超高層建筑深基坑施工安全技術(shù)研究

孫炫

（中鐵建大灣區(qū)建設(shè)有限公司，廣東 廣州 511400）

0 引言

伴隨著我國(guó)建筑業(yè)的快速發(fā)展，國(guó)家對(duì)施工安全的管理越發(fā)嚴(yán)格，尤其體現(xiàn)在復(fù)雜環(huán)境下的超高層建筑深基坑施工這類(lèi)超過(guò)一定規(guī)模的危大工程。深基坑工程施工存在很多不確定因素，導(dǎo)致存在安全風(fēng)險(xiǎn)，深基坑開(kāi)挖前需要進(jìn)行科學(xué)分析，針對(duì)項(xiàng)目特點(diǎn)、重難點(diǎn)采取安全技術(shù)管理措施，并在施工中對(duì)風(fēng)險(xiǎn)有效控制，預(yù)防事故發(fā)生。

1 深基坑工程概況

某超高層辦公樓建筑高度142m、設(shè)3層地下室?；诱嫉孛娣e約19289m2，基坑周長(zhǎng)約585m，基坑開(kāi)挖深度為9.65～15.55m。項(xiàng)目地處亞熱帶沿海，溫暖多雨，施工工程中雨季雨水倒灌風(fēng)險(xiǎn)較大。基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，基坑?xùn)|側(cè)為未開(kāi)發(fā)山體，上下高差達(dá)到80m；南面為相鄰地塊的空地和民用建筑，基坑內(nèi)邊線距離既有建筑4.7m；西面基坑內(nèi)邊線距離道路邊線約9.3～14.7m；北面基坑內(nèi)邊線距離道路邊線約5.2m。另根據(jù)資料顯示，周邊存在綜合電力管道、排水排污管道。

2 重難點(diǎn)及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析

2.1 周?chē)h(huán)境復(fù)雜，施工場(chǎng)地受限

該項(xiàng)目施工場(chǎng)地嚴(yán)重受限，用地紅線距離地下室輪廓線較近，基坑支護(hù)和土方開(kāi)挖施工階段場(chǎng)內(nèi)無(wú)法形成環(huán)場(chǎng)道路，需合理規(guī)劃出入口和場(chǎng)內(nèi)行走路線?，F(xiàn)場(chǎng)材料堆放場(chǎng)地、加工場(chǎng)地及半成品堆放場(chǎng)地非常緊張?，F(xiàn)場(chǎng)的交通組織難度大，嚴(yán)重制約著深基坑工程施工進(jìn)度，是工程施工過(guò)程中需要解決的難點(diǎn)。周邊臨近市政道路、管道線路以及建筑物，同時(shí)臨基坑山體穩(wěn)定也是重點(diǎn)基坑安全不穩(wěn)定因素之一，都對(duì)深基坑的設(shè)計(jì)、施工及后續(xù)使用提出了挑戰(zhàn)，如圖1所示。

圖1 基坑支護(hù)監(jiān)測(cè)

2.2 土方開(kāi)挖難度大

該項(xiàng)目三層地下室，開(kāi)挖深度深，最大開(kāi)挖深度達(dá)15.55m。為確保地下室施工過(guò)程的安全，基坑支護(hù)尤為重要。按施工總進(jìn)度計(jì)劃，基坑全部土方開(kāi)挖及支護(hù)要求在較短時(shí)間施工完畢，工期非常緊張。本工程基坑土質(zhì)復(fù)雜，周邊環(huán)境復(fù)雜，需編制安全合理、經(jīng)濟(jì)可行的土方工程及基坑支護(hù)施工方案，最大限度強(qiáng)支護(hù)，促工效，縮短工期，確保基坑施工安全，是地下工程的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

