深基坑支護及土方開挖施工關鍵技術分析
——以某商業廣場為例

郗建朋，魏鵬浩，彭 斌，李旭亮，馬少雄，田 慶

（1.中鐵一局集團建筑安裝工程有限公司，西安 710054；2.陜西鐵路工程職業技術學院，陜西 渭南 714099）

近年來，隨著我國社會經濟的快速發展，城市建筑物在不斷向高空發展的同時，地下空間開發利用也成為一個重要方向，如地下商場、地下停車場及地下車庫等[1]。因此，在進行大規模地下工程開挖時，將會涉及大量的深基坑質量安全問題。據有關統計資料顯示，目前我國深基坑工程事故的發生率達21.4%，有些地區甚至高達30%，因此深基坑安全施工逐漸得到重視[2]。胡園園等[3]針對深基坑安全監管的現實需求，設計了一種融合BIM 與知識圖譜的深基坑施工安全風險識別框架，輔助實現基坑施工安全風險的智能識別；何燕等[4]考慮時間對事故發生概率的影響，找出工程施工安全薄弱點，并提出施工現場管理建議；劉毅等[5]基于TOPSIS 理論對各風險因素進行重要度排序，確定基坑施工過程中最為關鍵的風險因素；宋博[6]為明確地鐵車站深基坑施工安全等級，考慮評價指標的非線性關系和復雜動態性，基于數據包絡法（DEA）-反向傳播（BP）神經網絡，提出一種地鐵車站深基坑施工安全評價方法。

通過對比分析，現有的研究多從理論視角出發，缺乏考慮工程施工的實際情況，不利于深基坑施工安全事故的有效預防與控制。基于此，本研究在理論研究的基礎上，聚焦工程施工的實際現狀。為保障施工安全，預防坍塌事故，在深基坑支護及土方開挖的過程中要確保地下結構、基坑周圍環境的安全得到充分保障，進而提高建筑整體質量與安全。

1 工程概況

1.1 工程項目概況

擬建某廣場項目總建筑面積約為15 萬m2，其中，地下50 244.76 m2，地上100 577.02 m2。該項目的設計定位為商業服務項目。根據勘察報告，場地內地面標高介于390.81～393.06 m 之間。基底標高為377.10 m，現場地整平后標高為391.70 m，基坑開挖深度為14.60 m。

1.2 工程施工特點

本工程規劃地下3 層，開挖深度約14.6 m，屬深基坑作業。基礎施工階段，安全風險較大，基坑周邊的防護和監測尤為重要。同時，土方開挖階段可能會給周邊居民樓及學校帶來噪聲污染。

由于土方開挖場地及土方量較大，基坑受土方外運、治污減霾及分層錨索施工等因素的限制，土方開挖進度緩慢；施工坡道采用外坡道出土方式進行出土外運，基坑土方作業時間長，土方開挖過程中基坑變形監測為施工重點控制項目；從安全、經濟、工期和文明工地建設等方面綜合考慮，本工程支護形式采用土釘+支護樁+旋噴錨索相結合的支護體系進行基坑周邊支護。

1.3 基坑支護設計概況

根據基坑支護設計圖紙，基坑外坡道采用支護樁+旋噴錨索的支護形式，根據坡道的放坡比例，進行支護樁高程的控制。

1）土釘設計。基坑支護0.0～2.0 m 采用掛網素噴，坡比1∶0.3，面層均采用雙向φ6.5@200 鋼筋網片固定后噴射80 mm 厚等C20 混凝土。

2）支護樁設計。設計支護樁長20.6 m，有效樁長20.00 m。樁徑均為800 mm，樁中心距均為1 600 mm，共計368 根，混凝土強度等級為C30。

3）冠梁設計。冠梁設置與支護樁頂部，規格為800 mm×600 mm，延基坑四周通長交圈設計，與支護自成一體。

4）旋噴錨索設計。旋噴錨索設計分為2 種：①普通錨索。軸向拉力標準值為250 kN，預應力鎖定值為200 kN，孔徑150 mm，孔深24.0 m（自由段5.50 m，錨固段18.50 m），入射角20°。②軸向拉力標準值300 kN，預應力鎖定標準值240 kN，為1×7 標準型3s15.2 鋼絞線，孔徑400 mm，孔深18 m，自由端6 m，錨固段10 m，入射角20°。采用PO.42.5 普通硅酸鹽水泥漿進行注（噴）漿，水灰比0.5，漿體強度為M20。

