減小無對撐式深基坑變形量技術研究

朱光彬，祁廣攀，王 慶，趙志剛

（1.北京北投通城建設開發(fā)有限公司，北京 101100；2.河北宏安建筑工程有限公司 河北 石家莊 050031；3.山東省尚萊建筑工程有限公司，山東 濟寧 272008；4.中信國安建工集團有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

基坑開挖會對周圍環(huán)境造成影響，該問題日益突出，在基坑開挖時如何保護周邊的環(huán)境受到廣泛的討論［1］。在整個基坑開挖施工過程當中，保證基坑開挖的安全，將基坑自身變形和周圍地表、建筑物、地下管網(wǎng)的位移形變量控制在安全的范圍內(nèi)顯得尤為重要。

本文從筆者所在項目的深基坑施工過程中面臨的實際問題出發(fā)，將“減少無對撐式深基坑支護變形量”作為本次研究的課題。對此問題進行現(xiàn)狀調(diào)查，分析產(chǎn)生問題的原因，制定相應的對策，最終通過對策的實施來解決發(fā)現(xiàn)的問題。

1 現(xiàn)狀調(diào)查

北京某一在建項目規(guī)劃總用地面積 62 686.9 m2，總建筑面積 110 530.5 m2，其中：地上建筑面積 78 619.0 m2，地下建筑面積 31 911.5 m2。

由于本基坑開挖面積大，東西向大跨度（約 160 m）無對撐，且基坑西側(cè)與既有學校距離近（約 6～8 m），需嚴格控制基坑變形量。因此控制好基坑支護體系的變形量為本工程的重點難點，如圖1 所示。

圖1 基坑支護平面圖

本工程面臨以下幾方面重難點：①本項目為北京精品住宅項目，公司要求工程質(zhì)量達到“長城杯”標準，爭創(chuàng)國家優(yōu)質(zhì)工程，建設單位也對本項目有較高質(zhì)量要求；②本工程工期為 723 d，且深基坑工程為整個工程的基礎，如果深基坑支護體系變形量大，必然造成工期拖延且提高項目風險、增加成本，將會嚴重影響后續(xù)施工進度；③基坑距離周圍建筑物較近且地質(zhì)情況復雜，基坑支護形式多樣化，東西向跨度大且無對撐，差異變形不容易控制。

項目部組織人員以支護樁樁號為劃分單元，以冠梁水平、垂直位移、立柱豎向位移、周邊管線位移和周邊建筑物沉降為數(shù)據(jù)依據(jù)，共 435 組數(shù)據(jù)，統(tǒng)計了基坑試開挖區(qū)的支護體系變形量，具體數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 監(jiān)測點位統(tǒng)計表

從統(tǒng)計表可看出，試挖區(qū)監(jiān)測點發(fā)生變形的點位較多，占 79.6 %。綜上 4 條原因，項目部選定“減小無對撐式深基坑支護變形量”這一技術問題作為研究重點。根據(jù)選題理由中的統(tǒng)計表，試開挖區(qū)段支護體系發(fā)生變形點位較多。但支護體系的變形量難以定量標準，小組成員開設了專項會議，討論判定標準，總結(jié)如表2 所示。最終確定了變形量預警值的 50 % 為判定標準，以此標準作為本次研究活動支護結(jié)構(gòu)變形量是否符合要求的判定依據(jù)。

表2 變形量判定依據(jù)討論表

根據(jù)上述判定依據(jù)，小組成員重新統(tǒng)計了試挖區(qū)監(jiān)測點位如表3 所示。

表3 試挖區(qū)監(jiān)測點位統(tǒng)計表

由于工程的重要性，小組針對 4 月 8 日的調(diào)查結(jié)果，對深基坑支護體系各項問題合格率進行統(tǒng)計，合格率按選題理由中小組討論出的變形量達到預警值 50 % 為判定標準，分別從“冠梁水平位移較大”“冠梁豎向位移較大”“周邊管線位移較大”“立柱豎向位移較大”“周邊建筑物沉降較大”五方面進行分析，發(fā)現(xiàn) 51 個不合格點并將其做出排列圖，如圖2 所示。

