用系統(tǒng)工程方法對待地下工程設計與施工

張幸洪 趙紅衛(wèi) 李果紅

(廣東大德通建筑工程有限公司，廣東 珠海 519000)

目前建筑市場較為普遍的現象是總包單位擅長主體結構的施工組織管理，而將樁基、土方、基坑等專業(yè)性強的項目分包給專業(yè)隊伍，往往出現總包單位考慮主體結構的成分過多，而忽視分包工程的專業(yè)特點及要求，顧此失彼；反之，專業(yè)分包隊伍過分強調自身的施工需要而忽視整體的協調推進。雖有總包的領導及協調，但內耗難免，工序銜接粗糙生硬，或問題暴露后，方倉促應對，缺乏前瞻性或系統(tǒng)性籌劃，無疑造成工期耽擱或成本增大，甚至直接導致較大質量、安全事故。

如何解決這些問題，筆者認為單靠強調某一方主體的責任心、專業(yè)能力、配合意識是不夠的，而是要將地下工程任務要求、施工條件、各方主體、各工種工序等要素納入到系統(tǒng)中來，統(tǒng)一籌劃、綜合布局、協調推進，即按系統(tǒng)工程方法處理地下工程，方能達到系統(tǒng)最優(yōu)。

1 用系統(tǒng)工程方法對待地下工程設計與施工

1.1 從勘察設計源頭抓起

1.1.1 勘察

一般勘察報告大都在用地紅線以內布孔勘察，這對指導樁基設計是基本滿足的，但對基坑支護設計是不夠的。按基坑支護技術規(guī)程，勘察布孔需在基坑邊界以外(1～2)H范圍內(H為基坑開挖深度)，對于軟土，鉆孔布置范圍尚應擴大；對于錨桿結構，鉆孔布置范圍應滿足錨桿的設計與施工對巖土特性的要求。勘察不僅需提供基坑周邊的地質條件，還需通過物探、槽探、或到檔案館查資料的方式，獲取基坑四周地下管線埋設及分布的詳細資料，掌握周邊既有建構筑物地下室及樁基設計資料，并在勘察報告中反映出來，即勘察報告要為基坑支護設計服務。

1.1.2 樁基

我們平常看到的樁基設計一般包括：樁基平面布置圖、樁身結構大樣等內容。至于樁基在哪個工作面施工，挖土對樁基的影響及如何保護，基坑支護結構與樁基施工的相互影響及規(guī)避，則設計文件中鮮有提及。

在沿海地區(qū)，廣泛分布著深厚淤泥區(qū)，在此類地區(qū)打管樁，無論作業(yè)面在地表還是在坑底，均面臨地基松軟，樁機下陷的問題。為此，通常在樁機作業(yè)面上鋪(換)填一層碎石土或建筑垃圾墊層。在地表打樁鋪填墊層，基坑開挖時又要挖除，會造成成本無謂的增加，更大的問題是在淤泥層開挖土方時，因淤泥的蠕動、流動，易造成管樁的傾斜、剪切破壞。要杜絕此類現象發(fā)生，常采用的方法有兩種：(1)先對場區(qū)軟土進行地基處理，如，塑料排水+堆載預壓方案，對基坑底淤泥采用格柵狀攪拌樁加固方案，再在地表或坑底打樁。(2)先支護并開挖基坑至設計底標高，然后往下換填0.8m～1.5m厚的碎石土墊層，再進行坑底打樁。在坑底打樁，還面臨邊樁施工工作面的問題。這些問題最好在設計中加以解決，但在樁基設計中解決似不合適，而基坑設計顯然就責無旁貸了。

