深基坑土石方施工工艺探究

叶晓桦

福建迅晖建设工程有限公司

1 工程概况

基坑位于南平市延平区大家厂片区，本工程为“开元·滨江阳光”5#地块A 区主体1#～2#基坑支护及基础石方工程，长约100m，宽约40m，石方工程范围基坑面积约3500m2，5#～1#及5#～2#基坑东侧开挖及施工期间存在高21.5m～25.4m的永久性边坡。根据区域地质资料，场地岩土层主要为中风化花岗，承载力特征值为2.5MPa，属坚硬岩，力学性能高，工程性能良好，且无软弱下卧层及临空面。

2 深基坑开挖常见的安全隐患及危害

深基坑往往具备较大的施工面积和相当的深度，因此容易形成开挖边坡，产生边坡稳定、基坑支护、地表水和地下水的处理等相关问题。深基坑开挖造成的安全事故多为支护不到位，盲目的赶进度导致，一旦形成边坡失稳或者塌方事故问题，将造成严重的人身伤亡并对周围建筑物安全带来巨大风险。基坑塌方是一种极其严重的工程事故，一般是由于土石方的滑动力矩大于土体和支护结构所产生的的抗滑力矩而发生滑动破坏，常常具有突发性，塌落的土石方易掩埋工程机械、工作人员、破坏工作面，造成人员伤亡和经济损失，严重影响工程安全。由于基坑壁的塌陷导致基坑周围土壤的位移和沉降，造成与基坑毗邻的建筑物的基础与地基脱离而趋向失稳，从而导致上部设施和建筑物开裂，倾斜和不均匀沉降；引起相邻道路路面破坏和路基局部塌陷，影响交通运输和安全，损坏市政管网系统，严重时管道爆裂，影响公共安全。

3 土石方施工工艺比选

深基坑土石方施工常常采用爆破、人工方式，机械切割等多种方案，但是各方案有其特定的使用场景，在本工程的施工条件下分析三种施工方案，并从经济和技术角度进行比选，确保施工方案适应本工程现场施工条件。

3.1 爆破

爆破法的施工原理是将炸药放置在预备钻孔内，炸药点燃后，内部装药爆炸所产生的的高温高压气体，剧烈的冲击孔壁周围土石体，激发的球状应力波在岩土体产生巨大的径向压力，使土石破碎[1]。爆破法有着经济效益好，能有效提高深基坑开挖进度的诸多优势，在工程量巨大的的深基坑，金属矿山中有着广泛应用。但是城市建设中有一定的局限性，如在密集建筑区，实施大范围的爆破过程中，会伴随较大的爆破振动，巨大的噪声和粉尘等附加效应，同时爆破产生的振动对附近建筑物的结构安全的危害不容忽视。需考虑设置相应的减振措施，预防爆破对邻近设施，设备的不良影响。

3.2 人工方式

主要是通过人力的方式将土石破碎，适用于小规模，一般性工程项目，但是劳动效率较低，成本昂贵。

3.3 机械切割+破碎方案

采用切割机按照放设时定位的切割线切割土石方，然后利用炮锤式挖掘机分区域进行破碎。该方案无明显振动波，避免爆破噪声对城市生产生活的影响，以及粉尘颗粒、飞石和有害气体对周边环境造成的风险，有利于推进文明施工建设。

3.4 工程背景下比选结果

基于三种常见的土石方开挖方案特点，本工程易采用机械切割+破碎的方案。工程案例位处闹市区，房屋密集，采用爆破方案对社会影响较大，需有效设置降振措施增加成本，并且需第三方检测。由于项目规模相对较大，人工方案不易于控制成本和施工进度。

4 深基坑土石方开挖

4.1 准备工作

工程施工前应做好技术准备、机械设备准备和施工现场准备工作。技术准备首先由工程人员进行图纸审阅，进行技术交底和图纸会审，安排施工负责人员熟悉图纸，编制施工流程，做好正式施工前的试验工作。机械设备采用3台容积为1.4m³的挖掘机、3 台杆径为135mm 的炮锤挖掘机，3 台120kW、510 型切割机（如图1所示）、9台15T运输车和3台水泵、泥泵。

