挡土柱施工法应用于卵砾石层的施工品质暨安全性评估分析研究

宋伟

摘要：本研究主要探讨应用于卵砾石层地质条件下地下深开挖挡土措施中的挡土柱施工法，该施工法依施工方式分为人工挡土柱工法及机械式挡土柱工法。按照研究“某工程”的机械式挡土柱施工经验及某集合住宅采用人工挡土柱施工法的案例，探讨现今挡土柱相关施工安全质量缺失，进而寻求改进及防止对策。

Abstract： This study mainly discusses the construction method of retaining column used in retaining measures for deep underground excavation under the geological conditions of the gravel layer. The construction method is divided into artificial retaining column method and mechanical retaining column method according to the construction method. Based on the construction experience of mechanical retaining columns in "a certain project" and the case of using artificial retaining columns in a residential complex， the current lack of safety and quality of retaining columns is discussed， and improvements and preventive measures are sought.

关键词：挡土柱;卵砾石层;局限空间;安全性

Key words： retaining column;gravel layer;confined space;safety

中图分类号：U455.4                                     文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）32-0111-03

1  研究目的

本文依据研究案例的施工经验探讨现今挡土柱因安全疑虑及品质常见缺失，寻求改进及防止对策，使其在减少震动与噪音方面的成效能推广使用。

2  研究方法

2.1 研究流程

搜集国内挡土柱施工法的相关案例及文献资料，了解现有施工程序及工作安全的做法，施工期间的机具、设备、材料、施工环境等作业相关影响因子，汇整有关作业流程，归纳分析整理，并针对作业过程中，施工质量与工人安全卫生的相关要点进行探讨。

2.2 人工挡土柱施工法

挡土柱施工法在施工上的重要步骤为挡土柱坑（柱体）的挖掘，并且依挖掘方式进一步分类，采用人工挖掘方式施工的为人工挡土柱，以机械挖掘方式施工的为机械式挡土柱，采用哪种方式需视地基条件而定。

人工挡土柱作业因采用人工直接挖掘柱坑，具有：①造价低，②施工机具少，③无噪音，④无空气污染，⑤无震动公害，⑥可多柱同时挖掘，⑦适用于卵砾石强度高的地区，⑧可靠近邻房施工较无空间上限制等诸多特点。施工如遇地质上的不透水层产生渗水或土质松软时，则需谨慎处理，否则易发生开挖施工柱坑塌陷的安全事故，因此主要缺点是对于施工人员的安全防护效果极差。

人工挡土柱作业的主要工作为挖掘及构筑柱体。它是由人工用简单的挖掘工具，由上而下进行柱坑挖掘，通常作业深度约在10～20米间。挡土柱断面尺寸设计一般长度约为1～2米，宽度视开挖区域挡土柱强度需求而定，在30～60厘米之间皆有，而规划排置的挡土柱中心间距大部分相距2米左右。

2.3 机械式挡土柱施工法

机械式挡土柱施工方式主要为柱坑的挖掘采取机械（挖土机）替代人力挖掘施工。在施工环境条件限制上，需要有较大的腹地与动线，并且配合整体工作的推展，其在剩余土石方作业流程上需要有较完善的规划。

3  研究成果

3.1 人工挡土柱施工安全评估

人工挡土柱施工过程中，挡土柱坑内狭隘、通风不良与潮湿，施工人员在地下深处挖掘挡土柱坑，作业环境极为不良，须架设卷扬机等升降设备进出，并配备机械通风设备实施通风换气来维持充分清净的空气;施工初期以机械进行表土层的降挖整地，然后人工挖掘人工挡土柱坑，在地基周围的人工挡土柱完成后，再以机械方式进行地基大幅降挖并配合组立水平挡土安全支撑系统，所以不易发生损邻危害。

3.2 机械式挡土柱施工安全评估

机械式挡土柱施工方式以单层挡土柱为例，初期进行地基大幅降挖至约设置挡土柱1/2长度高程后，挖掘柱坑并完成擋土柱柱体，再降挖至预定开挖高程配合组立水平挡土支撑系统，所以挡土措施未完成前，若开挖面过陡或遭遇较不稳定地质易发生崩塌，对施工机具存有威胁，同时对邻近道路设施或邻房会造成损邻等危害。

依据法规在有“坠落”、“崩塌”等危险的作业场所引起的危害，雇主应有符合标准的必要安全卫生设备，且开挖作业前应确认机械（挖土机）、搬运机械（土石方运输车辆）等应装设倒车或旋转警示灯及蜂鸣器，将施工运行路线进行危害告知。开挖作业中，应派专人指挥，并严禁操作人员以外的人员进入挖土机操作半径范围内，防止意外发生。另外在高处作业的除了个人安全护具安全帽配戴外，还应正确配戴使用钩挂安全带，避免发生坠落。

