摘要：建筑深基坑工程是大型项目超高层建筑工程中的重要课题，对后续施工的安全性和稳定性影响重大。本文结合工程案例，针对采取旋挖桩支护、止水帷幕等形式相组合的建筑深基坑围护结构施工及安全管控进行分析研究。
关键词：深基坑工程；围护结构；基坑监测；安全管控
建筑施工技术的发展和经济社会进步的需求，使得大型项目、超高层建筑工程不断出现。由于大型项目超高层建筑的建设地点往往是在闹市中，地理地质环境条件亦颇为复杂，因此作为施工首要环节的建筑深基坑工程自然而然地成为了大型项目超高层建筑施工中的一个重要课题和建筑工程可持续发展的研究重点之一。
建筑深基坑工程有两方面的含义，一是指开挖深度超过5m（含5m）的基坑（槽）的土方开挖、支护、降水工程；二是开挖深度虽未超过5m，但地质条件、周围环境和地下管线复杂，或影响毗邻建筑（构筑）物安全的基坑（槽）的土方开挖、支护、降水工程。本文拟结合工程案例，对深基坑工程技术要点和安全管控要点进行分析论述。
1.工程概况
本项目为写字楼建筑，位于某大城市市区地段，总用地面积约11000㎡，总建筑面积约210500㎡，其中地上建筑面积约177400㎡，地下建筑面积约33100㎡。地下4层及地上68层，建筑高度309.4m（顶层结构标高）。基坑面积约为9200㎡，周长约340m，基坑顶面标高为-0.5m，底面标高为-18.5m，基坑开挖深度18.0m，开挖土石方总量约16.6万立方米。
1.1地质水文概况
根据岩土勘查资料，场地岩土层按成因类型可分为填土层、冲积成因的粉质粘土、粘土（局部为粉土）、砂层（中粗砂为主）和残积成因粉质粘土（局部为粉土）、白垩系上统大朗山组碎屑岩，岩性为白垩系上统大朗山组泥质粉砂岩、粉砂岩和细砂岩与粗砂岩、砂砾岩和砾岩。自上而下可依次划分为：①人工填土层；②冲积土层，含粉质粘土层、粉细砂及砂砾层；③残积土层，含粉质粘土和碎屑岩风化残积土；④基岩。
按含水介质特征划分，场地地下水主要以孔隙性潜水和基岩裂隙水的形式赋存于残积土层和基岩中。砂层透水性较强，渗透性较好，是本场地主要含水层；残积粘土渗透性交叉，属微弱含水层或相对近似隔水层。砂层上覆微弱含水层或相对近似隔水层，地下水具有弱承压性。基岩中强、中等风化基岩风化缝隙发育，渗透性能相对较好，是基岩缝隙水主要富水层位。
1.2围护结构形式
综合考虑地质水文特征及项目地点周边条件，本项目深基坑支护结构采用旋挖桩+预应力锚杆的支护形式，基坑外侧设置水泥搅拌桩止水帷幕。
2.围护结构施工技术要点
深基坑工程实施过程中，土方开挖、支护、降水三项主要任务是相互影响、互为施工条件的，深基坑支护施工须结合土方开挖施工安排来统筹支护施工总流程的部署工作。
2.1施工总流程
测量放线→平整场地至标高-0.5→搅拌桩止水帷幕→支护桩（旋挖桩）施工→冠梁→挖土至第一道锚杆标高以下0.5m→施工第一道锚索并施加预应力→腰梁施工→挖土至第二道锚杆标高以下0.5m→施工第二道锚索并施加预应力→腰梁施工→挖土至第三道锚杆标高以下0.5m→施工第三道锚索并施加预应力→腰梁施工→开挖至基坑底→出土坡道土方开挖→出土坡道范围锚杆施工→土台清理→土台范围锚杆施工
2.2围护结构体系施工
2.2.1水泥搅拌桩止水帷幕
岩土勘察资料显示，基坑周边存在厚度约0.5～5.2m的砂层，基坑外侧设置水泥搅拌桩止水帷幕，水泥搅拌桩直径Φ550@400，水泥掺入比15%，且不少于60kg/m（沿深度）。局部砂层较为密实，施工有困难时，可改用双管旋喷施工。
（1）施工工艺流程