1.1.3 土方

至于土方開挖工程，通常都沒有上升到設計的高度。普遍認為土方開挖是個“力氣活”，而不是個“技術活”，一般僅在施工組織設計里面編制一個土方開挖方案即可。實際施工中，總包方往往選擇有當地資源的土方老板分包，只要土方老板有足夠的挖機、車輛，能搞定交警環(huán)保即可，而土方老板則是從如何快速高效出土為衡量標準，至于開挖方式是否按設計要求，有沒有對樁基或支護結構帶來危害，則是他們容易忽視的內容，這恰恰是地下工程的一個重大誤區(qū)或“黑洞”，很多基坑或樁基出問題都是因土方開挖而起。

事實上，土方開挖是支護結構的一部分，如邊坡放坡、土釘墻或錨桿施工分層開挖深度等，在設計圖紙中一般都會明確表達，施工中需嚴格按圖施工。

1.1.4 基坑

同樣，在基坑支護設計中，一般只提供支護結構的平面、剖面圖，并附上支護結構設計及施工要求的文字說明，至于樁基、土方施工對支護結構施工的影響及克服，甚至對支護結構安全帶來的傷害及防范，則少有觸及。

基坑設計不僅要考慮諸多因素對支護結構帶來的影響，更要將樁基施工、土方開挖、地下主體結構施工中可能出現的問題囊括進來，通過基坑設計提前加以系統(tǒng)解決，從而為地下工程施工保駕護航。

1.2 重視地下工程施工前的設計技術交底

地下工程難度大、風險高，涉及專業(yè)分包內容多，施工工藝、工序多而復雜，這就要求相關施工單位能充分了解該地下工程設計技術要求，充分領會設計意圖；了解必須達到的指標，必須規(guī)避的問題或隱患；了解各專業(yè)工程施工的時空關系、相互影響、相互鋪墊、相互制約及各工藝、工序如何緊密銜接。

地下工程施工前的設計技術交底原則上由業(yè)主方召集，設計、勘察、基坑專業(yè)設計單位、總包、專業(yè)分包出席。在此交底會上，應突出基坑專業(yè)設計單位的核心地位。

1.3 施工過程的控制

施工單位需根據圖紙、技術交底精神，編制詳細施工組織設計，重點理清各專業(yè)工程平行或交叉作業(yè)的時空關系。

以基坑設計為載體，本已規(guī)范了各專業(yè)工程施工順序及注意事項，但施工中偏離主旨思想，各行其道者時有發(fā)生。往往是土方違規(guī)、野蠻施工的多。如，在邊坡開挖時不分層分段；在淤泥層開挖時，勾機在邊坡上作業(yè)，擠壓土體滑移，造成管樁傾斜；勾機抓斗快速擺動，碰壞管樁等，這些不良行為威脅基坑安全，損壞樁基礎，導致成本上升，將直接影響項目有序推進。因此監(jiān)理對現場行使檢察監(jiān)督，總包對各方矛盾分歧進行溝通協調顯得尤為重要。當然把土方、樁基、基坑一起打包給一家基礎公司專業(yè)分包，也是系統(tǒng)處理地下工程的一種有效措施(合同措施)。

通過第三方監(jiān)測，隨時掌握基坑位移變形情況，是基坑工程必不可少的一環(huán)。一旦監(jiān)測數據異常，則需告知并詢設計處理意見，出現危及基坑安全的較大變形，則需啟動應急預案，召集多方討論確定方案，并立即付諸實行。

2 基坑設計需考慮地下工程各方面因素

既然地下工程諸分項各自為政，而總包單位編撰的施工組織設計又缺乏專業(yè)性和權威性，那就應該有一項專業(yè)設計，除表達自身專業(yè)設計內容外，還應充當地下工程各分項工程間相互聯系的紐帶。一方面規(guī)范和梳理各分項工程開展的技術要求、時空順序、協調配合關系，即如何有效而緊密銜接，從而達到系統(tǒng)最優(yōu)；另一方面規(guī)避因缺失的統(tǒng)籌可能帶來的效益損失，乃至質量安全事故。這一角色非基坑設計莫屬。從系統(tǒng)大局著眼，統(tǒng)籌考慮基坑的設計對地下工程順暢運行起著駕護航作用。

