深基坑施工安全技術(shù)研究

薛 云 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司東華地鐵公司

深基坑工程項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模日益擴(kuò)大，市政深基坑項(xiàng)目施工環(huán)境較為復(fù)雜，鄰近各種建構(gòu)筑物、道路、管道、管線，極易引發(fā)質(zhì)量事故和安全事故。基于此，本文以某市政工程深基坑為例闡述了深基坑施工的相關(guān)內(nèi)容，介紹了深基坑施工工藝，總結(jié)了相應(yīng)的質(zhì)量控制措施。

1 工程概況

錫滬路1 號(hào)橋位于錫滬西路與通沙路交叉口處，現(xiàn)狀雙向七汽車道，鄰近火車站，西北側(cè)為北新變電所，東北側(cè)為益明花園，現(xiàn)狀有一單跨22 m 老橋，老橋敷設(shè)有電力、信息、燃?xì)狻⑸纤榷喾N管線，現(xiàn)將管線進(jìn)行遷改，老橋拆除，在老橋西側(cè)新建箱涵。

箱涵跨度為3.5 m+8 m+3.5 m，箱涵頂、底、腹板厚度均為0.5 m，分為5 個(gè)節(jié)段，總長(zhǎng)70.844 m，箱涵基坑底標(biāo)高為-2.88，現(xiàn)狀路面標(biāo)高約4.8 m，基坑開挖深度約為7.7 m。錫滬路1 號(hào)橋分幅施工，先施工南半幅（2 個(gè)節(jié)段），后施工北半幅（3 個(gè)節(jié)段）。基坑為在設(shè)計(jì)中心線處設(shè)置1.2 m 直徑的鉆孔樁和在西北側(cè)設(shè)置1 m 直徑的鉆孔樁支護(hù)外，其他部分進(jìn)行放坡開挖。

2 地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)

（1）雜填土，分布于場(chǎng)地內(nèi)，該層底標(biāo)高2.7。

（2）粉質(zhì)黏土夾粉土，該層底標(biāo)高為-3.3，灰黃色，可塑，局部硬塑，含鐵錳質(zhì)氧化物，工程性質(zhì)一般。

（3）粉土，該層底標(biāo)高-9.3，灰色，具水平層理，局部夾粉砂薄層。土層具中壓縮性、工程地質(zhì)性能一般。

（4）黏土，該層底標(biāo)高-21.3，灰黃色，可塑-硬塑，含鐵錳質(zhì)結(jié)核及氧化物。土層具中壓縮性，該土層工程性能好。

（5）粉質(zhì)粘土，該層灰黃色，可塑，土層具有中壓縮性，該層土層工程性能好。

2.2 地下水情況

擬建場(chǎng)地在垂深25 m范圍內(nèi)有兩層含水層，河道兩岸的雜填土和1層粉土，雜填土主要分布在河道側(cè)，該層含水層地下水穩(wěn)定水位埋深1.10 m～2.60 m，平均1.63 m；標(biāo)高1.57 m～2.56 m，平均2.05 m。根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，地下水位年變幅約1 m。粉土地下水類型屬微承壓水，該層地下水主要接受橫向補(bǔ)給，與地表水聯(lián)系較少，排泄主要是側(cè)向徑流排除區(qū)外，其地下水位一般變化較小，該層地下水穩(wěn)定水位標(biāo)高為1.50 m，根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，該層地下水年變幅一般在1.0 m 左右。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，該層在水頭差的作用下，可能會(huì)產(chǎn)生流沙或管涌現(xiàn)象，因此需采取井點(diǎn)降水方式防止其發(fā)生，土層滲透系數(shù)為1 m/d。

3 施工工藝流程（圖1）

圖1 施工工藝流程圖

4 主要施工技術(shù)

4.1 測(cè)量控制

4.1.1 平面測(cè)量

（1）由已知平面控制點(diǎn)向基坑外圍布設(shè)一條閉合平面導(dǎo)線。在地下基礎(chǔ)的施工過(guò)程中，軸線投點(diǎn)采用極坐標(biāo)法，根據(jù)基坑外圍閉合導(dǎo)線及基準(zhǔn)點(diǎn)，投放各主軸線控制點(diǎn)，然后用全站儀引測(cè)出各條軸線。

