深基坑支護施工技術與安全管理分析

蔡毅斌 (福建省二建建設集團有限公司，福建 福州 350001)

1 引言

基坑工程的施工是建筑工程建設過程中的重要環節，對上部主體結構的承載安全穩定性具有重要的影響。對于深基坑工程，當前我國主要面臨開挖深度深、難度大、風險大、區域性強、個性強、環境效應明顯、質量要求高等特點[1]，需要采用恰當的施工方法以及建立良好的安全管理制度來減少施工過程中的危險性，同時保障工程的經濟效益。

針對深基坑工程支護，學者們進行了較為深入的研究，代宏峰等[2]針對軟土地區的深基坑工程土方開挖和地表變形之間的關系進行研究，指出小面積的開挖方式在樁基圍護結構下有利于控制基坑變形；林巧等[3]針對軟土深基坑工程對綠色高效支護體系進行研究，結果表明該新型綠色組合支護體系能夠較好滿足基坑變形與穩定要求。熊磊[4]對深基坑常用的支護設計與施工的要點進行分析，對深基坑開挖環節的設計與施工要點進行闡述說明。武永梅[5]研究建筑工程基坑支護冠梁施工技術，高質量的冠梁施工技術可以提升工程項目建設質量，節約施工成本。為進一步提高深基坑施工工藝，本文開展深基坑支護施工技術與安全管理探析。

2 工程概況

本項目建設6 層教學綜合樓3 幢、6層宿舍樓1幢、5層實驗樓1幢、3層體藝館1 幢、1 層門衛2 幢，均為框架結構，基礎采用樁基礎?？偨ㄖ娣e66827.81 m2，地下室面積5581.01m2。本工程地下室一層，在4#、5#樓范圍內，地下室埋深約為5.4～5.7m，頂板高程8.8～8.1m，底板高程4.0m，開挖深度約5.9～6.2m。

因場地受限制，故基坑采取加固措施，基坑周長約為345m。根據該場地的工程地質、水文地質、周邊環境等條件，依據動態設計的原則，本工程基坑支護東側采用雙排沖（鉆）孔灌注樁支護，其余三側采用懸臂沖（鉆）孔灌注樁支護（局部被動區采用高壓旋噴樁加固形成組合支護體系），沖（鉆）孔灌注樁后側設置一排高壓旋噴樁擋土止水，基坑側壁安全等級為二級，重要性系數γ0=1.00?；觾鹊叵乱讶颗挪檫^，無管網管線?；觾扔?#樓及地下室管樁基礎和5#樓部分沖孔樁基礎，開挖土方時應對樁基礎進行保護性開挖。

基坑四周邊坡設泄水管，坡底設置排水溝，將地下水排入坑內排水溝內，再由集水井用水泵排出坑外?；铀闹茼敳吭O截水溝，阻止地表水流入坑內?；觾任床荚O降水井，設計采用集水明排的方式排水。在基坑頂周邊布設截水溝攔截地表水，基坑底布設排水溝排泄地下水，將地表水與地下水通過分水嶺分別攔截至沉淀池、集水井中，并疏排至附近市政管網。集水溝、集水井的底及側壁厚均為120mm，采用M5 水泥砂漿、Mu10 混凝土磚砌筑?；又ёo布局，如圖1所示。

圖1 基坑支護布局

3 施工流程

場地整平→沖孔灌注樁施工→高壓旋噴樁施工→護坡及冠梁土方及坡頂排水溝（基坑監測）分段施工→冠梁模板、鋼筋混凝土施工→大面積土方開挖（從西向東側出口方向開挖）土方分層分段開挖至冠梁底（原地面至-2.5m）→冠梁養護至設計強度70%以上→第二層大面積土方開挖（從西向東側出口方向開挖，3#塔吊基礎承臺土方開挖配合施工），分層分段施工（原地面至-5.6m）→分層分段跟進清理基坑樁身和樁間浮土，樁間布設鋼筋網噴射混凝土面施工→分段土方開挖至基坑底標高→承臺、坑中坑土方放坡開挖→地下室承臺、底板墊層、磚胎模施工、防水施工（樁基驗收）→地下室底板混凝土（按后澆帶）分段施工，地下室結構施工至±0.00→土方回填。

