建筑基坑支护工程施工安全的关键技术研究

2023-01-11刘超安徽三建工程有限公司安徽合肥230001

中国房地产业 2022年8期

文／刘超安徽三建工程有限公司安徽合肥 230001

引言：

基坑支护施工是建筑工程项目施工的重要内容，其能为建筑基坑施工工作开展创造安全稳定的环境，保证建筑基础承载能力和建筑整体的稳定性。结合项目施工实际可知，建筑基坑支护施工不仅具有施工专业性强，施工质量要求高的特点，而且施工环境及较为复杂，这些地质、水文等环境因素不仅影响了工程项目的建设质量，而且对施工人员安全也造成较大影响。新时期，人们对于建筑基坑支护工程的施工质量、施工安全提出了较高要求，有必要在项目施工技术质量控制的基础上，深化基坑支护工程安全技术研究，满足深基坑支护施工实际需要。

1、基坑支护施工特征

作为建筑基坑施工的重要组成，基坑支护主要是在考虑地下结构施工特征及基坑周边环境安全等因素的基础上，通过专业的支护手段，对基坑侧壁及周边环境进行支挡、加固、保护的作业过程。其根本目的在于保证基坑施工安全性，为建筑工程后续施工创造良好环境。结合建筑施工实际可知，建筑工程基坑支护施工具有施工环境复杂、专业性较强、质量要求较高的特点。

在项目施工中，工程建设区域的地质基础、土水文条件、地质结构均有较大差异，这些环境层面的差异大大增加了基坑支护施工的复杂程度，并对支护技术的选择和应用造成一定影响。故而出于施工安全性考虑，在基坑支护初期阶段，需系统开展施工区域的环境勘测，准确掌握基坑施工技术地质、水文、地貌、气候等因素，为工程支护设计及后续施工奠定良好基础。建筑基坑支护施工的专业性表现在两个层面，一是当前建筑工程基坑支护施工的技术方法逐渐多样，除桩体支护、土层锚杆支护外，土钉墙、地下连续墙等都是基坑支护中较为常用的技术方法，这些技术方法本身具有专业性要求高的特点。二是在具体的基坑支护施工中，施工人员需结合工程建设有利条件和限制因素，及时地调整施工技术和路线方案，并对基坑支护施工内容进行优化，这些施工内容的变更专业性较强，对项目施工质量和效益具有较大影响。此外，当前建筑施工规模不断扩大，对于基坑承载力的要求不断提升。基坑支护施工直接关系着坑底作业施工的安全性，且对于基坑整体的质量具有较大影响。项目施工中，以较高的质量要求控制基坑支护施工，能保证建筑基础结构的承载能力，为建筑工程项目创造稳定基础，有助于建筑工程的质量提升和持续发展[1]。

2、建筑基坑支护作业安全问题

2.1 支护结构力学参数与实际情况不符

力学参数是建筑基坑支护结构设计中需要考虑的关键因素，直接关系着支护结构的稳定性，对于项目施工的安全性具有较大影响，故而需结合复杂地质情况，对土体压力和支护结构力学参数进行合理计算。现阶段，建筑基坑支护中存在支护结构力学参数与实际情况不符的问题；这是因为基坑支护结构力学参数的选择较为困难，基坑开挖后，施工区域土层结构会发生较大变化，其土层含水率、粘聚力等因素也会随之改变，且这种变化具有动态性的特征，这使得项目设计、施工人员很难准确掌握土层力学参数，针对支护结构物理参数的设计造成较大影响。譬如在基层支护结构设计中，若内摩擦角存在5°左右的差值，则除主动土压力外，原土体的内在粘聚力也会随着土层开挖而改变，这样基坑支护初期设计的结构体系在力学性能层面就会与实际情况出现较大误差，降低了支护体系应用的实际效果。

2.2 土地取样不完全

土体取样是基坑支护施工初期工作的重要内容，科学设计土体取样方案，并按照相关标准要求进行规范取样，能实现土地物理学参数的准确把控，从源头上提升基坑支护体系的应用效果。但是在实际取样分析中，基坑土特产取样的钻孔数量较少，且钻孔区域较为集中，这使得所选择的土样不具有代表性，难以反映土层物理学参数的实际情况。最终影响了基坑支护体系的设计质量和应用效果，降低了基坑支护体系的适应性和可行性。

2.3 对基坑开挖空间效应考虑不足

建筑工程基坑开挖存在一定的空间效益，具体表现为基坑开挖会破坏施工区域原有的土层结构，并对基坑周边区域造成扰动，尤其是在土层结构内应力发生改变后，基坑边坡失稳的状况较为常见。在基坑边坡失稳问题中，传统施工模式采用平面应变的处理方法，这种处理方式忽视了对基坑开挖空间效益的考虑。即在基坑开挖施工中，虽然平面应变处理方式能满足细长条基坑失稳问题的防控需要，但是在一些长方形或接近长方形的基坑中，这种平面应变方式难以满足基坑失稳问题防控需要。新时期，为保证基坑施工安全性，在基坑开挖及支护阶段，还应在平面应变处理的基础上，系统考虑基坑开挖的空间效应，然后系统化地进行支护体系的优化调整，解决基坑失稳问题。