（2）施工過(guò)程中，基坑外圍基準(zhǔn)點(diǎn)可能因?yàn)閲o(hù)結(jié)構(gòu)位移而走動(dòng)，挖土結(jié)束及底板澆筑完畢，必須根據(jù)設(shè)計(jì)提供的原始坐標(biāo)對(duì)外圍閉合導(dǎo)線、軸線基準(zhǔn)控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核、調(diào)整，并在底板面布設(shè)軸線控制點(diǎn)。

4.1.2 高程測(cè)量

（1）在基坑外圍布設(shè)一條閉合水準(zhǔn)導(dǎo)線，并與已知高程點(diǎn)聯(lián)測(cè)，再由水準(zhǔn)點(diǎn)向基坑用吊鋼尺法向下傳遞高程。

（2）定期對(duì)基坑外圍的高程控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核。

4.1.3 基坑施工測(cè)量

（1）基坑開挖過(guò)程中，應(yīng)使用坡度尺或采用其它方法檢測(cè)邊坡坡度，坡腳距結(jié)構(gòu)的距離應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）基坑開挖至底部后，應(yīng)采用附合路線形式將線路中線引測(cè)到基坑底部。基底線路中線縱向允許誤差為±10 mm，橫向允許誤差為±5 mm。

（3）結(jié)構(gòu)底板綁扎鋼筋前，應(yīng)依據(jù)線路中心線，在底板墊層上標(biāo)定出鋼筋擺放位置，放線允許誤差為±15 mm。

（4）底板混凝土立模的結(jié)構(gòu)寬度與高度，預(yù)埋件的位置和變形縫的位置放樣后，必須在混凝土澆筑前進(jìn)行檢核測(cè)量。底板頂面標(biāo)高允許誤差為±10 mm,鋪裝層中心標(biāo)高允許誤差為±10 mm。

（5）結(jié)構(gòu)邊、中墻模板支立前，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求，側(cè)墻偏移允許誤差為≤15 mm 側(cè)墻垂直度允許誤差為±8 mm 側(cè)墻平整度允許誤差為±10 mm。

（6）頂板模板安裝過(guò)程中，應(yīng)將線路中線點(diǎn)和頂板寬度測(cè)設(shè)在模板上，并應(yīng)測(cè)量模板高程，標(biāo)高允許誤差為±15 mm，中線測(cè)量允許誤差為±15 mm，厚度測(cè)量允許誤差應(yīng)為±10 mm。

4.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工

4.2.1 基坑圍護(hù)鉆孔樁

圍護(hù)樁采用正循環(huán)鉆施工，鉆機(jī)就位時(shí)，鉆桿必須對(duì)準(zhǔn)樁位中心。鉆進(jìn)開始階段采用正循環(huán)成孔，開鉆時(shí)，先慢速鉆進(jìn)，待導(dǎo)向部位鉆入土內(nèi)后，方可全速推進(jìn)。鉆孔過(guò)程中隨時(shí)注意地質(zhì)的變化，及時(shí)調(diào)整鉆速、泥漿比重、鉆頭和配置，甚至機(jī)型。混凝土坍落度要求為18 cm～22 cm。導(dǎo)管安放底面應(yīng)高于孔底40 cm 左右，混凝土的初斗量應(yīng)滿足導(dǎo)管埋入混凝土深度不少于1 m 的標(biāo)準(zhǔn)。灌注過(guò)程中，安排專人測(cè)量混凝土面高度，適時(shí)提升及拆卸導(dǎo)管，保持導(dǎo)管埋入深度在2 m～6 m 范圍。混凝土灌注連續(xù)進(jìn)行，中間不得停頓，同時(shí)在灌注過(guò)程中勤提串動(dòng)導(dǎo)管，使混凝土充填密實(shí)。

4.2.2 冠梁及錨桿施工

（1）冠梁施工前應(yīng)對(duì)成樁樁基進(jìn)行小應(yīng)變檢測(cè)。當(dāng)樁基檢測(cè)結(jié)果合格后，再進(jìn)行冠梁施工，冠梁鋼筋綁扎時(shí)搭接長(zhǎng)度滿足規(guī)范要求，混凝土澆筑完成后及時(shí)養(yǎng)護(hù)。

（2）錨桿采用精軋螺紋鋼，抗拉強(qiáng)度為785 MPa，成孔直徑為15 cm，錨桿角度為300，錨桿間距為5 m，其中自由段為5.5 m，錨固段為6.5 m，兩側(cè)第一道錨桿距離冠梁邊緣不小于2 m，安裝錨桿時(shí)，設(shè)置楔形鋼板確保錨具與精軋螺紋鋼垂直。