2.1 基坑設計對土方開挖及回填的考慮

(1)土方放坡為支護結構型式的一種，在場地條件允許的前提下，能放坡則優(yōu)先考慮放坡開挖方案。

(2)錨桿、土釘等支護結構，決定了土方開挖必須分層分段進行，不得超挖。

(3)關于基坑邊緣承臺開挖：對密集承臺分布區(qū)，基坑設計深度按原基坑深度加上承臺厚度考慮；對存在一定間距或稀疏承臺分布區(qū)，則按原基坑深度設計考慮，但要求土方開挖中，對邊緣承臺跳挖，每挖好一個承臺，則立即澆筑墊層、砌筑磚胎模。

(4)關于電梯井等坑中坑，原則上需設計有二次支護結構；對存在標高顯著變化(如一、二層地下室)的臨界面，也需設計支護結構。土方開挖時，原則上先挖深坑、后挖淺坑。

(5)若在淤泥區(qū)坑底打樁，需對坑底淤泥換填1m～2m厚度，換填土有關參數、方式方法均應在基坑設計中表達出來。

(6)巧用淤泥蠕變、流變特點。淤泥具有蠕變、流變特點，這對邊坡穩(wěn)定是不利的，但發(fā)生蠕變、流變需要一定時間，假如在施工中，把時間控制得較短，不給蠕變、流變發(fā)生的機會或抗剪強度衰減很小，則設計勿需為此大費周折。在淤泥區(qū)坑底換填土，只要換填及時，則基坑計算深度勿需全部加上換填厚度。同理，對基坑邊緣的單個承臺，采取隨挖隨澆墊層砌磚胎模的緊密工序，也不需增加基坑設計深度，但對于緊挨著或連片分布的邊緣承臺，則需加大基坑設計深度。

(7)在淤泥區(qū)的基坑開挖，若原始地面標高不夠，在基坑支護及地下室結構完成，需回填土方時，要避免因土方回填方式的錯誤，對建筑結構樁基礎形成水平推力而造成樁基的剪切破壞。

2.2 基坑設計對樁基礎的考慮

2.2.1 在自然地表施工樁基礎

原則上樁基施工在前，支護樁施工隨后。若先施工支護樁，在邊緣基礎樁施工時，需考慮擠土效應對支護(帷幕)樁的影響，尤其是帷幕樁強度低，易被擠壓破壞。因此，從樁基施工順序安排上，應從基坑邊緣區(qū)向中間區(qū)推進，或從已施工支護(帷幕)樁的閉口側向尚未施工支護(帷幕)樁的開口側推進。

2.2.2 在坑底施工樁基礎

在坑底施工樁基礎因其獨特優(yōu)勢，而越來越受到基坑設計者親睞。但需考慮以下因素。

(1)受坑底作業(yè)面限制，邊樁需在自然地表先打。納入先打的邊樁范圍與施工工藝有關，如靜壓樁機所需作業(yè)面較大，則靜壓樁機施工所需的最小寬度即為前期需先打的邊樁范圍。

(2)若坑底恰好處于淤泥層，則需對坑底表層1m～2m厚淤泥先換填碎石土，方能滿足樁機作業(yè)要求。在基坑設計深度上也需考慮換填土的厚度。

(3)在坑底施工錘擊樁，納入地表先施工的邊樁，除了需考慮錘擊樁樁機作業(yè)面寬度外，還需考慮錘擊振動對支護結構的影響。

2.2.3 坑內外均有工程樁的情形

因上部建筑分區(qū)，經常遇到坑內坑外同時有工程樁的情形，這對基坑支護設計帶來較大麻煩：一則坑外樁肯定會限制部分支護結構型式的采用，如錨桿、放坡、占用寬度較大的重力式擋墻等；二則對支護結構變形提出更高要求，因為較大邊坡位移將會影響坑外工程樁的垂直度。