施工现场配置临时性开挖专用线路，整个开挖现场分为3个区域进行作业，各个工作面配置完备的切割机、挖掘机、炮锤挖掘机和配电设备，保障各区域快速施工。

图1 切割机

4.2 基坑开挖

4.2.1 基坑开挖的主要步骤

（1）放线并确定各区域切割边线→（2）安装切割机底架导轨，确保导轨水平放置→（3）安装岩石切割机和适宜刀片→（4）安装抽水泵和冷却水软管→（5）检查机械性能与稳定性→（6）移动切割机械→（7）人工打排钻→（8）炮锤式挖掘机破碎→（9）土石料运输。

4.2.2 基坑土石方开挖的关键节点

在场地整平之前，应使用原始场地上各个控制节点的位置和高程来测量和确定施工场地的水平和范围。观察施工现场的障碍物，制定计划，并征得主管单位的许可，拆除影响基坑开挖施工的建筑物和构筑物[2]；迁移或改造通讯和电力设施，水管，煤气管等市政设备，防止破坏重要基础设施。依据设计图纸合理支护基坑周边永久性边坡，利用场地条件设计排水沟、截水沟等措施保持施工现场干燥，方便施工。在测量过程中依照施工方案选用的机械设备和现场土石硬度情况，合理设置纵向及横向切割线。切割过程中遵循“开槽支撑,先撑后挖,分层开挖,严禁超挖”的原则。第一层先切割原地面较高处，逐步减少以下各层工作面高差，使各层趋于平整。横向切割线间距1.5m，纵向切割线间距6m，切割深度120cm，有效切割深度为100cm，各层搭接高度为20cm。切割时确保冷却水充足，冷却水同时能有效控制切割粉尘，优化施工环境。

4.3 基坑开挖注意事项

在进行基坑施工开挖之前，依照图纸检查基坑轴线的位置和水准点的高程。在施工期间，堆放在基坑旁的土石方不得大于设计负荷，及时清理开挖的土石料。在开挖施工过程中，应加强工作面竖直方向的标高测量，防止因超挖扰动下层岩石而影响施工质量，同时在雷雨天气下，应观察和监测支护结构和周围环境，预防和及时处理异常情况。

5 深基坑开挖边坡支护

岩土体深基坑锚喷网支护，是近年来在工程实例中应用较广泛的技术，本文介绍案例基坑东侧施工期间存在高21.5～25.4m 的永久性边坡，并且开挖过程中会因放坡产生新的边坡，因此采取合理有效的边坡防治必不可少。锚喷网支护是基于锚杆锚与周围岩土体形成的摩擦力将来自岩土体的主动土压力传递至岩土体内部的受拉杆件。

5.1 锚喷网施工工艺

（1）根据图纸设计放坡系数进行修坡。

（2）使用液压锚杆钻机，在钻孔过程中使用固定支架，确保钻机稳定性，防止钻杆四处晃动，在钻孔完成后及时清孔。

（3）放置锚杆时再次检查孔位，确保孔位完好，利用点焊法将Φ20钢筋和Φ8螺纹钢筋弯折而成的U形支座进行焊接，U形支座一放面用来保证锚杆钢筋处于孔位中心位置；另一方面提高灌浆后锚杆的抗拔性能。

（4）在锚杆钢筋放置完毕后，为防止孔位坍塌应及时进行灌浆，钻孔内采用M30砂浆，水灰比为水泥∶砂∶外加剂∶水=1∶2.7∶0.018∶0.38，稠度控制在16s～20s，水泥品类为普通硅酸盐水泥P.O42.5。值得注意的是在制备孔位砂浆时应采取模型试验确定合理的配合比和塌落度，有足够的初凝时间。

（5）采用Φ6.5 螺纹钢筋设置间距为250mm×250mm 双向挂网，钢筋网与孔内锚杆钢筋进行焊接形成整体，然后在网面上均匀喷射10cm厚的混凝土砂浆，此阶段应防止漏筋现象。

6 结论

本文所涉工程案例通过多种施工方案分析，选定经济效益和工作效率较高的机械切割+破碎方案处理深基坑土石方开挖，在施工过程中为保障边坡稳定性，针对深基坑边坡和永久性边坡采取喷锚网支护，介绍了喷锚网支护的施工流程。其次认真做好基坑边坡和永久边坡的监测工作，同时开挖阶段控制好切割速度，禁止超挖。该组合方案从技术和经济的合理性出发及施工期间的注意事项为其他工程提供一定的指导意义。