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(qū)域目前正處于城鎮(zhèn)化快速推進發(fā)展階段，公共基礎設施的規(guī)劃施工是推動當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展的動力，也是新舊動能轉(zhuǎn)換的重要力量。山東著力推進“省會、膠東、魯南三大經(jīng)濟圈”一體化發(fā)展，打造具有國內(nèi)影響力的城市群。魯南經(jīng)濟圈區(qū)域具有城市化發(fā)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(fā)展的特點。隨著各地一座座新城拔地而起，老城區(qū)及新建城區(qū)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(guī)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(cè)壁失穩(wěn)、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(fā)生的這些基坑側(cè)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(jù)當?shù)厥┕すこ探?jīng)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(jù)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(huán)節(jié)進行系統(tǒng)的研究總結，提出合理優(yōu)化的設計理念及完備的質(zhì)量管理體系，進一步做好深基坑開挖支護質(zhì)量控制，減少開挖過程中各類安全事故發(fā)生的可能性，為今后中心城區(qū)類似工程的質(zhì)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(qū)，周邊一期已建工程及市政道路環(huán)繞。基坑開挖深度在9.0 m～15.50 m之間。東側(cè)距離已建一期車庫、一期醫(yī)院道路、泵房等約3.4 m～19.0 m。南側(cè)距離已建市政路沿石約9.50 m。西側(cè)距離已建市政路沿石約14.0 m。北側(cè)距離已建市政路沿石約9.80 m。場地內(nèi)地下管線分布在場地北側(cè)、東側(cè)和南側(cè)市政道路及兩側(cè)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(zhì)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(cè)最近市政管線距離本項目車庫外邊線約5.4 m；西側(cè)南段最近污水管距離本項目車庫外邊線約6.5 m；西側(cè)北段最近市政管線距離本項目車庫外邊線約10.5 m；北側(cè)最近網(wǎng)絡電視管線距離本項目車庫外邊線約33 m。該區(qū)域土質(zhì)條件復雜，西側(cè)土巖交界面處分布卵石層。本工程地質(zhì)條件相對復雜，周邊環(huán)境要素多，保護要求高，開挖深度在當?shù)貙儆诔罨印８鶕?jù)建設單位規(guī)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(fā)基坑施工安全風險，需要對方案重新優(yōu)化調(diào)整，達到安全合理[2]。

2.2 優(yōu)化方案選型及目標控制

通過對現(xiàn)狀調(diào)查及初選方案分析，以本基坑工程施工項目質(zhì)量控制為契機，針對城區(qū)基坑項目合理安全、如何做好開挖支護控制質(zhì)量[3]、如何減少邊坡失穩(wěn)風險等方面的問題，進行全面系統(tǒng)的分析，為力求設計有的放矢、優(yōu)化和完善施工質(zhì)量控制體系奠定基礎[4]。同時，借此開展建立城區(qū)深基坑項目施工質(zhì)量控制的探尋，從而確保基坑工程的安全，為其他城區(qū)的基坑項目施工質(zhì)量控制提供參考，以求后期建立成熟完備的基坑施工質(zhì)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(cè)壁失穩(wěn)及周邊環(huán)境安全問題發(fā)生。

2.3 原因分析

小組結合以往基坑工程經(jīng)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(jīng)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(wěn)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(huán)境效應作用機理不清楚，對于深基坑面臨的復雜敏感環(huán)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(wěn)；周邊環(huán)境條件及不良地質(zhì)條件調(diào)查不足，選取施工工藝不合理，導致圍護結構施工質(zhì)量達不到設計要求，造成基坑失穩(wěn)。

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(chǎn)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(tǒng)，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(fā)動機，在最高轉(zhuǎn)速8500轉(zhuǎn)/分時能夠爆發(fā)出770馬力。配合四輪驅(qū)動、四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，特別配置和大量碳纖維材質(zhì)，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(zhì)量問題，外加材料選用不當。

項目部設立專業(yè)質(zhì)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(xiàn)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(wěn)。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(wěn)，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(qū)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(xiàn)場管理，設置專人在交通流量高峰期對現(xiàn)場進行限流協(xié)調(diào)，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(zhì)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(jīng)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(diào)整支護選型，保證變形控制要求；對可能影響基坑施工質(zhì)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(huán)境進行詳細調(diào)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(huán)境平面圖。隨后在施工過程中，邀請院總工室的專業(yè)總工進行現(xiàn)場技術指導。首先根據(jù)本項目地勘報告提供地質(zhì)資料及實驗參數(shù)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(jīng)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(lián)合支護。根據(jù)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(zhì)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(zhì)量。并明確了質(zhì)量控制標準，責任落實到人，經(jīng)過策劃確定檢查項目，確保了實際支護施工質(zhì)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(yè)測量人員對現(xiàn)場邊坡開挖邊線及高程進行復測確認，項目經(jīng)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(xiàn)場指揮挖掘機進行邊坡分層開挖及人工修整工作，根據(jù)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(yè)質(zhì)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(jīng)過努力最終保證了混凝土表面質(zhì)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(huán)境變形均在規(guī)范允許的范圍內(nèi)，基坑側(cè)壁安全穩(wěn)定，實現(xiàn)了既定目標。基坑周邊環(huán)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(jù)本工程實際地質(zhì)條件及水文條件，結合基坑周邊環(huán)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(lián)合支護，滿足基坑穩(wěn)定性及安全控制要求。

2)經(jīng)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(nèi)力、土壓力、地表及圍護結構變形、基坑整體穩(wěn)定性等進行了復核驗算。對特殊地質(zhì)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(jié)約混凝土超方量等，取得較好的經(jīng)濟效益。

3)社會效益：通過運用QC方法，發(fā)散思維，采用了合理的支護選型及質(zhì)量控制措施，確保了基坑的安全及質(zhì)量，得到了市質(zhì)監(jiān)單位、業(yè)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(xiàn)場施工，使得城區(qū)基坑變形得到有效控制，預應力錨索復合土釘墻+樁錨聯(lián)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(chǎn)業(yè)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(lián)合支護型式及自進式錨桿防塌孔措施，合理優(yōu)化調(diào)整原有方案，降低基坑施工質(zhì)量安全問題發(fā)生率。某產(chǎn)業(yè)園基坑支護工程是繼本基坑工程項目后，又一城區(qū)深基坑施工項目，為公司開拓深基坑施工市場發(fā)展更上新的臺階。

3 總結與今后打算

專業(yè)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(huán)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(guī)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(jù)項目地勘報告及項目周邊環(huán)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(jīng)濟、合理可行[8]。

施工質(zhì)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(huán)緊扣一環(huán)解決問題，對基坑施工質(zhì)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(yè)能力[9]。

通過運用QC方法，合理調(diào)整優(yōu)化施工方案，降低了基坑施工質(zhì)量安全問題發(fā)生率。但技術創(chuàng)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(yè)素養(yǎng)，按照ISO9001質(zhì)量管理體系要求，加強施工過程中的質(zhì)量控制，以建設高質(zhì)量、高效益項目為目標，為今后城區(qū)深基坑施工安全做出應有的貢獻。