圖2 深基坑支護體系變形問題排列圖

從排列圖2 可以看出：“冠梁水平位移較大”為主要問題，占累計頻率的 82.3 %，是無對撐式深基坑支護體系變形量大問題的癥結(jié)所在。此次研究我們設定的目標為基坑監(jiān)測變形量小于預警值一半的點位占 98 %。

2 原因分析

2.1 原因分析圖

研究小組成員集思廣益，采用頭腦風暴法從人、機、料、法、環(huán)、測 6 個方面對“冠梁水平位移較大”進行原因分析，并繪制成系統(tǒng)圖，如圖3 所示。

圖3 系統(tǒng)圖

小組成員對末端原因進行統(tǒng)計，共有 9 項末端原因，主要包括：管線埋地時誤挖、路面排水措施不完善、雨季抽水不及時、地表土體防滲漏措施未深化、基坑監(jiān)測方案不適宜、基坑開挖流程未優(yōu)化、角撐位置空間狹小、施工場地制約、操作人員對基坑特殊性不熟悉等。

2.2 確定主要原因

我們對以上 9 條末端因素進行了逐條分析，以便確定哪幾條末端因素為要因。

2.2.1 管線埋地時誤挖

小組人員在基坑試挖區(qū)域調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在 3 4 8 ～366 # 灌注樁南側(cè)與 203～265 # 灌注樁西側(cè)排水溝施工時，由于灌注樁與帷幕樁間距小，個別位置存在挖掘機誤挖到帷幕樁，使帷幕樁樁頭發(fā)生輕微破損現(xiàn)象。帷幕破損容易導致樁間水土流失，進而導致冠梁水平位移加大。

通過小組人員現(xiàn)場測量統(tǒng)計，帷幕樁樁頭輕微破損與否對冠梁水平位移無明顯影響，此問題非要因。

2.2.2 路面排水措施不完善

小組成員通過檢查發(fā)現(xiàn)，部分基坑周邊路面排水措施設置不合理，存在排水溝過窄和坡度過緩現(xiàn)象，應在現(xiàn)場沖車泵、現(xiàn)場噴淋等部位加大排水溝寬度及坡度。調(diào)查分析，路面排水措施基本能滿足排水需求，此條為非要因。

2.2.3 雨季抽水不及時

在施工現(xiàn)場對雨后基坑周邊抽水作業(yè)進行檢查。檢查部位為 201～292 # 灌注樁西側(cè)土體，共發(fā)現(xiàn)了 16 個積水點位。通過小組人員現(xiàn)場測量，施工現(xiàn)場雨季抽水及時，不同時間抽水對樁間水土流失沒有明顯影響。因此，雨季抽水不及時對主要問題“冠梁水平位移較大”無直接影響。此條為非要因。

2.2.4 基坑與帷幕間土體的防滲措施未深化是否造影響冠梁位移

小組人員在支護樁與帷幕樁間距大、小兩種情況下，分別抽取 20 個點位。對每個點位的樁間土滲水情況進行觀察，記錄滲水與樁間土滑移情況。通過表格計算，間距大時，發(fā)生滲水和樁間土滑移的頻率為 35 % 和 20 %。間距小時，發(fā)生滲水和樁間土滑移的頻率為 10 % 和 5 %，繪制出柱狀圖，如圖4 所示。

圖4 柱狀圖

通過圖4 可看出，支護樁與帷幕樁間距大時，樁間發(fā)生滲水與土滑移的頻率明顯高于間距小的情況，兩者差別較大。因此，地表土體防滲漏措施未深化對主要問題“冠梁水平位移較大”有較大影響。此條為要因。

2.2.5 基坑監(jiān)測方案不適宜

本工程的基坑監(jiān)測方案編制嚴謹，符合設計及規(guī)范的各項要求，能滿足本工程特殊工況的監(jiān)測工作。基坑監(jiān)測方案不適宜對主要問題“冠梁水平位移較大”無直接影響。此條為非要因。

2.2.6 基坑開挖流程未優(yōu)化

小組人員對試挖三個區(qū)段的冠梁位移變化速率進行了統(tǒng)計，將統(tǒng)計數(shù)據(jù)繪制成柱狀圖如圖5 所示，可看出 94～128 # 支護樁段位移數(shù)據(jù)變化速率明顯高于其他兩個區(qū)段。小組人員通過討論溝通，發(fā)現(xiàn)此區(qū)段的開挖流程必須重新優(yōu)化，避免由于開挖流程不合理造成冠梁位移繼續(xù)加大。