2.3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析

深基坑在施工過(guò)程中是處于動(dòng)態(tài)的，在施工過(guò)程中難免出現(xiàn)地面超載（如材料堆放、重車(chē)停放等）、局部土層軟弱、漏（滲）水、支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)質(zhì)量異常等意外，這些都有可能成為基坑發(fā)生安全事故的導(dǎo)火線[1]。由于周邊臨近建筑物、市政道路和管線，本基坑支護(hù)安全設(shè)計(jì)等級(jí)為一級(jí)，側(cè)壁重要性系數(shù)取1.1，風(fēng)險(xiǎn)事故損失等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估5級(jí)，需將其出現(xiàn)概率降低到較低水平。風(fēng)險(xiǎn)事故采取優(yōu)選支護(hù)設(shè)計(jì)施工方案、加強(qiáng)施工安全技術(shù)管理、加強(qiáng)基坑監(jiān)測(cè)工作等風(fēng)險(xiǎn)控制措施，如表1所示。

表1 風(fēng)險(xiǎn)事故損失等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

3 針對(duì)性安全技術(shù)管理措施

3.1 支護(hù)設(shè)計(jì)

由于該工程基坑深度較大，地下室占地面積大，周?chē)h(huán)境復(fù)雜，施工場(chǎng)地嚴(yán)重受限，通過(guò)設(shè)計(jì)分析，在確保安全的基礎(chǔ)上，盡量滿(mǎn)足環(huán)保經(jīng)濟(jì)以及施工方便要求。綜合考慮，支護(hù)結(jié)構(gòu)采用灌注樁+雙管旋噴樁+掛網(wǎng)噴射混凝土，支護(hù)樁樁徑1m，間距1.2m，樁長(zhǎng)18.65～24.55m不等，雙管旋噴樁樁徑0.6m，間距1.2m，深入基坑開(kāi)挖面1.5m。支護(hù)樁樁頂設(shè)冠梁，斷面為1000mm×800mm，冠梁至基坑底間在支護(hù)樁上設(shè)置2～4道腰梁，腰梁尺寸為640mm×467mm，錨索設(shè)置2～4道。

3.2 深基坑施工組織部署

（1）場(chǎng)地布置。為了滿(mǎn)足各專(zhuān)業(yè)施工所需臨時(shí)場(chǎng)地，設(shè)置了專(zhuān)門(mén)施工平面管理人員，根據(jù)不同施工階段的需求，合理規(guī)劃、分階段進(jìn)行場(chǎng)地施工平面布置，以解決各個(gè)不同階段的主要問(wèn)題，實(shí)行動(dòng)態(tài)管理，做到材料隨用隨進(jìn)場(chǎng)。

（2）制定施工方案并交底。提前制定科學(xué)可行的深基坑施工方案，經(jīng)過(guò)專(zhuān)家論證，這是決定深基坑工程能否順利進(jìn)行的前提條件[2]。方案應(yīng)包含總體施工組織、資源投入計(jì)劃、施工進(jìn)度計(jì)劃、主要施工方法和技術(shù)措施、安全保障措施和應(yīng)急措施等內(nèi)容，在開(kāi)挖前組織各方進(jìn)行安全技術(shù)交底并嚴(yán)格按交底施工。

（3）支護(hù)結(jié)構(gòu)施工。根據(jù)地勘資料顯示，該工程?hào)|側(cè)、東北側(cè)巖層埋深較淺且?guī)r層多為微風(fēng)化巖，支護(hù)樁入巖較長(zhǎng)，需采用沖孔灌注樁施工工藝；其他支護(hù)樁的部位主要集中在土層、全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化巖層中，可采用旋挖灌注樁施工工藝縮短施工工期；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件，結(jié)合進(jìn)度需求，灌注樁先行施工，為減少支護(hù)樁施工中的相互影響，支護(hù)樁施工時(shí)采用隔二打一施工順序，雙管旋噴樁在支護(hù)灌注樁滿(mǎn)足強(qiáng)度等級(jí)開(kāi)始插入施工，在灌注樁及雙管旋噴樁施工滿(mǎn)足強(qiáng)度等級(jí)后方可進(jìn)行土方開(kāi)挖。

