深基坑开挖安全技术措施分析

2018-03-23侯军

四川建筑 2018年3期

侯　军

(四川省观紫道桥工程有限公司, 四川阆中 637400)

深基坑开挖工程的工作内容包括：降水排水、土方开挖、基坑支护、临边防护等，施工过程受周围建筑物情况、土质环境、地下水情况等影响，危险性较大。科学的施工方案、合适的施工技术和材料选择是保证施工安全的重要内容。本文通过介绍某市高层商业写字楼的深基坑开挖工程，对开挖技术和安全措施进行研究和讨论。

1　工程概况

该工程处于商业广场，沿路分南北两个区域，南北两边各建一栋主楼38层的商业写字楼。南区南北方向长80 m，东西方向长70 m，主楼基坑开挖深度初定为14 m，楼裙为12.6 m，电梯井为 17 m。周边建筑物与规划红线接近，地下管线错综复杂，对工程基坑开挖可能引起的地层变形移动十分敏感。基坑北面距离地铁较近，对基坑支护结构的设计选型和安全实施要求严格。根据周边环境本工程基坑围护结构选用 80 cm 厚的地下连续墙，支护结构选用五道钢筋混凝土水平支撑，以满足整体结构稳定的要求，确保开挖施工可能产生的地层变形不影响周边建筑物结构和地下管线的正常使用，以及地铁的正常运行。

基坑围护结构即地下连续墙，其矩形槽段单幅面宽6 m，北侧墙深26 m，另外三侧墙深均为23.6 m，混凝土强度等级为C35，钢筋I、II 级，分段纵向接头型式为锁口管，在顶部用钢筋混凝土浇注帽梁，整个地下连续墙连成整体。在基坑内设置五道钢筋混凝土作为支撑，采用C30混凝土，I、II 级钢筋。中心标高自下而上依次为-13.1 m、-9.5 m、-6.4 m、-3.5 m、 -0.6 m。整个基坑平面以边角框架为支撑，中部留出空间进行挖土操作。支撑梁截面有两种，分别为1 200 mm×600 mm、 1 600 mm×600 mm；围檩的截面有两种，分别为 1 600 mm×600 mm、1 200 mm×600 mm；顶圈梁截面有一种，为 1 100 mm×600 mm。立柱由500 mm×300 mm×12 mm钢板与L160×160×16 角钢焊接而成，柱基采用钻孔灌注桩。基坑四周则采用深层搅拌桩，加固深度5 m，宽度8 m，以增加土体的被动土压，防止墙底脚连续变形，进而影响周边建筑物和地下管线。

该工程的地下水位偏高，为 -0.5 m，土质为淤泥质土体，施工前必须采取降水措施。根据地下连续墙挡水抗渗性能，本次工程采用深井井点降水方法。按半径为10 m的平面进行排列布置，井深自基坑底向下深1 m，共布置管径250 mm，深1 9 m 的降水深井井点23根。施工作业时将基坑土体分为五层：第1层开挖时，自北向南后退挖土；第2层开挖时，划六个区域待第一道支撑混凝土的强度达70 %以上后，分区挖土，同时构筑第二道支撑；第3层开挖时，待第二道支撑混凝土的强度达70 %以上后开始，以中区为平台同样分区挖土，并构筑第三道支撑；第4层开挖时，待第三道支撑混凝土的强度达70 %以上后开始，利用中区平台分区进行挖土，及时清理基底并浇捣达到标高的底板，并构筑第四道支撑；第5层开挖时，待第四道支撑混凝土的强度达70 %以上后开始，这一阶段挖除中区平台，同时配合克林吊在基坑四周挖土，达到基底标高后清理剩余的两侧地库底板，再构筑第五道支撑。整个基坑开挖过程分为四个阶段：第一阶段，开始挖土至第二道支撑底的挖土施工完成；第二阶段，第二、三道支撑浇筑完成；第三阶段，第4层土体开挖并完成第四道支撑；第四个阶段，挖土施工完成并进行底板浇筑。

2　安全隐患分析

在本次工程施工开始前，周围建筑已经建成在用，地下管线复杂，施工区域北侧的地铁已经开通运行。基坑开挖可能会造成地层变形，在挖土过程中地下连续墙如果发生位移，可能会对周边建筑物的结构稳定性、地下管线的正常使用产生影响。另外，施工区域土质含水量高，地下水位较高，进行深基坑开挖施工可能会发生沉降问题。施工前需要利用各项监测技术测量、核实实际数据，对地质条件进行精确测量，并根据地质条件认真分析施工计划，选用恰当的施工技术，制定科学有效的措施，尽量减小对周围土层的影响和破坏。

在基坑开挖后，随着基坑深度的增加，围护结构周围土体逐渐由静止土压状态转变为被动土压状态，围护结构荷载发生变化，墙体可能发生变形。围护结构变形又会使坑内、外土体在压力作用下发生位移。围护结构内侧水平位移会导致基坑水平应力减小，土体出现塑性破坏，严重时可引起土层沉降。如果在施工过程中围护结构的内侧出现渗漏水，会导致外侧土体流失，增大土层位移，影响周围建筑物结构的稳定性。