2 深基坑支護施工方案

2.1 土釘支護施工方案

2.1.1 施工準備

在工程每一道工序開工前，需進行技術交底，使所有人員掌握設計意圖和技術要求，以便合理地按工序、工藝要求科學地組織施工。根據施工圖紙及現場情況部好土釘孔位，按照規范程序進行技術交底，技術交底均有書面記錄及圖表和簽字，技術負責人向專業工長交底要結合關健部位的質量要求及注意事項等進行，要求細致、全面。釘墻施工工藝流程如圖1 所示。

圖1 釘墻施工工藝流程

2.1.2 土釘施工步驟

1）施工程序。施工前，對原材料進行檢查，確保所采購的材料符合設計和規范要求，并附有產品合格證。基坑分層開挖深度不超過土釘所在位置以下50 cm，每次允許在距周邊6 m 的基坑中自由開挖，在坡面分層進行噴、錨網作業，多余的土方倒入自由開挖坑中。采用分層成孔、注漿、掛網噴射混凝土，易塌土層每1 排孔噴1 次混凝土。

2）土方及刷坡。土釘墻必須有平順的刷坡面，因此為保證坡面準確平順，必須加強測量工作，以坑底邊線及高程為基準，按設計坡率以3 m 一個斷面測求地面邊坡開口點，然后連成開口線，刷坡時根據開口線，先刷標準坡槽，再橫向刷坡，并隨時校驗，確保深基坑的邊坡準確平順。

3）成孔。根據設計要求和土層條件，對定出的孔位作好標記，鏟桿水平方向孔距誤差不應大于50 mm，垂直方向孔距誤差不應大于100 mm，孔底部的偏斜尺寸不應大于土釘長度的3%。土釘孔深不應小于設計長度，也不宜大于設計長度的1%。成孔結束后進行清孔檢查，整理鉆孔記錄，經監理工程師驗收合格后方可進行下道工序。

4）土釘的制作、安放。鉆孔完畢后應立即安插土釘以防塌孔，組裝前鋼筋應平直、除油、除銹。鋼筋的接頭應采用焊接的搭接接頭，焊接長度不得小于500 mm或30 d。沿桿體軸線方向每隔2.0 m 應沿桿體120°設置3 個對中支架，保證土釘居中。

5）土釘注漿。注漿前應將孔內殘留或松動的雜土清除干凈，檢查注漿管有無破裂和堵塞，接口處要牢固，同時要用水引路、潤濕輸漿管道。注漿材料宜選用水泥漿，水灰比宜為0.38～0.45，一次拌合的水泥漿應隨拌隨用，在初凝前用完。注漿時注漿管應插至距孔底250～500 mm 處，孔口部位宜設置止漿塞及排氣管。當孔口溢出漿液時，可停止注漿。

2.1.3 成品防護

土釘作業后進行土方開挖，挖土設備不得碰撞土釘，以免土釘應力損失。注漿后自然養護不少于7 d，待強度達到設計等級的75%以上時方可進行下層土方開挖，漿體硬化前，不能承受外力或由外力引起的土釘位移。噴射混凝土終凝2 h 后，應進行養護，養護時間不少于7 d。養護視當地環境采用噴水、覆蓋澆水或噴涂養護劑等方法。

2.2 護坡樁施工方案

護坡樁施工按照樁位測放、機械鉆進成孔、清除孔底沉渣、鋼筋籠制作與吊安、混凝土灌注及破除樁頭的工序開展。

1）樁位測放。根據城市坐標系統用全站儀引測場地控制坐標點及高程控制點，施放的各樁位點用長300 mm 的Φ20 鋼釬貫入成孔，孔內灌入石灰、插入Φ8 鋼筋作為標志。