4.3 基坑降排水

（1）基坑開挖前十天須進(jìn)行坑內(nèi)降水，坑內(nèi)降水應(yīng)達(dá)到基坑底標(biāo)高0.5 m 以下，降水期間應(yīng)觀測(cè)坑內(nèi)外水位下降情況，防止降水對(duì)坑內(nèi)外環(huán)境的影響。降水的同時(shí)應(yīng)進(jìn)行坑內(nèi)、外水位監(jiān)測(cè)，如果坑內(nèi)水位未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，不得進(jìn)行土方開挖。采取控制性施工降水措施，以消除含水層對(duì)基坑施工帶來(lái)的不利影響。加強(qiáng)基坑內(nèi)的排水措施，防止基坑內(nèi)積水。

（2）基坑下部④1層粉土地下水類型屬微承壓水，頂板平均標(biāo)高為-3 m，層底標(biāo)高-9 m，厚度平均6 m，距離基坑底部-2.88 m較近，該層地下水穩(wěn)定水位標(biāo)高為1.50 m，基坑開挖過(guò)程中會(huì)受地下水影響,擬采用管井井點(diǎn)降水方案降低地下水。

（3）基坑開挖3.88 m至臺(tái)階處進(jìn)行基坑內(nèi)預(yù)降水，采用φ 300 mm 井管。沿基坑?xùn)|西兩側(cè)縱向每側(cè)設(shè)置5 口12 m 深降水井，南北半幅各布置4 口和6 口管井。基坑外水位觀測(cè)井設(shè)置在建筑物與基坑之間（圖2）。

圖2 基坑降排水示意圖

4.4 基坑開挖

4.4.1 作業(yè)通道

主線道路路基已經(jīng)回填至一定高度，南側(cè)基坑開挖作業(yè)通道設(shè)置在主線路基與箱涵接壤處，作業(yè)通道寬度不小于5 m，設(shè)置路基箱板鋪墊。

4.4.2 基坑開挖要求

（1）土體開挖前，必須進(jìn)行降水、降壓設(shè)計(jì)，以防流砂。

（2）基坑開挖必須在圍護(hù)樁、冠梁、錨桿達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可進(jìn)行。

（3）原地面標(biāo)高4.8 m，開挖基坑底標(biāo)高為-2.88 m，開挖土方深度為約為7 m。基坑開挖需進(jìn)行分層分區(qū)域?qū)ΨQ進(jìn)行，嚴(yán)格控制土體高差，確保高差不大于1 m，開挖時(shí)，嚴(yán)禁挖土機(jī)械碰撞圍護(hù)樁及井點(diǎn)管。

（4）開挖土方及時(shí)拉走，不得堆在基坑邊。

（5）放坡開挖施工時(shí)，開挖到第1層底部立即施工護(hù)坡噴射混凝土，坡面采用8 cm 厚C20 早強(qiáng)混凝土（初噴3 cm，復(fù)噴5 cm）,鋼筋網(wǎng)為φ6@20 cm×20 cm；第2 層直接開挖到基底以上20 cm，人工進(jìn)行開挖，再在坡面及圍護(hù)樁側(cè)壁上安裝鋼筋網(wǎng)及噴射混凝土；

（6）在施工混凝土支護(hù)前，應(yīng)先清除坡面虛土，為保證施工時(shí)噴射混凝土厚度達(dá)到規(guī)定值，在邊壁面上垂直打入短的鋼筋段作為標(biāo)志，坡面平整幅允許偏差為±20 mm。

（7）混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20，混凝土配合比通過(guò)試驗(yàn)確定，粗骨料最大粒徑不宜大于12 mm，水灰比不宜大于0.45，可根據(jù)土方開挖速度和坑壁含水量適當(dāng)添加2～5%的速凝劑。

（8）在基坑開挖過(guò)程中，作好基坑外防水和基坑內(nèi)側(cè)排水工作，土方開挖前，地下水位降至開挖面1.0 m。對(duì)基坑外防水，對(duì)施工過(guò)程中基坑內(nèi)的散水通過(guò)水泵及時(shí)抽出坑外疏干基坑，嚴(yán)禁基坑內(nèi)有水浸泡坡腳造成邊坡失穩(wěn)。