3　深基坑开挖安全技术措施

3.1　基坑降水及排水控制措施

基坑内降、排水施工是控制施工环境的重要手段。为防止施工过程中出现基坑变形、淹溺、触电等事故，安全负责人需对基坑内水位进行严格控制。不同土层的土质特点不同，在进行排水施工时要根据具体情况，使用合适的材料。在进行地下连续墙施工前完成降水井建造。整个施工过程都要对基坑降水工作予以重视。根据施工区域地质条件，本次工程采用了深井井点的降水方法，设置了降水井井点23个，在各土层开挖前均进行了降、排水控制。

挖土施工前需要进行的是抽水试验：待地下连续墙槽段施工完成后，对基坑范围内的降水井进行抽水试验。首先，将基坑内水位降至最大水头标高处，检测地下连续墙槽段的封水效果；然后，对基坑围护结构的受力变形情况、周围土体和水位数据进行监测。基坑内如发生渗漏，可对检测数据进行分析，确定渗水位置，采取应急预案进行补救，补救施工完成后重新进行抽水试验。

在抽水试验后，为保证基坑开挖过程中施工环境的干燥，需要在开挖前通过降水井对基坑内地下水进行降、排水施工。在降、排水施工中要保证基坑内水位始终在开挖面下1 m，随着开挖深度下降，逐阶拆除降水井，井口高度保持在开挖面上1.5 m。排水管绕过施工平台、帽梁，沿基坑内沿进行布置。另外，可在基坑内淤泥质土层位置开挖若干集水坑，再用潜水泵抽排坑内积水。

3.2　基坑围护结构及基坑底部控制措施

本次工程基坑围护结构采用地下连续墙结构，对地下连续墙结构的控制主要包括两个方面：接缝处的防渗处理和局部缺陷处理。地下连续墙接缝处的防渗处理：开挖之前，在地下连续墙施工完成后，利用预先掩埋的注浆管对墙体的各个槽段进行超声波检测。根据检测结果，找出薄弱环节，及时处理；在开挖过程中，如果地下连续墙接缝处出现槽段错位、连接不良等问题，可采用高压喷灌浆方法对薄弱部位进行补救。地下连续墙局部缺陷处理：在基坑开挖的施工过程中，地下连续墙的局部缺陷导致渗漏，可根据渗漏情况选择应对措施。渗漏水量小时，可在基坑内对墙体进行高压注浆；渗漏水量大时，需要在基坑外进行钻孔，使用注水玻璃溶液对渗透部位进行化学注浆。

基坑底部安全技术措施主要是指对涌水问题的处理。地质情况越复杂，施工风险越大。本次工程虽然进行了科学分析和方案设计，但是仍无法规避基坑底部涌水的问题。针对基坑底部涌水问题，可采用的应对措施包括：基底注浆，通过化学注浆的方法采用高压水玻璃溶液对基坑底部进行注浆封堵；增加集水坑数量和尺寸，提高基坑内抽排水速度；加快垫层施工，缩短封底时间。

3.3　基坑临边及通道安全措施

在本次施工过程中，基坑的外导墙、帽梁位置都设置有防护栏杆，防护栏杆采用钢管制作，并以高密度钢护网进行封闭，同时设置方木材质的防撞墙。为保证施工通道满足基坑底部作业人员的实际需求，在基坑每侧对称位置各设一个爬梯，在出现特殊情况时，也可供施工人员紧急疏散使用。爬梯为“之”字结构，沿基坑内衬面设置，固定在基坑内壁，爬梯底部设置活动梯。另外，为保证安全，整个爬梯边缘用钢护网进行封闭。

3.4　施工设备及人员安全控制措施

工程基坑开挖以机械为主，采用人机联合作业。合理选择和安置设备，科学安排施工人员是工程顺利开展、完成的基础和保障。例如，本次工程投入的起重机包括门式、塔式、履带式三种，每种起重机所需的地基承载力各不相同，应用于挖土工程的不同阶段。要想用好这三种起重机，施工人员不仅需要熟悉起重机的使用条件，而且要对不同阶段施工环境进行准确测量和把握。

工程施工设备种类多，数量大，施工范围广。要保证工程的顺利竣工，必须重视施工设备的安全控制。首先，对各类设备进行测算，确定每台设备的施工条件，并将各设备合理安排到各施工环节中；其次，做好设备维护和检查。专门设置设备检修和维护人员，定期对每台设备进行保养维护。在使用前，对每台设备的各个工件都要进行检测，确保施工过程中设备能够正常、准确、灵敏、可靠地运行；对设备的使用、存放、检修等都要有详细的记录，设备交接时需对工件情况、运行情况进行检查；另外，设备操作过程中需严格遵守操作规程。

施工人员的安排，不仅包括技术人员、后勤人员、安全技术人员等工作位置和工作内容的设置，而且包括施工过程中各工种的配合，每人应完成的工作任务和应承担的安全责任等。例如，在施工期间，基坑开挖进度主要依赖机电设备的运行情况。在这一时期，设备操作人员和维护人员的工作安排必须与工程进度和设备情况相配合，保证设备的正常运转使这一工程阶段顺利完成。另外，一些特殊设备需要特种作业人员，相关工作人员必须具备相应的技术素质、应变能力。同时，要明确各工作人员的岗位责任，强化工作人员的责任意识。