3.3 职业灾害案例分析及防止对策

人工挡土柱施工灾害案例：

人工挡土柱开挖作业，工人被掉落的土石掩埋死亡。

①灾害发生经过：

某大楼新建工程地下室挡土柱工程，17年2月25日上午11时许，挖掘工丙发觉五号挡土柱坑有土石松动现象，报告工地主任丁，丁指示暂停挖掘，丙就在五号挡土柱坑泼洒水泥浆。后来有一片土石滑落，立即请地面上的工人戊将其吊上地面，当丙欲拆离位于五号挡土柱坑旁的吊运机台时，戊随着崩落土石滑落紧邻的四号挡土柱坑，并被继续崩落的土石掩埋，丙立即叫人前来协助将其从坑内挖掘出来送医急救无效死亡。

②灾害发生原因：

1）罹难者死亡原因为被泥砂掩埋，窒息致死。

2）罹难者因四号柱坑侧壁稳定性不良发生崩塌，致滑落坑内被继续崩落土石掩埋窒息死亡。

3）开挖挡土柱坑，未设挡土支撑。

4）对工人未实施安全卫生培训，工人安全卫生意识不足。

③灾害防止对策：

1）对露天开挖作业，开挖深度在1.5米以上有崩塌危险的，应设挡土支撑。

2）提高工人安全卫生知识。

3.4 施工质量案例分析及防止对策

3.4.1 施工品质案例分析

①机械式挡土柱柱坑开挖取土造成土石方崩落落坍塌，亦造成后续混凝土浇注置施工时材料损耗。

1）质量缺失情形：机械式挡土柱开挖时因机械（挖土机）操作不当或地质条件不良，造成顶部土石方塌陷;另因侧面柱体超挖或柱体部位开挖时的不当扰动，引起柱坑壁体土石方崩落。亦造成后续混凝土浇注时增加损耗数量。

2）质量缺失发生原因：

a.机械式挡土柱开挖时因机械（挖土机）操作不当或地质条件不良。

b.现地规划预留施工动线，所以挡土柱施工前期紧临路权线外侧（挡土柱顶部即梁外侧）的软弱表土，采取不降挖处理。

3）质量缺失防止对策：

a.挖掘过程如遇地质表土松散软弱时，拟定解决方案为预先施工导墙，即挡土壁（板）。以导墙的侧向支持力加强软弱地层，避免在挡土柱施工过程中顶部土石方崩落塌陷。

b.施工机械（挖土机）的司机应技术熟练，在开挖过程柱坑顶部配合施工的指挥人员，应增加开挖位置检查频率，随时反馈信息给司机，避免柱坑壁体不当超挖。

②挡土柱拆模时发生钢筋裸露保护层不足。

1）质量缺失情形：

机械式挡土柱混凝土施工完成后，拆除挡土柱固定模板，发生柱体钢筋笼的钢筋裸露或混凝土保护层不足。

2）质量缺失发生原因：

机械式挡土柱在拆除模板时，会因机械施工性与精度欠佳，易发生垫块脱落，使钢筋与模板贴附，造成混凝土保护层不足。

3）质量缺失防止对策：

除外覆土施工应特别谨慎外，基本上加强固定混凝土保护层的间隔垫块，或使用工作性良好的圆形塑料间隔器，并改善布设的数量及间距，可减少缺失发生率。

③混凝土浇注作业易发生漏浆情形。

1）质量缺失发生情形：

机械式挡土柱在混凝土浇注时，靠近挡土柱顶部侧发生模板漏浆或爆模等状况，见图1所示。

2）质量缺失发生原因：

一般在顶部背部填土石方量较少处侧向力相对较小，易发生爆模及露浆。

3）质量缺失防止对策：

机械式挡土柱作业过程中，采取加强夹板绑扎固定位置与数量来改善缺失。另外模板外侧加强角材的围束，降低缺失发生率。

④挡土柱混凝土浇注作业不易捣实。

1）质量缺失发生情形：

机械式挡土柱混凝土浇注作业，因挡土柱柱坑狭长（每一阶段柱坑深约10米），无法使用一般震动机具捣实。

2）质量缺失发生原因：

机械式挡土柱柱坑第一阶段长度在10米左右，第二阶段挡土柱坑长度相似，所以在挡土柱混凝土浇注作业时，无法使用一般的混凝土震动机具进行捣实。

3）质量缺失防止对策：

针对此类缺失，工地使用工作性较好的高性能自充填混凝土。

⑤挡土柱水平与垂直准确度质量要求。

1）质量缺失发生情形：

机械式挡土柱施工，因施工精度不高，造成柱坑壁体超挖、位置偏离路权线或侵入影响基地内侧结构体施工。

2）质量缺失发生原因：

即使施工精度不高时也应注意其水平与垂直度位置，使挡土柱完成外露面尽可能维持整体平整美观，利于后续水平挡土支撑系统的架设。施工误差亦可能使挡土柱位置偏离路权线或侵入影响后续基地内侧结构体施工。