桩位放线→桩机就位→制备水泥浆→预拌下沉至设计深度→喷浆搅拌→边搅拌边提升至浆面→重复喷浆搅拌下沉→搅拌提升至孔口→清洗桩机→移至下一桩位施工
（2）施工工艺及质量要点
施工前，做工艺性试桩，以确定搅拌机钻进深度、桩顶或停灰面标高等各项施工技术参数。搅拌桩机架安装就位应水平，导向塔垂直度偏差不得超过1.0%，桩位偏差不得大于50mm，桩径偏差不得大于4%。
搅拌桩施工：施工前，检查好旋喷管的高压水与空气喷射情况，检查各部位的密封圈是否封闭；喷浆时要先达到预定的喷射压力，喷浆后逐渐提升注浆管，中间发生故障时，应停止提升并排除故障。重新开始喷浆的孔段与前段搭接不小于1m。
桩间搭接：桩与桩的搭接宽度一般大于200mm，以增强整体性；严格控制桩心距误差，垂直度偏差不得超过1%，桩位偏差不得大于50mm。
浆液制备：制浆时，应一次配足浆液，保证每桩掺合比的稳定性和浆量充分；禁止在搅拌桩机用浆过程中直接向浆池中添加水泥或清水。
2.2.2旋挖桩施工
本工程中支护桩采用旋挖桩施工，支护桩桩径Φ1000，间距分1200mm，1350mm两种，桩长17.7～19.7m，基坑底入岩深度为强风化4米或中风化3米或微风化2米。桩身混凝土强度为C30，用砖窑水泥，水泥标号≥425#，水灰比不大于0.45.钢筋采用III级钢，E50焊条，双面焊焊缝长5d。
（1）施工工艺流程
桩位测量定位→埋设护筒→桩机就位→入岩确定→成孔→终孔、清孔→钢筋笼吊装→导管安装→测量沉渣厚度→水下混凝土浇筑
（2）施工工艺及质量要点
测量定位：场地平整后，根据设计桩位平面图及场地有关测量资料，校核场地基准点、基准线、测量轴线，根据控制点测定桩位中心。
护筒埋设：护筒一般采用8～10mm厚的钢板制作，高度1.50m左右，护筒的内径较设计桩径大300mm，分批埋设；护筒中心与桩中心偏差不得大于50mm。
成孔：钻孔过程须实时观测桩的垂直度、保证垂直度偏差复核设计要求。成孔过程中必须保证泥浆补给及时，保持孔内浆面稳定，且高出地下水位0.5m以上，防止塌孔；终孔清渣，确保孔底的沉渣厚度符合设计要求。
入岩确定：①把初定岩面及终孔标高数据与初始数据进行比较分析得出合理的数据并经设计审批后确定，实际施工情况与该数据上下出入不超出1m则视为正常情况，则以此实际数据作为终孔判定条件。②根据钻进速度与难度等综合确定。③参照已完成桩孔的底层情况进行分析判定条件。
清孔：有正循环清孔、泵吸反循环清孔等施工方法。正循环清孔时间一般为0.3～2h，泵吸反循环清孔时间一般为8～15min。清孔泥浆指标符合下述要求：密度为1.10～1.20，粘度为17～22S，含砂率小于6%，胶体化率大于95%；沉渣厚度小于50mm时才能开始灌注。
钢筋笼制作安装：钢筋笼制作过长时可分段制作和吊装，主筋须错开搭接，焊接连接。钢筋笼吊装时应垂直扶稳，对准孔位缓慢下沉，不得摇晃碰撞孔壁和强行入孔；分段吊装时，下段吊入孔内后其上端应留1m左右临时固定在孔口处，待上下段钢筋笼主筋对正连接后继续下沉。
水下混凝土灌注：混凝土灌注前应检查成孔和钢筋笼质量并应连续一次灌注完毕，并保证密实度。导管提升时避免碰挂钢筋笼。当混凝土面接近钢筋笼底时，严格控制导管的埋深，当混凝土面上升至钢筋笼3～4m再提升导管，以防钢筋笼上浮。
2.2.3旋喷支护桩施工
场地西北面地段有新旧桩接位及该段地址砂层较厚，采用旋喷止水桩施工。该支护桩桩径Φ1000，间距分1200mm，1350mm两种，桩长17.7～19.7m，基坑底入岩深度为强风化4米或中风化3米或微风化2米。桩身混凝土强度为C30，钢筋采用III级钢。