4 基坑支護工程

4.1 基坑工程特點

本基坑支護及土方開挖工程需開挖約5.9～6.2m，基坑側壁土層主要為雜填土、淤泥及殘積砂質粘性土，無法垂直開挖?；舆吰抡w的穩定性差，應采用必要的支護措施確?；舆吰掳踩?。場地內地下水水位較高，影響基坑穩定性的主要土層是雜填土的地下水，支護設計工程設置雜填土、淤泥及殘積砂質粘性土層止水帷幕。施工中應加強對基坑開挖施工、周邊環境及坑壁土體位移、變形和支護系統等的動態監測，確保施工安全和質量，同時基坑施工時應注意避開雨季洪水期等不利影響。

4.2 沖孔灌注樁施工

4.2.1 沖孔樁埋設護筒施工

在沖孔灌注樁施工中，鋼護筒的埋設和加工是重要的環節。鋼護筒的埋設采用挖埋式，在鉆孔施工過程中，將護筒逐步沉入地下，形成支護結構。對鋼護筒進行接長，以滿足深基坑支護的要求。鋼護筒擬定高度1.2m，露出地面0.3m，壁厚4mm。鋼護筒在現場布置的加工廠內進行加工，采用雙面坡口焊接工藝制作鋼護筒，確保焊縫的連續性和密封性，防止漏水。使用全站儀在護筒下放完成后復核平面位置和垂直度，確保技術指標中心偏差ΔS＞50mm，傾斜率f＞1%，對未達標護筒進行重新調整下放，直到其滿足規范要求。

4.2.2 沖孔樁成孔施工

采用現代工具旋挖機進行成孔，在護筒埋設并定位后，使用SR-250 型轉挖機鉆進，在鉆機鉆至設計孔深后，將鉆頭降至孔底，慢轉，清除殘余泥漿，此外鉆孔灌注樁樁有效樁長應滿足設計要求。

基于上述施工完畢后對孔內進行二次反循環清孔施工。

①一次清孔。首先，鉆孔機會將鉆頭降至設計孔深或滿足設計要求的位置。然后，鉆頭以慢速旋轉的方式進行鉆進，同時清除孔內殘余的泥漿，通過旋轉鉆頭和鉆桿的方式將殘余的泥漿從孔底帶出。

②二次反循環清孔。完成一次清孔后，進行二次反循環清孔。這個過程通過高壓管向導管內輸水直到管內的泥漿比重小于管外，形成壓力差，由內向外抽吸管內泥漿至地面沉淀池內。

4.2.3 鋼筋籠施工

鋼筋籠縱筋和加勁箍鋼筋采用HRB 400 普通鋼筋，螺旋箍鋼筋采用HPB 300普通鋼筋。鋼筋籠采取分段制作。鋼筋籠將主筋的接頭分段布置，避免出現接頭集中在同一位置的情況。在同一截面內，接頭的數量應該控制在主筋總根數的50%以內，避免接頭過多導致接頭區域的強度降低，影響支護結構的整體性能。接頭采用直螺紋連接，加強筋與主筋間采用點焊連接，螺旋箍筋與主筋間采用點焊。

5 冠梁施工

項目冠梁工程采用混凝土強度等級均為C30，冠梁截面尺寸為1100mm×700mm，連梁截面尺寸為600mm×600mm?；炷帘Ｗo層厚度均按設計規范中環境類別為二a 類采用，其中冠梁的鋼筋均通長設置。冠梁的頂面標高誤差控制在±20mm 以內，保證支護樁水平力的正常傳遞。冠梁施工工藝流程為測量放樣→冠梁鋼筋綁扎→支?！鷿仓鹉＜梆B護。