可用如下方案應對。

(1)坑外樁先不打，待地下室土方回填后再打。

(2)若坑外樁范圍不大，可將坑外樁全部納入到基坑支護開挖范圍內，在坑底施打這些“坑外樁”，待地下室外剪力墻完成，先將坑外樁接長至設計標高，再回填土至相應標高。

(3)先在自然地表施工支護樁及坑外樁，支護樁采用剛性好、變形小、寬度不大的結構，甚至可考慮將坑外樁樁頂底板外延，與支護樁錨固成一體，可有效控制邊坡及坑外樁位移。

2.3 基坑設計需考慮土方開挖對工程樁的影響

基坑設計還需考慮土方開挖對樁基礎的影響。尤其在淤泥區(qū)開挖土方，需考慮淤泥的流動會推歪樁體或對樁基造成剪切破壞。

2.3.1 基坑設計對水的考慮

南方地區(qū)受降水影響，地下水位變化較大。地下水水位過高對基坑工程有百害而無一利，事實上，很多基坑工程出事都是因水而起。水是基坑安全的頭號大敵。

若能降水或降低土層含水量，則土體物理力學性質指標立刻大為改善。但降水對滲透性好的土層經濟有效；對粘性土層，則降水是個漫長的過程，而降低其含水量則更是件困難的事，需輔之以電滲、塑料排水板等法，性價比不高。

在基坑設計中，往往存在一個誤區(qū)，就是地下水不應流入基坑，需設置止帷幕將其拒之基坑外，止水帷幕的頂標高，取決于豐水季水位高。這一理念勢必帶來基坑成本的增加及安全隱患的增大。萬物同理，疏通總比堵塞好。在不影響周邊環(huán)境的前提下，對地下水能降則降，水位高度能低則低。

基坑設計可考慮采用如下方法。

(1)在不影響周邊環(huán)境的前提下，坑外盡量降低地下水水位。設計上可通過坡頂放坡，并在坡面埋設泄水管，盡量降低止水帷幕樁頂標高的方法實現。在此需特別強調，泄水管的埋設要嚴格按設計要求，確保真正起到泄水作用。

(2)做好地表截水、排水設施，避免雨水下滲。對邊坡出現的裂縫需及時修補。

(3)對周邊有給排水管、消防水管的邊坡，需嚴格控制邊坡位移，避免拉裂水管，造成動水對邊坡的直接沖擊。

(4)注意水對砂層的掏蝕。在強透水性地層，不建議采用止水帷幕加放坡的方案，因為帷幕滲漏將逐漸掏蝕坡體，而且很難發(fā)現滲漏點，很難封堵，最后有可能使放坡體蕩然無存。

(5)若止水帷幕臨空面出現涌水、流砂現象，則采用先堵砂、后止水的方式；為堵住砂，則對涌水采用先疏后堵的方式。

(6)止水帷幕在坑底以下出現管涌現象，則可采用注漿加速凝劑等法封堵地下滲漏點。

(7)當基坑底為飽和砂層時，應進行抗管涌驗算；當基坑底位于承壓水之上時，應進行抗承壓水驗算。

(8)在基坑底也一樣，在成本可控的前提下，地下水位宜盡量降低，一則可增加被動區(qū)有效土壓力，有利基坑穩(wěn)定；二則為坑底承臺、電梯井開挖等工序創(chuàng)造良好作業(yè)條件。

2.3.2 基坑設計對地下室結構的考慮

基坑設計可根據地下室平面布置及結構設計，采用逆作法、中心島法等方法，這些方法充分表達了地下室結構與基坑支護結構如何融為一體，互相依靠、共同作用，從而滿足地下工程系統(tǒng)順利、安全、經濟運行的需要。

3 結 語

(1)用系統(tǒng)工程方法對待地下工程設計與施工，可達省時、省力、省錢的系統(tǒng)最優(yōu)效果。

(2)基坑設計可充當地下工程各分項工程間相互聯系的紐帶，規(guī)范和梳理了各分項工程的技術要求、時空順序及協調配合關系，對地下工程順暢運行起著駕護航作用。