3）质量缺失防止对策：

可在柱坑开始进行机械挖掘时，由施工人员配合放样引点，并在柱坑挖掘过程中，仰赖机械操作手与柱坑顶部指挥人员的配合。此外柱坑顶部配合施工的人员，需增加挖掘测量观测及指挥频率。

3.4.2 其它施工应注意重要事项

①压梁的重要性。本研究案例施工的机械式挡土柱为个别独立桩体，须在各别挡土柱全部完成后，另外进行顶部压梁。此处压梁作用在于围束各独立的挡土柱，使各別挡土柱受到的土压力平均分布相邻挡土柱，形成一整体性的挡土排桩，整体结构将比未设压梁时的承压性高，以增加整体挡土设施的安全性。

②视现况增设截水沟。有关深开挖挡土壁施工，施工前须对施工基地周围的排水设施，作好截流排水的准备作业，避免地面径流水或是邻近排水建筑物渗流水侵入，造成后续基地内土壤细粒料流失，产生土石方崩塌陷落的危害。

③加强机械式挡土柱动态施工时的安全意识与认知。机械式挡土柱进行柱坑开挖取土作业时，柱坑的壁体开挖面为经过扰动、松散状态。为施工安全起见，施工位置的开挖坡趾下方绝对禁止人员停留;此外挡土柱坑顶部亦存在有崩塌风险，应禁止人员靠近。

3.5 人工与机械式挡土柱的差异比较

在地层为卵砾石地质条件下，在多种深开挖挡土施工法中，多采用为挡土柱施工法，后续再配合开挖架设水平挡土安全支撑进行施工;挡土柱按施工方式可分为人工挡土柱与机械式档土柱两种形式，其工程特性的差异如表1所示。

3.6 人工及机械式挡土柱施工法安全管理

3.6.1 安全卫生管理

制定工程施工的安全卫生管理规范，以防止职业灾害发生，保障员工的安全与健康。

3.6.2 紧急应变措施

针对各种可能发生的突发情况，制定紧急应变措施处置表，来应对可能发生的未知情况。

3.6.3 局限空间作业要点

①施工方應禁止作业无关人员进入局限空间的作业场所，并在入口显眼处公告禁止进入的规定。

②工人在局限空间从事作业前，施工方应先确认该局限空间内有无可能引起工人缺氧、中毒、触电、塌陷、被夹、被卷及火灾、爆炸等危害，如果可能发生危害，应制定危害防止计划，并使现场相关人员依规办理。并在作业场所入口显眼处公告注意事项。

③安全管理建议。采取使用替代物、改善作业方法或工程控制等有效手段或增设安全卫生设施项目与数量，来提升挡土柱施工时工人的安全卫生相关行为。

3.7 人工及机械式挡土柱施工法品质管理

人工及机械式挡土柱施工法质量管理由施工质量管理标准及施工检验组成;此阶段主要是了解目标施工单位设定的需求后，将搜集观察而来的施工单位意见，转化成有意义的实际作为与措施，并建立质量管理反馈体系，在施工单位内部及外部进行经验的分享与改善，并持续探索尚未满足的施工需求，并精进挡土柱施工法质量管理的实用性。

4结论

①在卵砾石层地质条件下进行挡土柱施工，遭遇粒径较大卵砾石时，能以人工破碎或机械挖除方式迅速排除施工（地质）障碍，故挡土柱施工法是适用于卵砾石层地质条件中（克服）深开挖的有效施工方法。

②现今环境保护越来越受重视，在都会地区施工期间如何减轻对环境冲击相当重要，挡土柱施工法相对其它方法，其施工过程对于环境产生的影响冲击最小，可有效降低噪音、避免振动及减少扬尘等环境公害。

③机械式挡土柱施工法在施工速率、施工深度、成本及施工人员安全维护上明显优于人工挡土柱施工法。

④在施工查监与质量管理方面，施工单位须依据与业主工程合约图说明的规范订定相关质量标准，以确保施工的质量与安全。

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