大范圍地下工程開(kāi)挖基坑工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

丁宇能

(中國(guó)聯(lián)合工程有限公司，浙江 杭州 310051)

1 地質(zhì)分析

1.1 工程地質(zhì)影響

工程地質(zhì)學(xué)的內(nèi)涵是指在實(shí)施超深基坑維護(hù)時(shí)，要根據(jù)大面積、大范圍工程環(huán)境，合理安排施工前相關(guān)工作，而工程地質(zhì)資料在施工前期占有很大比重，所以要將設(shè)計(jì)者和勘查者的工作有機(jī)結(jié)合起來(lái)，既要使兩者的工作內(nèi)容相互銜接，又要根據(jù)施工條件，把握車(chē)站與聯(lián)線(xiàn)軌道的發(fā)展走向，并結(jié)合大面積、大范圍地下工程實(shí)際位置進(jìn)行分析，保證站點(diǎn)所在區(qū)域可以滿(mǎn)足深基坑實(shí)際施工要求[1]。在施工時(shí)，要對(duì)施工中不良地質(zhì)情況進(jìn)行全面調(diào)查，如果是在農(nóng)村地區(qū)進(jìn)行大面積施工，應(yīng)先調(diào)查土地是否已被征用。此外，施工前應(yīng)對(duì)深基坑施工場(chǎng)地和周邊具體情況進(jìn)行分析，并進(jìn)一步了解其地質(zhì)狀況，歸納出有利位置，以便在施工期間合理使用。同時(shí)，要對(duì)施工場(chǎng)地交通情況進(jìn)行調(diào)查，確保深基坑施工安全性，并保證小區(qū)居民正常生活和工作環(huán)境不受深基坑施工影響，從而保證項(xiàng)目能夠順利進(jìn)行。

1.2 水文地質(zhì)影響

在大面積、大范圍地下工程中，必須做好基礎(chǔ)設(shè)施維護(hù)和設(shè)計(jì)工作，提高水文監(jiān)測(cè)能力。同時(shí)，在項(xiàng)目實(shí)施前應(yīng)充分搜集深基坑水文地質(zhì)特征，并結(jié)合其特點(diǎn)進(jìn)行維修和設(shè)計(jì)。在地下工程建設(shè)開(kāi)始前，工程方案以及工程總平面圖都已制定完畢，并針對(duì)大范圍地下工程進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)劃，因而，勘查工作人員必須以現(xiàn)有大量地下工程資料為參照，強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，了解標(biāo)高資料，并以水文影響范圍為參照，重點(diǎn)調(diào)查區(qū)域地質(zhì)狀況，通過(guò)對(duì)實(shí)際場(chǎng)地地質(zhì)進(jìn)行調(diào)查和勘測(cè)，對(duì)地質(zhì)資料進(jìn)行詳細(xì)記錄，并以此得出調(diào)查報(bào)告，增加其可信度。在報(bào)告中，所應(yīng)用記錄方法必須精細(xì)、專(zhuān)業(yè)，詳細(xì)記錄每一層地質(zhì)情況，并對(duì)其物理特性進(jìn)行分析和標(biāo)記，以獲得穩(wěn)定數(shù)據(jù)。在進(jìn)行水文地質(zhì)勘查時(shí)，可以采用常規(guī)鉆井技術(shù)采集巖土地質(zhì)樣品，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)深基坑水文資料的分析和討論，充分發(fā)掘深部埋藏的承壓水。在整個(gè)施工過(guò)程中，還要做好對(duì)于各種突發(fā)事件的應(yīng)對(duì)處理，以保證整體施工質(zhì)量。

2 大范圍地下基坑工程基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及常見(jiàn)圍護(hù)形式

