过程控制在深基坑施工管理中的应用

王海涛

近年来,随着大批的高层和超高层建筑的建设,开发商为提高建筑用地率,加之国家有关规范对基础埋置深度和人防工程的要求,多层、超高层建筑地下室的设计必不可少,有的地下建筑甚至有三四层,最深的达数十米,于是,地下建筑开挖时的深基坑支护成为一个必要的施工过程[1]。虽然我国基坑工程设计和施工有了很大的提高,但是在发展过程中还是存在着很多的问题的。这种情况不仅发生在施工水平较差的地区,在一些发达的地区也依然存在。因此,深基坑施工问题需要引起我们的足够重视。

基坑工程事故除了设计方面的原因外,施工方面的施工不当问题也是一个非常主要的因素。要解决施工不当引发的基坑工程事故问题,提高施工单位素质、加强施工管理是关键。深基坑支护工程施工管理一般包括设计过程、施工过程、监测过程三个方面。

1 设计过程控制

基坑工程设计管理主要有建立和完善审查制度和招投标制度[2]。监理工程师应认真审核施工单位提交的施工组织设计,提出修改意见,要求其修改完善后按程序申报,总监审批后方能实施。审核内容主要有:基坑的支护体系、基坑开挖方式、施工平面图、降水措施、监测布置的合理性等。在审核所有文件之后,组织各施工工种按计划分批次进入场地,进行施工。

2 施工过程控制

2.1 基坑开挖

基坑开挖中为了确保基坑周边建(构)筑物的安全和支护结构的稳定,要求尽量减小初始位移,应严格遵循“分层、分区、分块、分段、留土护壁、先撑后挖、减少无支撑暴露时间”等原则。基坑开挖违反“先撑后挖,分层开挖”,局部出现超挖和未支撑就挖的现象,会造成基坑卸载较快,基底回弹,支护体系变形过大。可能会引起基坑失稳,对基坑及周边造成各种安全隐患。

深基坑可以采用分段对称开挖,开挖过程须由专人指挥。当挖至标高接近基础底板标高时,边抄平边配合人工清槽,防止超挖,并按围护结构要求及时修整边坡及放坡,防止土方坍塌。人工清理防护桩体周围土方,然后及时将土方运走。

在开挖土方时,为了确保位置正确和开挖土方时不得超挖,需要安排两人用经纬仪和水准仪进行轴线、中心点和桩的标高测量。

雨期施工时,为了防止地面雨水流入基坑槽,基坑两侧应围以土堤或挖排水沟,同时应经常检查边坡和支护情况,避免坑壁受雨水浸泡造成塌方。基坑开挖施工至基础底板标高时,在24 h内必须完成素混凝土垫层,垫层延伸至围护结构边。

2.2 基坑支护

基坑支护常见的结构形式主要有:板桩系列挡土结构、重力式挡墙结构、逆作拱墙结构、地下连续墙做支护结构,施工时可以根据具体情况选择其中的一种或多种支护结构形式。板桩系列挡土结构具有施工方便、施工工期短、见效快等优点,但其刚度较小,因此一般多用于基坑开挖深度较浅或周围环境较好的情况。板桩按使用材料不同,可分为钢筋混凝土板桩和钢板桩(槽钢钢板桩、拉森钢板桩)[4]。在钢筋混凝土板桩施工过程中应注意的问题:1)施工前由项目负责人组织各有关人员认真研究施工图的各项技术要求,并将学习的结果认真落实到各个施工单位,按照施工图纸和相关规范进行施工。2)每组施工的时候,技术人员要严格监督,并将各组的施工情况进行认真记录,保证施工过程记录完整,每天施工结束后,由专人保管。3)钻机组要保证钻机钻头定位准确。施工过程中要保证钻机的提升和旋转速度达到设计要求。4)高压泵组,按要求制备浆液,保证输浆压力达到预定指标。采用二次过滤法滤掉水泥浆中的颗粒,使浆液不得离析,保证输浆系统的畅通。

重力式挡墙是依靠自身重力使边坡保持稳定的构筑物。在深层搅拌水泥土重力式挡墙施工中应注意的问题是:1)定位,测量放样,搅拌机到达指定桩位,钻机对准桩位并对中,在机架上标定桩位的入土深度及停钻位置。2)在搅拌机的冷却水循环系统运作后预搅下沉。3)在搅拌机下沉到规定深度后,根据水灰比配备灰浆。4)待深层搅拌机下沉到设计深度后,用灰浆泵按照一定速度将水泥浆自动连续喷入地基,同时继续搅拌。5)搅拌均匀后搅拌机均匀提升,然后进行清洗。