圖5 冠梁水平位移變化速率圖

通過上述調(diào)查分析與現(xiàn)場測量，基坑開挖流程未優(yōu)化對主要問題“冠梁水平位移較大”有較大影響，此條為要因。

2.2.7 角撐位置空間狹小

小組人員在作業(yè)空間狹小位置隨機挑選 30 根支護樁，又在空間寬敞位置隨機挑選 30 根支護樁，逐根檢查樁身是否有破損露筋等機械碰撞現(xiàn)象。并記錄冠梁水平位移累計值＞5 mm 的支護樁，如圖6 所示。

圖6 樁身破損柱狀圖

通過圖6 可看出，施工作業(yè)面狹小時，發(fā)生樁身破損與位移過大的情況要多于施工作業(yè)面寬敞位置，兩者差別較大。因此，角撐位置空間狹小對主要問題“冠梁水平位移較大”有較大影響，此條為要因。

2.2.8 施工場地制約

經(jīng)檢測分析有臨時堆載與否，監(jiān)測點的冠梁累計位移量基本差別較小。因此，施工場地制約對主要問題“冠梁水平位移較大”有較小影響，此條為非要因。

2.2.9 操作人員對本基坑特殊性不熟悉

通過小組現(xiàn)場檢查，施工現(xiàn)場操作人員基本能通過考核，未通過考核的作業(yè)人員業(yè)實際操作水平較高。因此，操作人員對工程特殊性不熟悉對主要問題“冠梁水平位移較大”影響較小，此條為非要因。

2.2.10 要因確定

通過對以上 9 條末端原因進行逐一確認，小組共找出 3 條主要原因，基坑開挖流程未優(yōu)化、角撐位置空間狹小、地表土體防滲漏措施未深化。

3 制定對策

3.1 對策表

小組成員針對 3 條要因，制定了對策，如表4 所示。

表4 對策表

3.2 對策的實施

3.2.1 細化施工方案

明確作業(yè)空間大小所對應的挖機型號，角撐位置作業(yè)時加強現(xiàn)場指導管理。

小組成員在施工圖紙上對空間狹小區(qū)域做出了劃分，具體劃分見下圖。對應圖紙劃分區(qū)域，在施工現(xiàn)場做出明顯警示標識。針對施工操作空間大小合理安排挖機型號，制定合理開挖方法做出排班計劃表，根據(jù)計劃表做好每次的班前教育。每隔一周對現(xiàn)場操作人員進行培訓講解，并組織考試，考試不通過人員必須進行二次教育。現(xiàn)場作業(yè)時，加強指導工作，有問題及時發(fā)現(xiàn)，避免類似問題的再次發(fā)生。

3.2.2 按本工程特殊性優(yōu)化土方開挖整體流程

根據(jù)現(xiàn)場基坑周邊實際情況確定優(yōu)化區(qū)域，按實際施工需求優(yōu)化開挖出土順序及流程用優(yōu)化開挖流程后的開挖方案指導出土施工。

3.2.3 深化帷幕樁與支護樁間地表土的防滲漏措施

統(tǒng)計確認本基坑帷幕樁與支護樁距離較遠部位，并在支護圖紙中標注。針對標注的部位，制定具體深化措施在原設計給定旋噴護坡范圍外，增加防滲措施，具體做法為掛網(wǎng)噴細石混凝土，厚度 50 mm。

4 結(jié)語

本工程具有基坑開挖面積大，東西向大跨度、無對撐，且基坑西側(cè)與既有學校距離近的施工難點。通過細化施工方案，明確作業(yè)空間大小所對應的挖機型號，在角撐位置作業(yè)時加強現(xiàn)場指導管理，并按本工程特殊性優(yōu)化了土方開挖整體流程，深化了帷幕樁與支護樁間地表土的防滲漏措施。通過以上研究、分析并實施，減小了本工程支護體系整體變形量，達到了“基坑監(jiān)測變形量小于預警值一半的點位占 98 %”這一目標。本項目也取得了“結(jié)構(gòu)長城杯”的獎項，得到了質(zhì)監(jiān)站、總公司、監(jiān)理單位、設計單位等各方的肯定。Q