2.1 地下連續(xù)墻

所謂地下連續(xù)墻，就是利用挖槽機(jī)械，沿基坑周?chē)S線(xiàn)，在不受泥漿保護(hù)情況下，將基坑周?chē)诔鲆粭l相應(yīng)長(zhǎng)度深溝，清槽完畢后，將鋼筋籠懸掛于槽中，采用導(dǎo)管法在水中注入混凝土，形成一單元槽段，并如此逐段進(jìn)行[2]。在基坑周?chē)纬梢欢逻B續(xù)鋼筋混凝土墻，以起到截水、防滲、承重等作用。地下連續(xù)墻一般用于高水位、軟土地區(qū)，施工時(shí)震動(dòng)較小，噪聲較低，適用于市區(qū)中心建筑和人口稠密地段。地下連續(xù)墻具有較高剛度和較高強(qiáng)度，能夠承受較大土壓，并能有效控制地面沉陷和周邊建筑物以及管線(xiàn)變形，因其本身特性能夠起到防水性作用被越來(lái)越普遍采用。但是由于地下連續(xù)墻造價(jià)昂貴，在城市建設(shè)中對(duì)廢棄泥漿進(jìn)行治理較為復(fù)雜，而且相應(yīng)施工工藝的有效應(yīng)用也不及時(shí)，相鄰墻體部位接縫可能會(huì)發(fā)生滲漏。

2.1.1 地連墻施工方法

地連墻施工一般在較高位置進(jìn)行，施工時(shí)噪音和震動(dòng)較小，可以在建筑密度較大區(qū)域開(kāi)展。在進(jìn)行地下連續(xù)墻施工時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)是能夠承受大橫向荷載，并且具有剛度大等特點(diǎn)，在基坑施工中不會(huì)引起較大沉陷，變形也較小，不會(huì)對(duì)周邊建筑物造成嚴(yán)重影響，能夠有效保障地下管道及周邊建筑物安全，因此在深基坑工程中得到廣泛應(yīng)用。但由于地下連續(xù)墻工程造價(jià)較高，且工程機(jī)械占地面積大，在富水砂層中，墻縫止水需要特別注意，通常可以采用旋噴樁、攪拌樁等方式來(lái)解決。

2.1.2 地下連續(xù)墻施工工藝要求

在開(kāi)展地下連續(xù)墻工程施工之前，施工單位必須編制詳盡工程計(jì)劃，并經(jīng)有關(guān)方面同意后方可執(zhí)行。同時(shí)，施工單位要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況、地墻施工工藝、施工機(jī)械荷載等有關(guān)規(guī)定要求，對(duì)地下連續(xù)墻進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，在深度、配筋、導(dǎo)墻段因施工要求需要延伸部分，及其相關(guān)施工措施開(kāi)展，必須由施工單位確定并經(jīng)設(shè)計(jì)方同意后方可實(shí)施。

2.2 鉆孔咬合樁

鉆孔咬合樁是將兩個(gè)相鄰平行排列的樁體相互咬合，形成一種“樁墻”。鉆孔咬合樁屬于一種成熟技術(shù)，目前已被廣泛應(yīng)用于大型地下工程、地下穿線(xiàn)工程等深基坑工程中。咬合樁混凝土終凝現(xiàn)象發(fā)生于咬合之后，可形成具有良好抗剪強(qiáng)度、安全性能，以及良好截流特性的無(wú)縫連續(xù)“樁墻”。鉆孔咬合樁施工技術(shù)比較復(fù)雜，要求采用高精密施工機(jī)械，配備專(zhuān)業(yè)施工隊(duì)伍。如果不能有效控制混凝土初凝時(shí)間，就會(huì)出現(xiàn)滲水、頸縮等問(wèn)題，與鉆孔灌注樁相比，鉆孔樁整體剛度要低于地下墻，而鉆孔樁則要高出許多，在施工工藝、施工人員、施工設(shè)備等方面都有較高要求。施工中使用了鉆機(jī)和套管工具，施工程序比較繁瑣，如果不具備足夠技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，在遇到具體問(wèn)題時(shí)就難以有效解決，而且對(duì)于成樁精度(尤其是垂直度)要求較高，技術(shù)也比較復(fù)雜。在施工期間，若不對(duì)初凝時(shí)間進(jìn)行適當(dāng)控制，會(huì)造成墻體滲漏，因此應(yīng)嚴(yán)格控制整體垂直度。該技術(shù)因工程造價(jià)昂貴，因此在地鐵基坑工程中應(yīng)用較少。