（9）機(jī)械進(jìn)出口通道處，應(yīng)事先在基坑護(hù)壁附近鋪設(shè)路基箱或鋼筋混凝土板以擴(kuò)散壓力，或者局部加固地基，減少側(cè)壓力；土方外運(yùn)過(guò)程中，應(yīng)做好周圍管線、道路以及測(cè)點(diǎn)的保護(hù)措施。

4.5 基坑監(jiān)測(cè)

本工程基坑安全等級(jí)為二級(jí)，應(yīng)由建設(shè)單位委托第三方進(jìn)行基坑安全監(jiān)測(cè)，同時(shí)，項(xiàng)目部根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況進(jìn)行基坑監(jiān)測(cè)。

4.5.1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容和方法

（1）周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)：周邊建筑物沉降、傾斜、裂縫開展，地面沉降、臨近基坑的管線沉降、位移等。

（2）圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁頂水平位移、樁體變形、樁后土體位移。

（3）監(jiān)測(cè)方法：水平位移采用全站儀測(cè)距或測(cè)坐標(biāo)，豎向位移采用水準(zhǔn)測(cè)量，直接量取、目測(cè)法或其他。所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)必須整理及時(shí)、記錄完整、定期檢查。

4.5.2 監(jiān)測(cè)要求

（1）檢測(cè)項(xiàng)目的測(cè)點(diǎn)布置、觀測(cè)頻率等應(yīng)符合《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（GB50497-2009）的有關(guān)要求，測(cè)點(diǎn)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整（見表1）。

表1 測(cè)點(diǎn)布置、觀測(cè)頻率表

對(duì)基坑周圍環(huán)境的監(jiān)測(cè)，應(yīng)在圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工前開始進(jìn)行，并將測(cè)得的原始數(shù)據(jù)及周圍現(xiàn)狀記錄在案；觀測(cè)數(shù)據(jù)一般應(yīng)當(dāng)天填入規(guī)定的記錄表格，及時(shí)提供反饋，并根據(jù)基坑監(jiān)測(cè)情況指導(dǎo)下一步施工，做到信息化施工；每天的數(shù)據(jù)應(yīng)繪制成相關(guān)曲線，根據(jù)其發(fā)展趨勢(shì)分析整個(gè)基坑穩(wěn)定情況，以便及時(shí)采取相應(yīng)的安全措施；監(jiān)測(cè)報(bào)警值的確定：基坑監(jiān)測(cè)報(bào)警值的大小應(yīng)根據(jù)基坑側(cè)壁安全等級(jí)、重要性、變形控制等級(jí)及周邊保護(hù)對(duì)象的重要性來(lái)確定。本工程報(bào)警值見表2。

表2 基坑及支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)報(bào)警值

（2）圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大豎向位移基坑開挖中引起立柱樁隆起或沉降不得超過(guò)25 mm，每天發(fā)展不超過(guò)2 mm，且立柱樁與相應(yīng)圍護(hù)樁（墻）的差異隆起或沉降量不得超過(guò)10 mm。

（3）基坑外水位：坑內(nèi)降水或基坑開挖引起坑外水位下降不得超過(guò)1 000 mm，每天發(fā)展不得超過(guò)500 mm。在嚴(yán)格按照施工順序和操作規(guī)程施工的同時(shí)，要加強(qiáng)對(duì)基坑四周原地面的觀測(cè)，確保基坑的安全。

4.6 基坑回填

基坑回填必須在主體結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行；土方回填前應(yīng)清除基底的建筑垃圾、抽除坑穴積水，嚴(yán)禁帶水回填；兩側(cè)基坑回填應(yīng)分層、分區(qū)均勻?qū)ΨQ，回填過(guò)程中嚴(yán)格控制兩側(cè)回填高差不大于1 m，并控制回填速率；基坑施工完成后，采用灰土分層回填，分層厚度一般為300 mm 左右。結(jié)構(gòu)頂板上部1 000 mm 范圍內(nèi)回填材料應(yīng)采用人工分層夯實(shí)，大型碾壓機(jī)不得直接在結(jié)構(gòu)頂板上部施工。

5 結(jié)論

在城市化建設(shè)過(guò)程中，市政工程項(xiàng)目施工鄰近道路、管線、建構(gòu)筑物，環(huán)境極為復(fù)雜，施工安全問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)峻。市政施工技術(shù)人員需要掌握深基坑施工技術(shù)流程，根據(jù)施工特點(diǎn)和實(shí)際情況，合理選擇深基坑支護(hù)方式，提高市政工程深基坑施工的整體質(zhì)量和安全性。