2）機械鉆進成孔。護坡樁成孔采用旋挖鉆機工藝。在基坑內的4 個抽水井旁側開挖6 m×4 m×1.5 m 的泥漿池，按照1∶3.3 比例進行開挖和放坡，土方開挖不得高堆于泥漿池四周，泥漿池開挖后立即進行安全防護。

3）清除孔底沉渣。旋挖鉆機成孔達到設計孔底標高以上1.0 m 時，停止成孔，靜置30 min，待孔內砂礫沉淀后再清理沉渣到預定深度。

4）鋼筋籠制作與吊安。基坑內設置2 個鋼筋籠加工場地，面積為45 m×30 m，用豆石敷面硬化。鋼筋籠通長制作，主筋采用單面搭接焊，采用炮車單體運輸，或用吊車四點吊、卸，采用20 t 汽車吊三點水平起吊，龍門架垂直吊裝。

5）混凝土灌注。灌注的混凝土為商品混凝土，強度等級為C30，塌落度18～22 cm。灌注采用水下導管灌注法，導管直徑225 mm，導管采用絲扣連接，每節長度2.5 m，導管頂部料斗容量大于等于1.0 m3。

6）破除樁頭。混凝土終凝后，人工破除設計樁頂標高以上混凝土，并用松散砂石料保護樁頭。

2.3 冠梁施工方案

鑿除樁頂劣質混凝土至設計樁頂標高，然后將混凝土支撐底標高以上土體全部挖除，再進行混凝土冠梁的制作，工藝流程如圖2 所示。

圖2 混凝土支撐施工工藝流程圖

1）測量放樣。根據設計坐標計算鋼筋混凝土冠梁中線交點坐標，計算成果經復核無誤后進行測放，并報監理進行復核。在鋼筋混凝土冠梁混凝土澆注前，將其頂面標高放樣于模板面上，以控制鋼筋混凝土冠梁頂面標高。待鋼筋混凝土冠梁模板拆除后，檢查鋼筋混凝土冠梁的中心線和平整度、垂直度是否符合設計及規范要求。

2）鋼筋混凝土冠梁鋼筋綁扎。鋼筋綁扎前應清點數量、類型、型號和直徑，清理干凈冠梁空間的雜物并對其位置進行測放后方可進行綁扎。鋼筋的交叉點必須綁扎牢固，不得出現變形和松脫現象；鋼筋接頭采用機械連接方式，接頭面積百分率不得超過50%。

3）模板支立。冠梁模板采用竹膠模板，模板支立前應清理干凈并涂刷隔離劑，每次混凝土澆筑之前確保模板清潔光滑。模板安裝必須正確控制軸線位置及截面尺寸。當拼縫大于等于10 mm 時要用老粉批嵌或用白鐵皮封釘。為保證模板接縫寬度符合要求，應加強對模板的使用、維修、管理，模板支撐安裝必須平整、牢固、接縫嚴密不漏漿。

4）混凝土澆筑。冠梁混凝土采用C30 混凝土，使用汽車輸送泵分段分批澆筑，接頭處新老混凝土接合面按施工縫要求鑿毛處理，并將澆筑完預留鋼筋上的殘留混凝土及時清理干凈，且其接頭位置留在冠梁上。

5）拆模、養護。在澆筑完畢后的12 h 以內對混凝土加以覆蓋并保濕養護。混凝土強度達到1.2 N/mm2前不得在其上踩踏或安裝模板及支架。混凝土達到規定強度后，方可進行模板拆除，拆除模板時，需按程序進行，禁止用大錘敲擊。

2.4 錨索、腰梁施工方案

錨索、腰梁按照錨索定位、機械就位、錨索施工、腰梁施工與安放的順序進行施工。

1）錨索定位。采用水準儀分別在坑壁-3.50、-7.20、-10.7 m 標高確定多個點，用0.5 m 長Φ14 鋼筋標定，并用線繩連接各點作為同層錨索標線。從任意2 樁中間確定錨孔位置后，再按1.60 m 間距延標線確定其他錨孔位置并用30 mm 長Φ6.0 鋼筋定位。