2.3 SMW工法樁

在混凝土攪拌樁基礎(chǔ)上，通過(guò)攪拌樁形成均勻擋土墻，然后再將其插入到攪拌樁內(nèi)，形成一種剛性復(fù)合圍護(hù)結(jié)構(gòu)。該產(chǎn)品止水性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)速度快，而且可以部分回收鋼材，并再生利用，廣泛應(yīng)用于軟弱地基周?chē)h(huán)境較好、基坑深度較淺(通常不超過(guò)10m)場(chǎng)地。在軟土地基上，車(chē)站輔助建筑圍護(hù)較為普遍，在此基礎(chǔ)上采用混合樁法使基坑內(nèi)形成均勻擋土墻，再將型鋼嵌入混凝土，從而實(shí)現(xiàn)一種新型剛性復(fù)合圍護(hù)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)施工優(yōu)勢(shì)包括：設(shè)計(jì)速度快、止水性能好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且其他鋼結(jié)構(gòu)可以循環(huán)使用。該技術(shù)在軟弱地基周?chē)h(huán)境較好地區(qū)可以有效利用。

2.4 人工挖孔樁

施工過(guò)程中，采用人工構(gòu)造簡(jiǎn)易起重裝置，在鉆孔和下設(shè)鋼筋籠后澆注混凝土，構(gòu)成一套支護(hù)系統(tǒng)，其優(yōu)勢(shì)在于成本低廉、設(shè)備簡(jiǎn)單、容易大量進(jìn)場(chǎng)、同時(shí)進(jìn)行、靈活施工、噪聲小，且不產(chǎn)生淤泥，可以實(shí)現(xiàn)文明施工，能夠保護(hù)周?chē)h(huán)境，整體性能好，但其缺點(diǎn)是人力建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)較大，不宜進(jìn)行泥沙及流動(dòng)沙層施工。

3 大范圍地下基坑工程施工環(huán)境影響

3.1 施工噪聲

基坑工程與大面積地下工程噪聲主要來(lái)源于兩方面：一是在盾構(gòu)施工過(guò)程中，需對(duì)原有路面進(jìn)行鑿除處理，打入工程樁，并挖掘土方；二是在盾構(gòu)施工中，電瓶車(chē)運(yùn)輸、注漿設(shè)施、起重設(shè)備等實(shí)際施工過(guò)程會(huì)產(chǎn)生很大噪音。

3.2 缺氧

基坑和大面積地下工程施工時(shí)，前方一旦出現(xiàn)高難度障礙必須采用壓氣施工，而在此過(guò)程中施工人員會(huì)出現(xiàn)缺氧情況，如心跳加快、呼吸頻率急促、注意力下降等，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)中樞神經(jīng)紊亂等生命體征急劇變化的情況，因此要采取行之有效的控制措施，提前做好相應(yīng)防范，有效保障施工人員生命安全。

4 大范圍地下開(kāi)挖基坑工程安全風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)對(duì)措施