2.4 基坑支护监测不到位

考虑到建筑基坑施工环境的复杂性，在基坑施工阶段，就必须系统开展基坑开挖、支护施工的全面监测，减少环境因素对项目施工质量的影响。目前建筑工程基坑开挖、支护施工已经开展了一定的施工监测工作，但这些施工监测工作的作用发挥相对有限。部分基坑项目施工中设计的监测点位相对有限，且对于现代自动化、信息化监测设备的应用较少，这使得基坑支护检测的结果不全面、不及时，甚至受监测点位设置不当等因素的影响，部分监测结果的精准度不够，难以对基坑支护工作形成有效指导。基坑支护监测对于预测预警工作的落实不到位，这主要是受到了监测预警值设置不够科学、监测信息整合分析不及时等因素的影响。新时期，有必要在相关规范的指导下，结合项目实际情况，科学地设计基坑支护监测预警值，实现基坑支护的全面检测和预警管理[2]。

3、建筑基坑支护工程支护技术类型

3.1 桩体支护

作为建筑工程支护中较为常用的支护方式，桩体支护包含了排桩围护、钢板桩支护、护坡桩支护等多种具体的支护技术形态。

排桩围护多使用钢筋混凝土排桩技术，该技术不仅重视桩体结构的系统设计，而且对于桩体位置的布置提出较高要求；通过严格控制各桩疏密距离，有效确保了基坑支护结构的稳定性与安全性。钢板桩支护技术具有支护、挡水的双重作用。在建筑基坑支护施工中，使用钢板桩支护技术，先应进行项目施工区域土层地质情况的有效分析，严格挑选钢板规格、型号，然后结合项目的设计标准进行钢材料切割，这样能有效满足项目基坑支护需要。值得注意的是，在钢板桩支护中，需在钢板上设置锁扣，这样能得到连续、稳固、整体的钢板墙，满足基坑支护实际需要。护坡桩支护多按照定位、冲孔、制作钢筋笼、浇筑混凝土的顺序进行桩体施工。在护坡桩测放定位阶段，要求按照实际需要控制中心桩误差，避免桩体位置发生较大偏移；同时采用冲击式钻机设备成孔中，还需重视钻头与桩中心位置的误差控制，要求两者的误差保持在5cm 以内；此外应在保证钢筋质量的同时，规范制作、焊接钢筋笼，确保钢筋笼整体性；完成钢筋笼吊放后，还需规范开展注浆施工工作，该环节应重视浆液性能、注浆速度、注浆压力、振捣等要素的控制，提升整体成桩质量，进而达到良好的防护效果[3]。

3.2 土层锚杆支护

土层锚杆支护在建筑工程基坑支护中的应用较多，该支护技术充分考虑了施工区域的地质、水文环境特征，然后以此为基础进行锚杆支护结构设计和物理学参数计算，保证了支护结构的科学性、合理性。土层锚杆支护施工中，先需要进行施工期区域的勘察，并结合项目建设标准进行锚杆检查，这样能为项目后期的支护施工创造良好条件。在土层锚杆具体的支护施工阶段，施工人员先需规范开展准备工作，在完后项目测量放线后，按照成孔、拉杆安装、灌注、张拉锁定的顺序进行施工，保证土层锚杆支护的规范性。出于提升提成锚杆支护施工质量考虑，要求加强具体施工阶段的细节管理。如在锚杆成孔阶段，若采用水压冲击成孔方式，则其成孔水压应保持在0.15～0.30MPa；同时对孔内锚杆进行注浆加固时，要求通过Φ30mm 钢管或胶皮管实施注浆，控制注浆管与孔底的距离保持在50～100mm；此外为保证土层锚杆支护结构受力状况良好，要求当砂浆达到设计强度70～80%时实施张拉操作，土层锚杆张拉通过液压千斤顶进行，这样有效地保证了支护结构的整体性，满足了基坑安全施工需要。

3.3 地下连续墙支护

地下连续墙支护不仅具有支护能力强、防水效果突出的特点，而且整体的振动较小，刚度较大[4]。具体施工阶段，应科学选择混凝土浇筑原料，进行混凝土的配置管理，以此来保证混凝土的流动性、和易性和坍落度。在连续墙混凝土浇筑阶段，要求按照连续浇筑或推移式连续浇筑的方式进行施工，在具体施工中应重视浇筑砼的振动管理，通常振捣棒插入深度控制在50cm 以上，且振捣棒插入点间距应保持在其作用间距的1.5 倍以内，严禁振捣施工对模板及连续墙中的钢筋造成扰动。在连续墙养护中，应做好保温、保湿管理工作，消除连续墙裂缝，在保证连续墙整体性的基础上，提升连续墙的支撑和防渗效果。

