引起錨固不足。b.對于第④層強風化花崗片麻巖遇水軟化，支護樁成孔易塌孔嚴重，引起灌注時混凝土超方，施工采用預下護筒護壁，確保樁成孔效率及樁身質量。并明確了質量控制標準，責任落實到人，經過策劃確定檢查項目，確保了實際支護施工質量。地表變形圖見圖1。

2)控制開挖邊線及高程；嚴格按照方案要求對噴射混凝土的配合比進行科學控制，對噴射混凝土厚度進行嚴格要求。派駐專業測量人員對現場邊坡開挖邊線及高程進行復測確認，項目經理負責落實，并保證其準確性；并派駐專職施工員及技術人員現場指揮挖掘機進行邊坡分層開挖及人工修整工作，根據施工要求加工標準的坡度尺，選用邊坡掛線，嚴格分層定位，控制設計坡率，確保實際坡度與設計坡度一致，符合設計方案要求。由專業質檢員對面層混凝土配合比進行控制，要求攪拌時間不小于2 min，施工采用自下而上噴射順序，噴頭與坡面垂直距離不小于0.6 m，并分兩次噴射，每次噴射平均厚度40 mm，經過努力最終保證了混凝土表面質量，達到目標。自進式錨桿及鋼護筒施工見圖2。

2.6 效果驗證

運用QC方法針對查找分析出的要因，逐一制定了相應解決對策，并將其全部應用于基坑支護施工過程中，取得了良好的效果。目前基坑已開挖至基底，支護已完成，基坑變形周邊環境變形均在規范允許的范圍內，基坑側壁安全穩定，實現了既定目標。基坑周邊環境條件位移量均不超過15 mm，這說明運用QC方法制定的措施是合理的、行之有效的。

2.7 目標效果

1)根據本工程實際地質條件及水文條件，結合基坑周邊環境特點，通過多次反復計算及選型模擬與方案選型對比，提出了采用“強樁弱錨”理念，采用預應力錨索復合土釘墻+樁錨聯合支護，滿足基坑穩定性及安全控制要求。

2)經濟效益：通過運用QC方法，選取合理計算模型進行了設計計算，包括圍護結構內力、土壓力、地表及圍護結構變形、基坑整體穩定性等進行了復核驗算。對特殊地質條件采用了自進式錨桿、鋼護筒護臂樁成孔設計等處理，對比錨索跟管成孔成本更低，節約混凝土超方量等，取得較好的經濟效益。

3)社會效益：通過運用QC方法，發散思維，采用了合理的支護選型及質量控制措施，確保了基坑的安全及質量，得到了市質監單位、業主、專家組以及其他兄弟單位的高度評價及一致認可，對于今后公司拓展巖土工程市場打下了堅實的基礎。

2.8 鞏固措施

通過運用QC方法進行技術攻關結合現場施工，使得城區基坑變形得到有效控制，預應力錨索復合土釘墻+樁錨聯合支護型式及自進式錨桿防塌孔措施得到有效推廣，宜進一步推廣此QC成果，指導以后類似工程施工。后期隨之即對正在開挖施工的“某產業園基坑支護工程”進行應用，采用預應力錨索復合土釘墻+樁錨聯合支護型式及自進式錨桿防塌孔措施，合理優化調整原有方案，降低基坑施工質量安全問題發生率。某產業園基坑支護工程是繼本基坑工程項目后，又一城區深基坑施工項目，為公司開拓深基坑施工市場發展更上新的臺階。

3 總結與今后打算

專業技術方面總結：1)隨著公共基礎工程建設及城市化的不斷推進，基坑周邊環境要素也將越來越復雜，基坑支護的難度也隨之增大，更需要巖土工程師們探索新型的圍護材料、圍護方式及圍護技術[6]。2)巖土工程勘察人員應嚴格按照勘察規范進行巖土勘察工作及巖土測試實驗等工作，確保提交地勘成果符合工程實際要求；基坑設計人員應根據項目地勘報告及項目周邊環境條件，對項目進行多方案、多選型分析計算[7]，最終確定符合項目本身特點的基坑支護方案，確保方案安全、經濟、合理可行[8]。

施工質量控制方面總結：運用QC方法在解決問題的全過程中，按照PDCA程序，一環緊扣一環解決問題，對基坑施工質量管理方面進行了總結，提高了小組整體分析及解決問題的專業能力[9]。

通過運用QC方法，合理調整優化施工方案，降低了基坑施工質量安全問題發生率。但技術創新永無止境，在今后的施工中，應大力開展QC小組活動，以此來提高人員的專業素養，按照ISO9001質量管理體系要求，加強施工過程中的質量控制，以建設高質量、高效益項目為目標，為今后城區深基坑施工安全做出應有的貢獻。