4.1 建立完善風(fēng)險(xiǎn)管理制度

根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)和以往風(fēng)險(xiǎn)控制經(jīng)驗(yàn)，本項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)控制主要包括以下幾項(xiàng)：一是遵循由項(xiàng)目經(jīng)理承擔(dān)全部責(zé)任，安全經(jīng)理承擔(dān)安全責(zé)任，各級(jí)別管理人員承擔(dān)相應(yīng)責(zé)任的基本原則，全方位構(gòu)建并落實(shí)管理責(zé)任制度，建立并完善風(fēng)險(xiǎn)管控逐級(jí)責(zé)任制度。二是明確各崗位員工職責(zé)，并確保責(zé)任落實(shí)到人，建立科學(xué)有效獎(jiǎng)懲體系，根據(jù)工作完成情況對(duì)施工人員進(jìn)行相應(yīng)獎(jiǎng)勵(lì)和懲罰，有效激勵(lì)施工人員工作積極性，依靠實(shí)際施工過(guò)程培養(yǎng)其責(zé)任意識(shí)。三是積極開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)管理培訓(xùn)，組織全體員工參加，增強(qiáng)員工風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)，在生產(chǎn)過(guò)程中嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)定進(jìn)行作業(yè)，堅(jiān)持風(fēng)險(xiǎn)工程審核，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目等級(jí)、相關(guān)資料內(nèi)容，制定更加完善的技術(shù)交底以及更加安全的施工方案。四是實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，通過(guò)監(jiān)督施工過(guò)程，對(duì)各種危險(xiǎn)源進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)控制，第一時(shí)間分析和研究相關(guān)數(shù)據(jù)，從而確定工程是否安全及存在危險(xiǎn)。五是充分落實(shí)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)、控制、評(píng)估、預(yù)警信息傳遞等。施工過(guò)程中合理利用各種監(jiān)測(cè)、評(píng)估、預(yù)警和處置技術(shù)，同時(shí)還要組織工作人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)控制，在監(jiān)測(cè)中心確定預(yù)警等級(jí)之后再進(jìn)行相應(yīng)處理。

4.2 重視滲水問(wèn)題，做好降水措施

在大范圍深基坑施工中，滲漏是造成嚴(yán)重安全隱患的一個(gè)重要原因，若滲漏問(wèn)題是由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)不健全所致，則應(yīng)立即進(jìn)行處理[3]。在深基坑維護(hù)工程中發(fā)生漏水問(wèn)題時(shí)，施工單位應(yīng)針對(duì)不同滲漏部位采用不同堵漏方法，以免影響基坑安全，產(chǎn)生局部滲水。通常采用水泥、玻璃漿(雙液注漿)、聚氨酯等注漿，以隔斷水流通道，填充后部孔洞，水流較大時(shí)可采用高壓旋噴樁、高壓注漿，并按現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定相應(yīng)處理方法[4]。

4.3 加強(qiáng)深基坑深層攪拌樁加固施工

深埋攪拌樁在大范圍深基坑圍護(hù)中屬于重要施工方式，具體加固方法包括以下幾點(diǎn)。(1)采用深層攪拌樁進(jìn)行加固，并將加固重點(diǎn)放在深基坑井段、深基坑末端和側(cè)向防護(hù)，這是由于其剛性能夠有效降低深基坑位移[5]。(2)采用裙邊法進(jìn)行加固，加固時(shí)有效利用柱子、支撐桿，對(duì)偏載深基坑整體支承能力有較好增強(qiáng)作用[6]。(3)施工中應(yīng)根據(jù)工程標(biāo)準(zhǔn)承壓水平進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)實(shí)際深基坑受力情況，確定最大開(kāi)挖深度為3m。在深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，水泥硬化能在一定程度上增強(qiáng)其承載能力，從而改善穩(wěn)定性，因此為了保證結(jié)構(gòu)施工安全，應(yīng)適當(dāng)加入水泥[7]。

4.4 加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)控制措施

本項(xiàng)目根據(jù)起點(diǎn)和終點(diǎn)位置地質(zhì)條件，合理確定了末端基層加固技術(shù)方法，并嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案加強(qiáng)末端地基，充分確保整個(gè)加固質(zhì)量，以有效減少盾構(gòu)施工全過(guò)程存在的危險(xiǎn)。根據(jù)兩個(gè)區(qū)段地質(zhì)條件，勘探者需要經(jīng)常對(duì)其進(jìn)行測(cè)量和調(diào)整，改善土壓平衡盾構(gòu)相關(guān)數(shù)據(jù)，以便對(duì)盾構(gòu)機(jī)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行全面了解，一旦出現(xiàn)異常必須及時(shí)調(diào)整。施工人員要充分掌握盾構(gòu)掘進(jìn)方向和位置，及時(shí)糾正掘進(jìn)中所出現(xiàn)偏差，確保開(kāi)挖完成后，巷道軸線(xiàn)和管片所受應(yīng)力在可接受范圍內(nèi)。根據(jù)本區(qū)域地質(zhì)情況，施工人員需要在水平凍結(jié)過(guò)程中對(duì)鉆孔、開(kāi)挖、澆注等施工環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)危險(xiǎn)進(jìn)行分析，并采取相應(yīng)處理措施。