5.1 鋼筋綁扎

在綁扎鋼筋之前，對計劃使用的鋼筋數量、類型、型號和直徑進行復核，確保符合設計要求與設計規范。在綁扎鋼筋之前，需要清理冠梁空間內的雜物，確保鋼筋能夠順利安裝。對縫處施工的鋼筋進行調直處理，確保鋼筋在綁扎過程中的準確位置和垂直度。在鋼筋位置測放后，綁扎鋼筋。確保交叉點牢固以免出現鋼筋變形和松脫。綁扎時需要使用合適的鋼筋綁扎工具，如鋼絲繩或鋼筋綁扎機。箍筋的設置應垂直受力鋼筋。在箍筋彎鉤疊合處沿受力筋方向錯開設置以增加鋼筋的連接性能。

5.2 模板支立

鋼筋綁扎完成后，支撐冠梁模板。在支立模板之前，應該清理模板表面，確保其干凈無雜物，并涂刷隔離劑，以防止混凝土與模板相互粘結。為防止板內漏漿保證混凝土質量，模板支撐安裝須密實拼接且平整牢固。當混凝土支撐開挖至設計標高后進行復測，確保底模的保持平整和高程位置準確。同時夯實基底防止底模在混凝土澆筑過程中沉降，影響施工質量。確保模板的安裝軸線位置和截面尺寸準確無誤。冠梁模板由側模、主龍骨、次龍骨、平撐、斜撐等組成。主龍骨和次龍骨間距分別為1.0m 和0.3m，斜撐和平撐與主龍骨采用扣件連接保證模板的穩定性。在內側模板底部加設海綿條防止混凝土澆筑時發生漏漿，確保模板承載能力滿足要求。

5.3 澆筑混凝土

根據國家規范標準，對水泥、碎石、砂及外摻劑等材料質量進行嚴格把關?；炷翝矒v前，清理模板內雜物，對混凝土攪拌車內混凝土坍落度、可泵性進行檢查，確認可行后使用插入式振搗器間隔50cm 對混凝土分點振搗。在混凝土開始流入模板之前，先使用振動器對料口處的混凝土進行振搗，使混凝土在料口處形成自然流淌的坡度，有利于混凝土的均勻流動和充實。在混凝土開始流動后，使用振動器對整個澆筑區域的混凝土進行全面振搗，振搗應從澆筑的一側開始，逐漸向另一側推進，確?；炷脸鋵嵅⑴懦渲械臍馀?。對于冠梁與鋼筋混凝土支撐節點，應分段分批進行澆筑施工。接頭處新舊混凝土的接合面應進行鑿毛處理，以增加接觸面積和粘結力。

5.4 拆模以及養護

混凝土達到規定強度后進行模板拆除。在澆筑完畢后的12h 以內對混凝土加以覆蓋并保濕養護。對不超過100m3同一配合比混凝土取樣不得少于一次。在混凝土強度達到1.2 N/mm2前，不得在其上進行施工流程以免影響混凝土質量導致出現蜂窩、露筋、麻面、孔洞等質量通病。

6 土方開挖施工

6.1 施工準備

基坑開挖前核實場地是否有排水管道等基礎設施及地下設施。進行詳細的地下管線調查，包括給排水管道、煤氣管道、電力線纜、電話線等。在施工現場使用明顯的標記，將地下管線的位置標示出來。采取防護板、護欄、擋土墻等物理隔離措施，以防止土方施工對管線造成損害。土方開挖布置圖2如圖所示。

圖2 土方開挖布置圖

6.2 土方開挖施工方法及施工流程

采用施工機械與人工挖土相配合的施工方法。開挖到接近坑底部位，采用人工開挖，基坑土方開挖應嚴格分層進行，機械開挖至承臺、地梁墊層底之前應預留300mm 保護層，改用人工開挖。在進行土方開挖前，核驗定位樁的準確性和完整性，確保樁號和位置與設計圖紙一致，并進行必要的修復或補充。對軸線和標高控制網進行全面復核，確保其準確性。在土石方開挖過程中，通過在控制樁上設置臨時標志物或使用測量儀器進行測量，將軸線和標高分別引測到控制樁的內側。使用較明顯標識物在挖土的過程中標示出軸線和標高控制點，如紅漆等。當挖土距設計標高尚有40cm 時，在坑底標示紅漆控制人工清底深度，有助于指導挖掘機操作員在達到設計標高前適時停止挖掘。施工順序主要如下。