（4）土方開(kāi)挖。基坑開(kāi)挖前對(duì)施工紅線周?chē)牡叵鹿芫€以及建筑的具體位置進(jìn)行勘察標(biāo)記，且采取切實(shí)可行的加固保護(hù)措施，確保施工期間地下管線及建筑沉降變形可控；基坑土方開(kāi)挖時(shí)，結(jié)合基坑特點(diǎn)選擇合理的開(kāi)挖順序，遵循分層分段開(kāi)挖原則，嚴(yán)禁超挖，每層不超過(guò)1m，每段不超過(guò)20m，并穿插冠梁及錨索的施工。土方開(kāi)挖至冠梁和每道腰梁底時(shí)，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%以上以后方能張拉錨索，從上往下依次完成錨索施工及張拉。最后一次土方開(kāi)挖，分段分層開(kāi)挖至基坑底面，當(dāng)開(kāi)挖至標(biāo)高接近設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，邊抄平邊配合人工清槽，支護(hù)樁間按設(shè)計(jì)要求做掛網(wǎng)噴錨處理。大面開(kāi)挖時(shí)使用大型機(jī)械整體開(kāi)挖，靠近基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)處使用小型挖掘機(jī)將支護(hù)結(jié)構(gòu)下的土方掏挖、倒運(yùn)到土方運(yùn)輸車(chē)上，將土方運(yùn)出場(chǎng)外，如圖2所示。

圖2 基坑支護(hù)1-1剖面

（5）基坑施工降排水。場(chǎng)地地下水主要受緊鄰的珠江水流滲入及大氣降水滲入補(bǔ)給，地下水位埋深較淺，基坑內(nèi)容易積水。為保證基坑開(kāi)挖過(guò)程中保持無(wú)地下水上涌，需持續(xù)保持降排水工作；開(kāi)挖坑中坑集水井，開(kāi)挖至基底-1m位置，安裝抽水泵對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行抽水作業(yè)，經(jīng)過(guò)三級(jí)沉淀池沉淀過(guò)濾最后排入市政管網(wǎng)，使地下水位始終低于施工作業(yè)面，保障現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度與作業(yè)人員安全。

3.3 深基坑施工過(guò)程安全管理

施工方案經(jīng)過(guò)專(zhuān)家論證審批后，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按方案進(jìn)行施工[3]，在土方開(kāi)挖時(shí)設(shè)置專(zhuān)人監(jiān)督并進(jìn)行過(guò)程技術(shù)指導(dǎo)。深基坑周?chē)O(shè)置封閉圍欄，且基坑周邊不得堆載超限15kPa，基頂2m范圍內(nèi)不得堆放材料，出土口機(jī)械設(shè)備和車(chē)輛荷載不得超過(guò)40kPa；對(duì)基坑周?chē)孛孢M(jìn)行硬化并設(shè)置排水溝，避免雨水倒入坑內(nèi)；施工中機(jī)具停放位置必須平穩(wěn)安全，距離基坑邊滿(mǎn)足安全距離，該距離根據(jù)土質(zhì)情況、設(shè)備重量、支護(hù)結(jié)構(gòu)形式綜合計(jì)算得出；設(shè)置專(zhuān)職安全員例行巡檢，發(fā)現(xiàn)異常情況立即停止施工，并組織各方進(jìn)行檢查分析原因，采取措施解決后方能繼續(xù)施工；當(dāng)施工發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際地層情況與設(shè)計(jì)所引用的鉆孔資料出入較大時(shí)，要及時(shí)提請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)人員進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)變更，形成動(dòng)態(tài)管理；當(dāng)基坑開(kāi)挖至基底設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)及時(shí)進(jìn)行底板施工，地下室外側(cè)在施工完成時(shí)及時(shí)進(jìn)行分層回填并夯實(shí)；完成基坑的全部回填后仍需繼續(xù)對(duì)基坑進(jìn)行降水，保持基坑內(nèi)的低水位，待主體結(jié)構(gòu)施工到符合抗浮要求并經(jīng)主體設(shè)計(jì)人員同意后方可停止降水；加強(qiáng)對(duì)施工過(guò)程的安全管控，規(guī)范化施工，作業(yè)隊(duì)伍必須履行執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)安全管理制度。

3.4 深基坑支護(hù)工程施工監(jiān)測(cè)