4、建筑基坑支护工程安全技术要点

4.1 加强基坑支护设计

基坑支护施工直接关系着基坑作业的质量与安全，要求源头上提升基坑支护的效果，保证基坑支护施工安全性，就必须在规范开展施工区域地质、水文勘察的基础上，加强对基坑支护体系的设计。在基坑设计阶段，先应注重设计中关键问题的有效分析，在土体取样及参数选择阶段，要求施工单位选择具有丰富经验的工作人员进行取样，在考虑深基坑土体结构复杂性的基础上实施多点取样，确保所选择的土壤样品具有代表性。在完成土体取样后，结合实际情况分析土层的力学参数，并科学设计具有较强承载能力的支护体系。开展基坑支护设计工作，还需要深层次分析支护结构使用阶段的影响因素，并规范开展相关计算工作，如在土层压力计算中，应通过影响因素分析和计算，消除单纯分析主动、被动、静止条件等极限状态所带来的片面性，而在支护结构力学参数计算中，需考虑建筑基坑工程的渐变因素，提升支护体系设计质量。此外实施基坑支护设计还需要考虑基坑支护的空间效应，如基坑开挖过程中还在空间层面发生位移，这种位移变化会使得项目支撑体系失稳，对此应通过空间因素分析考虑这种渐变因素，在弱化渐变因素影响的基础上，提升支护设计的综合效益。在基坑支护设计具体内容层面，注重基坑项目的概念设计，该设计环节中，应结合基坑挖深、场地地质条件等因素，确定深基坑支护的技术等级。项目设计人员需以地质勘察结果作为主要依据，进行设计参数的选择和计算。基坑支护计算包含桩体嵌固长度、锚索支护长度、土钉支护长度与设计拉力等要素多元要素的具体计算，实际计算工作需通过现代信息技术软件完成，保证计算结果真实准确。开展施工图设计，要求在精准设计通用及常用大样图的基础上，绘制特殊部位大样图，明确具体施工工序，保证基坑支护规范性，提升基坑支护施工的安全性。

4.2 基坑降水、排水管理

水环境对基坑支护施工效果具有较大影响，科学实施基坑防水、排水手工，能有效保证基坑支护施工的安全性。现阶段，基坑降水施工方式较多，施工专业性较强。以井点江水为例，施工人员需要沿着基坑周边钻孔，并通过设置抽水管方式抽取地下水，地下水位较低时，井点降水方式的适用性较强，其能在减少基坑突涌问题的基础上，实现基坑土壤的固结处理，这有效保证了基坑土层结构的稳定性，为基坑支护工作开展创造了良好环境，提升了基坑支护的安全性。明沟降水也是基坑降水的常用方式，其需要基坑内外设置排水沟，然后按照间隔20～30m 的要求在基坑四周设置集水井，这大大减少了基坑本身的变形问题，降低了基坑支护结构的设计及应用的技术难度，促进了基坑支护工作的高效开展，提升了整体支护的安全性。

4.3 实施基坑支护施工过程全要素控制

基坑支护施工受前期开挖、支护设计施工、基坑环境等诸多因素的影响，这些因素直接关系着基坑支护的稳定性和安全性。故而应从基坑项目施工的全过程出发，进行各施工要素的细化管理，以此来保证基坑支护的安全性。在基坑开挖施工之初，要求系统分析施工图纸，对施工环境、地质条件等因素进行细致勘察，实际勘察中，除掌握基坑施工区域土层地质条件外，还需要了解施工区域地下水赋存情况，为基坑开挖和支护提供有效指导。施工人员应按照由上到下的原则进行连续开挖施工，同时严格控制开挖参数，严禁出现超挖现象。其三，基坑边堆放建筑材料容易对基坑的支护结构造成影响，对此严禁在基坑边堆放大量的土方和建筑材料，即便需要堆放相关材料，也需要保证堆料与基坑边缘保持在2m 以上，堆料的高度不超过1.5m。其四，施工人员应结合基坑地质水文条件，进行支护体系的设计应用，另外完成基坑支护后，应在基坑周边需要设置安全防护栏和相应的安全标志，保证基坑支护设施有效，为基坑后续内容施工创造良好环境。

4.4 加强基坑支护监测

要进一步提升基坑支护施工的安全效益，在实际施工中，还应积极开展基坑监测工作。通常基坑检测按照《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009 执行[5]。在实际检测中，除开展基坑支护结构监测外，还需要监测基坑周边的环境。其中在基坑支护结构监测中，除设计桩顶水平位移及沉降监测点外，还应对支护结构的深层水平位移情况进行测量。基坑支护结构支撑轴力监测中，应结合支护结构的施工情况，重视钢筋计、轴力计的配置和使用。基坑周边环境监测中，重点监测地表垂直位移和管线沉降，同时对建筑物沉降、倾斜情况进行监测，实际监测中设置必要的检测报警值，这样才能实现基坑支护施工的全面检测，保证基坑支护结构的有效性、安全性。值得注意的是，在实施基坑支护监测的同时，应积极开展监测成果的分析和处理。如在地表沉降监测结果分析中，应系统掌握各测点的沉降或隆起变化，为支护体系的设计应用奠定良好基础。