①第一層土方開挖。先開挖冠梁及坡面土方，待冠梁及噴射混凝土面層完成后，采用反鏟挖掘機開挖第一層土方（原地面至冠梁底高程7.0m）。開挖方向按照從西向東的開挖順序進行土方分層分段開挖施工。開設兩條土方運輸施工便道，施工便道從西往東鋪設寬度約6m，分別從南北兩個門出入。

②第二層土方開挖。待上排噴射混凝土面層及冠梁達到設計強度70%后，采用反鏟挖掘機開挖第二層土方至高程1.3m。開挖方向按照從西向東的開挖順序進行第二層土方分段開挖施工。

③第三層土方開挖。采用人機配合的形式，使用反鏟挖掘機放坡分段開挖土方至基底設計標高。

④塔吊基礎承臺土方開挖。當第三層土方開挖至設計標高后，塔吊基礎承臺根據塔吊樁位置，開挖塔吊承臺基礎及施工操作面土方。

7 安全管理

7.1 安全管理目標

深基坑支護安全管理始終貫徹“安全第一，預防為主，綜合治理”的準則，努力創造安全、文明的良好工作環境。保證整個工程項目在建設過程中不產生重大安全責任事故，因工死亡率為零，重大設備事故為零，火災、重傷事故為零，因工輕傷。

7.2 基于BIM技術的安全管理

基于BIM 技術的深基坑支護安全管理可以為項目提供更高效、準確和可視化的管理手段。使用BIM 技術可以對深基坑進行三維建模和模擬，包括地質情況、支護結構、施工過程等。通過模擬，可以預測潛在的安全風險，并優化設計和施工方案。BIM 技術可以實時監測深基坑施工過程，包括土方開挖、支護結構搭設、地下水處理等。通過傳感器和數據采集，可以獲取施工過程中的實時數據，并與BIM 模型進行對比和分析，及時發現施工偏差和安全風險。BIM 技術可以用于安全培訓和演練，通過虛擬現實技術將深基坑施工場景模擬出來，培訓工人和管理人員熟悉施工流程和安全操作規程。同時，可以進行緊急情況的演練，提高應急響應能力。BIM 技術可以對深基坑施工的各類數據進行管理和分析，包括設計數據、施工數據、監測數據等。

基于BIM 技術的深基坑支護安全管理可以提供全方位的管理手段，從設計階段到施工和監測階段都能夠更好地預測和管理安全風險，提高施工安全性和效率。深基坑平面布置BIM 模型，如圖3 所示；深基坑施工BIM 模型，如圖4所示。

圖3 深基坑平面布置BIM模型

圖4 深基坑施工BIM模型

7.3 安全部署

本工程先進行場地平整施工、支護灌注樁施工、高壓旋噴樁施工，開挖基坑周邊自然放坡層土方至-2.4m(冠梁底)，冠梁連梁鋼筋混凝土施工，自然放坡面噴射混凝土施工。之后進行第一層土方開挖外運，大面積土方開挖方向從西向東側出口方向開挖，分層分段施工，標高控制在-2.5m 左右。待冠梁強度達到設計要求后開挖第二層土方，從西側往東向退挖，并分層清理基坑樁身和樁間浮土，樁間布設鋼筋網噴射混凝土噴面，分層分段開挖至墊層標高上300mm。然后開挖承臺及坑中坑土方，其中坑中土方應放坡開挖。開挖時，嚴禁同側承臺土方同時開挖至底部，以確保開挖過程中土體結構的穩定性，避免已施工的支護結構外移。

8 結論

深基坑支護施工技術和安全管理是保障深基坑工程施工安全的重要措施，本文為保證基坑圍護結構的穩定和施工進度的順利進行，采用一系列的工程技術措施對基坑進行加固和支護，圍繞沖孔灌注樁施工、冠梁施工、土方開挖等展開研究，應用BIM 技術開展深基坑支護安全管理研究。