在施工過(guò)程中須建立嚴(yán)格且成熟可靠的監(jiān)測(cè)網(wǎng)，對(duì)支護(hù)頂部水平及豎向位移、周邊建筑物沉降、地下水位等項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)點(diǎn)布置，對(duì)于關(guān)鍵部位和特殊節(jié)點(diǎn)應(yīng)進(jìn)行加密監(jiān)測(cè)，對(duì)基坑以及周邊環(huán)境的安全形成施工全過(guò)程的嚴(yán)密監(jiān)測(cè)[4]。每次監(jiān)測(cè)完成后應(yīng)及時(shí)提交當(dāng)日監(jiān)測(cè)日?qǐng)?bào)，每周提交一次監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)報(bào)，該簡(jiǎn)報(bào)需包括本周的數(shù)據(jù)曲線。設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析審核，做到動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、信息化施工，保障深基坑周?chē)h(huán)境及管線安全，如表2所示。

表2 深基坑支護(hù)工程施工監(jiān)測(cè)

由于地質(zhì)條件、材料性質(zhì)等因素影響，深基坑支護(hù)施工難以預(yù)測(cè)潛在問(wèn)題，定期持續(xù)地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工監(jiān)測(cè)非常必要，基坑變形控制值、預(yù)警值及變形允許速率均應(yīng)符合《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》相關(guān)監(jiān)測(cè)要求。變形出現(xiàn)異常情況、變形速率突然增大或遇到極端天氣時(shí)應(yīng)加密觀測(cè)頻次，當(dāng)有事故征兆時(shí)，應(yīng)持續(xù)監(jiān)測(cè)。開(kāi)挖期間當(dāng)支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力變形、地面沉降或水平位移達(dá)到控制值的80%時(shí)，或地下結(jié)構(gòu)施工期間水平位移速率超過(guò)5mm/d，應(yīng)立即停止施工、啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案并告知設(shè)計(jì)方和有關(guān)部門(mén)查明原因制定解決方案并實(shí)施、確保基坑安全后方可繼續(xù)施工。深基坑監(jiān)測(cè)須由第三方專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)單位負(fù)責(zé)，施工單位在施工過(guò)程中也應(yīng)形成定期監(jiān)測(cè)，如表3所示。

表3 監(jiān)測(cè)頻率

3.5 深基坑工程應(yīng)急管理

深基坑開(kāi)挖前應(yīng)提前編制應(yīng)急管理預(yù)案并組織演練，成立以現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人為組長(zhǎng)的應(yīng)急小組，安全員做好日常巡檢工作。在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，如有支護(hù)頂部坡面變化大、基坑周?chē)型馏w下陷坍塌跡象，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行土方回填反壓處理，回填反壓可以采用事先準(zhǔn)備的沙包或采用機(jī)械就近開(kāi)挖基坑內(nèi)土方等方式；在監(jiān)測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)支護(hù)頂部水平及豎向位移、側(cè)向變形、周?chē)ㄖ锍两岛偷叵滤坏茸兓^(guò)設(shè)計(jì)警戒值時(shí)，應(yīng)立即停工，并組織各參建單位召開(kāi)緊急會(huì)議，討論分析變化形成原因，采取回填反壓、土體注漿加固、增加支撐結(jié)構(gòu)等施工措施防止位移以及沉降的進(jìn)一步變化。若變形超過(guò)設(shè)計(jì)報(bào)警值，需立即對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)、周?chē)ㄖ镆约肮芫€進(jìn)行加密觀測(cè)，實(shí)時(shí)反饋監(jiān)測(cè)結(jié)果；如有危及安全的變形發(fā)生，應(yīng)立即組織人員疏散至安全地帶，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)形成警戒禁止人員靠近，并及時(shí)上報(bào)有關(guān)管理部門(mén)。

4 結(jié)語(yǔ)

超高層建筑深基坑工程是巖土結(jié)構(gòu)等工程相互交叉的系統(tǒng)工程，具有臨時(shí)性，多學(xué)科性，事故多發(fā)性等特點(diǎn)。通過(guò)對(duì)施工重難點(diǎn)與風(fēng)險(xiǎn)的全面分析，采取優(yōu)化設(shè)計(jì)施工方案、針對(duì)性的施工安全技術(shù)管理、專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)以及加強(qiáng)應(yīng)急管理等措施，能有效管控基坑支護(hù)存在的不穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)，縮短施工工期，保證工程質(zhì)量，對(duì)加強(qiáng)超高層建筑工程深基坑施工安全技術(shù)管理研究具有重要參考意義。