逆作拱墙支护技术是自上而下分多道分段逆作施工的水平闭合拱圈及非闭合拱圈挡土结构;当基坑的一边或多边不能够起拱时,可采用能够水平传力的钢筋混凝土直墙(水平向配置连通的主钢筋)加型钢内撑的混合支护体系。拱形结构主要以承受压应力为主,拱内弯矩较小,该项技术是利用高层建筑地下室基坑平面形状通常是闭合的多边形的特点,而土压力是随深度而线性变化的分布荷载,没有集中力,因而可以采用圆形、椭圆形、蛋形或由几条二次外凸曲线围成的闭合拱圈来支护基坑,当基坑周边并非均有条件起拱的情况下,可在有条件起拱的坑边采用拱圈支护,在没有起拱的坑边处采用钢筋混凝土直墙加型钢内支撑支护结构。

2.3 地下水处理

在地下水位较高的地区,地下水对深基坑工程施工带来的危险程度是相当高的,地下水的来源一般为上层滞水、潜水、承压水、雨水及基坑周围的渗漏管道水。由于水的来源复杂,在制定止水方案时应从深基坑工程的防水、降水和排水三个方面考虑[5]。在这三方面中,操作最难的就是降水。在深基坑工程开挖施工中,用井点降水来降低地下潜水位或承压水位,已成为一种必要的工程措施[6]。人工井点降水是在基坑的周围埋下深于基坑底的井点或管井。以总管连接抽水(或每个井单独抽水),使地下水位下降形成一个降落漏斗,并降低到坑底以下0.5 m～1.0 m,从而保证可在干燥无水的状态下施工。

3 监测过程控制

3.1 监测作用

基坑施工监测既是检验设计正确性和发展理论的重要手段,又是及时指导正确施工、避免事故发生的必要措施。监测内容主要包括水平位移、支撑轴力、地下水位以及地表沉降的监测[7]。而在工程实际过程中,深基坑的开挖必然会对周围的建筑物、地下管网、地面设施等造成影响,虽然在开挖前后都会对基坑进行支护,但仍然存在一定的危险,因此,对支护结构进行位移监测是确保周围建筑物及施工安全的必要手段。

3.2 监测管理

深基坑支护结构的位移监测,常规的测量方法垂直位移容易测量,而水平位移测量难度大,并且外业观测时间长,现场实施也比较复杂。目前国内外较为先进的监测手段为虚拟像片法,就是只采用经纬仪自由设站测量基坑支护结构的关键点的水平角和竖直角,用程序将其转化为虚拟像坐标和物方空间坐标,再用后期的坐标与前期的比较,分析得出支护结构的位移量。

这种监测方法非常适用于施工条件相对较差、传统方法操作困难的地方,同时在监测管理中也有一些问题需要注意。支护结构上的标志点应为整个支护中的特征点,能够分别反映不同应力状态下的支护结构受力特征,标志点的数量应为能详尽反映变形的基础上精简。然后在两个适当的位置自由设站安置经纬仪观测两测回,大约每5 d观测一次,第一次始于基坑挖成后,直到该段坑壁稳定为止,共观测7次[8]。同时加以水准仪测量的沉降,总结表格。这种方法的关键在于测量的准确性,这就需要在测量过程中,对测量人员严格要求,按照规定的观测顺序分点按步进行。

4 结语

深基坑工程施工是一个复杂的系统过程,基坑施工过程控制是一项十分重要的工作,也是确保工程安全的重要保证。结合深基坑工程实际,对各个建设环节进行了认真研究,得到了如下结论:

1)加强施工前的设计控制,确保施工方案合理可行;2)在施工过程中,基坑开挖要严格按照施工设计进行,选择适合的支护形式,并在地下水位较高的地方选择合理的降水方式,确保施工安全;3)加强施工过程中的变形监测,密切注意监测结果,根据实时监测结果对下一步施工方案进行调整,使变形控制在规范允许的范围内。

[1] 朱锵鸣.对深基坑支护工程的施工管理探讨[J].科技资讯,2008(28):145-146.

[2] 龚晓南.基坑工程发展中应重视的几个问题[J].岩土工程学报,2006(sup):1321-1324.

[3] 林伟恒.探究建筑工程中深基坑施工管理[J].工程管理,2009(18):214-215.

[4] 乔兴波.深基础工程施工管理[J].工程技术,2009(22):50-51.

[5] 刘建生.深基坑支护工程的施工管理[J].广东建材,2009(6):295-296.

[6] 王 珊.岩土工程新技术实用全书[M].长春:银声音像出版社,2004:3995-4003.

[7] 朱坚敏.信息化监测技术在基坑施工管理中的应用[J].今日科技,2006(10):37-39.

[8] 马 莉.虚拟像片法检测深基坑支护结构位移的新方法[J].中外公路,2006(26):207-209.