4.5 噪聲控制

一般認(rèn)為，大范圍地下工程和基坑工程所產(chǎn)生噪音應(yīng)該控制在該地區(qū)噪聲限度之內(nèi)，但在很多情況下，建筑噪音會(huì)超出規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，因此，施工企業(yè)為了有效降低噪音影響可以采取以下措施，具體包括：(1)選擇噪聲較小的施工方式和設(shè)備，比如在城市中進(jìn)行大范圍地基施工時(shí)，可以選擇靜力壓樁、灌注樁等。(2)對(duì)構(gòu)成噪音的建筑設(shè)備進(jìn)行消聲處理，比如在施工場(chǎng)地周?chē)O(shè)置護(hù)罩，或者安裝相應(yīng)隔音設(shè)備。(3)選擇適當(dāng)施工時(shí)間，盡量避開(kāi)居民工作和休息時(shí)段。(4)工程施工人員需要佩戴隔音設(shè)備，做好自身防護(hù)。

4.6 缺氧控制

施工方應(yīng)盡量避免采用壓氣工藝，如別無(wú)選擇可以采取以下措施： (1)對(duì)易缺氧地區(qū)采取注漿、隔離等措施。(2)對(duì)于建筑場(chǎng)地油井進(jìn)行回填，或在施工過(guò)程中關(guān)閉使用中油井。(3)隨時(shí)監(jiān)控施工區(qū)域氧濃度，如施工人員出現(xiàn)缺氧情況，必須立即進(jìn)行治療處置。

5 結(jié) 語(yǔ)

目前，隨著建設(shè)項(xiàng)目逐漸增多，大范圍基坑工程以及大范圍地下工程施工安全問(wèn)題以及環(huán)境影響問(wèn)題已成為建設(shè)單位重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)容。通過(guò)相關(guān)案例分析可以看出，在大范圍基坑施工過(guò)程中還存在較多安全隱患，因此必須采取有效風(fēng)險(xiǎn)控制措施，建立健全風(fēng)險(xiǎn)管理體系，確保施工人員生命安全得到有效保障，才能促進(jìn)施工工作順利開(kāi)展。同時(shí)，施工過(guò)程要重視環(huán)境影響，采取適當(dāng)措施，盡量降低對(duì)施工場(chǎng)地周?chē)h(huán)境影響程度。大范圍地下工程施工要考慮到施工場(chǎng)地、施工工期、交通導(dǎo)改等因素，同時(shí)還要兼顧地質(zhì)情況與周?chē)h(huán)境是否適宜，綜合考慮管道防護(hù)等并進(jìn)行合理設(shè)計(jì)和建設(shè)。抗浮設(shè)計(jì)中，抗拔樁應(yīng)兼顧地基承壓和抗浮力，從抗浮力角度分析，采用抗拔樁作為地基跨中抗拔樁具有較好經(jīng)濟(jì)效益。大范圍地下工程施工，當(dāng)?shù)孛娉霈F(xiàn)大量空洞時(shí)，可采用橫梁或水平混凝土墻體作為水平支撐，從而解決其受力問(wèn)題。可采取適當(dāng)變形縫、后澆帶、熱應(yīng)力分析、預(yù)應(yīng)力鋼筋、補(bǔ)償收縮混凝土、隔跳段施工、保溫等綜合措施，處理高溫下超長(zhǎng)構(gòu)件溫度應(yīng)力。