2）機械就位。平整鉆機就位場地，鉆機距坡面1.0 m，調整鉆機鉆桿與坡面水平線垂直，用羅盤調整鉆桿傾角達到12°和15°。

3）錨索施工。根據場地地層特點，土層中錨索孔采用螺旋鉆成孔，卵石層中因套管回轉鉆進成孔較困難、速度慢，錨索孔采用旋噴錨索或螺旋錨桿沖擊成孔、注漿方法。

4）腰梁施工與安放。腰梁采用250 mm×20 mm 鋼板帶，安裝時應保證鋼板帶與護坡樁緊密結合。采用吊裝設備對達到安裝要求的施工段進行腰梁安置，定位前必須使用水準儀進行測量定位。安裝到位，并對每段梁進行3 個點施加20%預張拉力后，方可去除吊裝設備，然后及時進行其余錨具的安裝和預張拉。

3 深基坑土方開挖施工方案

結合本項目基坑支護及降水施工藍圖，確定下口開挖邊線及上口開挖邊線，下口開挖邊線為支護樁的內皮邊線，上口開挖邊線為垂直2 m 距離按照1∶0.3 的坡比進行放坡的水平距離。

3.1 施工工藝

考慮工期緊、任務重，根據現場場坪高程391.7 m（標高-0.2 m）下挖2 m 后進行圍護樁施工，從上向下按照逐層開挖，嚴禁超挖的原則進行土方開挖。基坑開挖深度約14.6 m，每層開挖深度不得大于圍護樁的腰梁位置3.5 m。按照測放開挖邊線、測放場外坡道、首層土方開挖（2 m）、圍護樁冠梁施工、第2 層土方開挖（1.5 m）、第一道腰梁及旋噴錨索施工、第3 層土方開挖（3.5 m）、第二道腰梁及旋噴錨索施工、第4 層土方開挖（3.5 m）、第三道腰梁及旋噴錨索、第5 層土方（4.1 m）及檢查驗收的順序進行施工。

3.2 施工方法

1）標高控制。根據提供的水準點結合施工圖紙的要求，在施工場地內較穩定的地方，設立2 個水準基點，用二等水準儀閉合與水準點聯測，得出水準點的高程，作為本測區的水準基準點，根據2 個水準點，測設每層挖土標高。場區的高程控制網布設成閉合環線，對重點平面控制點及高程控制點使用砌磚及混凝土加固保護，并交好底，提醒車輛及行人注意。

2）開挖放線。依據提供的基坑開挖圖坐標，結合樁錨支護體系方案，定出基坑上口開挖邊線及下口開挖邊線，用白灰線進行測放。

3）基坑排水。根據地質報告可知，場地地下水在13～15 m 位置，基坑開挖必須考慮基坑降水，在基坑四周及基坑底部設置降水井，同時在基坑頂部修筑300 mm 寬的排水溝，坡比2%，排水溝匯入集水坑中，由集水坑排入現場排水網，溝內壁用20 mm 厚1∶3 水泥砂漿抹面硬化。

4）基坑防護與開挖。由于基坑較深，土方開挖首先將基坑四周場地清理整平，嚴格遵循從上向下逐層開挖，嚴禁進行土方超挖作業。土方開挖應避開雨季，開挖過程中做好坑內滯水及大氣降水的疏導工作，確保坑內不積水，開挖結束后應立即施工，使基坑暴露的時間盡可能短。土方開挖后應盡快進行樁基施工及地下工程施工。

3.3 土方開挖操作要求及檢查要求

1）基坑的基土土質必須符合設計要求，并嚴禁擾動。

2）開挖時注意保護測量控制定位樁、軸線樁、水準基樁，防止被挖土和運土機械設備碰撞、行使破壞。

3）基坑（槽）挖到設計標高并釬探后，及時通知質檢站、建設單位、監理、設計和勘察單位會同有關部門驗槽，在監理簽署驗收文件并發布下一道工序開工令后，立即進行施工。

4 結束語

綜上所述，在建筑基礎工程中，深基坑屬于工程施工的重點和難點，其不但影響工程質量與工期，還會影響周圍環境與施工安全。對此，施工人員應嚴格遵循設計規定、事先充分做好應急處理預案、狠抓事故隱患防范排查工作、高效應用施工安全技術和完善安全管理制度等方式，使深基坑施工安全得到切實保障。