（1）施工工艺流程
桩位放线→桩机就位→制备水泥浆→预拌下沉至设计深度→喷浆搅拌→边搅拌边提升至浆面→重复喷浆搅拌下沉→搅拌提升至孔口→关闭搅拌、清洗→移至下一桩位施工
（2）施工工艺及质量要点
定位对中：吊车悬吊深层搅拌机到达指定桩位，对中。
制备水泥浆：搅拌机预搅下沉时，后台拌制水泥浆，水泥掺入比为13%～15%（55～60kg/m），待压浆前将浆液倒入集料斗。
喷浆搅拌下沉：搅拌头转速正常后放松起吊钢丝绳，使搅拌机沿导向架边搅拌边下沉，下沉转速宜用中档。开启灰浆泵，喷浆下沉。
喷浆搅拌提升：深层搅拌机喷浆下沉至设计深度后，在原深度旋喷浆15秒后再提升喷浆，按设计确定的提升速度（0.8～1.0m/s）边喷浆边提升深层搅拌机，使浆液和土体充分拌和直至地面。
重复搅拌下沉、提升：深层搅拌机喷浆提升至设计顶面标高时，关闭灰浆泵，搅拌机宜在桩顶2m范围重复下沉、提升、拌和；为使软土和浆液搅拌均匀，再次将深层搅拌机下沉，至设计要求深度后再提出地面。
2.2.4冠梁和腰梁
旋挖桩顶部设1200×1000mm冠梁，周长约340m，冠梁面标高为-1.7m；下部两道锚杆处设一道钢筋混凝土腰梁，腰梁呈三角形。冠梁、腰梁混凝土强度等级为C35，钢筋采用III级钢。
施工工艺及质量要点：钢筋帮扎时，锚杆穿梁位置应预留塑料管，塑料管应与梁钢筋帮扎牢固；混凝土浇筑一次成型，浇筑完毕后按要求做好淋水养护。
2.2.5预应力锚索
按设计要求，沿竖向设置三道直径150mm锚杆，分别在相对标高-2.0m，-7.5m及-12.5m处，锚杆位置设置腰梁或冠梁，并于桩间锚杆穿过处留设Φ168-5套管，预应力锚索均采用1860级钢绞线，OVM锚具。
（1）施工工艺流程
孔位测量→压顶梁（腰梁）施工→钻机就位→锚索成孔→清孔→锚索制作及安装→注浆→锚具安装、锚索张拉
（2）施工工艺及质量要点
钻孔：钻进时要掌握钻进参数，把握好钻进速度，防止埋钻、卡钻等各种孔内事故；锚索水平及垂直方向孔距允许偏差为±50mm；锚索钻孔角度允许偏差为±3º；钻孔底部偏离轴线的允许偏差为锚索长度的3%；钻孔深度应超过设计长度0.5～1.0m。
安装钢绞线锚索：沿杆体轴线方向每隔1.0～2.0m设置一个定位支架，杆体保护层厚度不小于20mm；锚固段的钢绞线表面油脂、锈蚀要清除以确保与锚固体砂浆的握裹粘结，自由段的钢绞线要套聚丙烯护套并作防腐处理。
注浆：注浆管放置于杆体中心且随杆体一同放入孔内，注浆管端部距杆体端部50～100mm；二次注浆管的出浆孔及端头应密封，保证一次注浆时浆液不进入二次注浆管内；锚杆采用二次劈裂注浆，一次注浆材料用M30水泥砂浆，注浆压力0.8MPa左右；二次注浆采用水灰比0.5纯水泥浆，注浆压力控制在2.0～3.0MPa，在一次注浆浆体初凝进行。
锚索张拉锁定与预应力施加：锚索张拉采用间隔张拉，锚头支墩采用15mm厚钢板制作，规格为250×250mm；张拉作业在锚固体及台座注浆完成7天后实施，混凝土强度等级大于设计强度75%后进行，张拉过程分二次进行，第一次张拉按设计荷载1.1倍检验，第二次按设计轴力张拉锁定；张拉前，取0.1～0.2倍设计轴向拉力值，对锚索预张拉1～2次，使各部位接触紧密，杆体平直；锚索张拉至1.1～1.2倍设计值保持10～15min，然后卸荷锁定、封锚。
锚索质量检测：预应力锚索承载力应用抗拔试验检测质量，抽检数量不少于锚索总数5%，且每个分段不少于2根；检测结果不合格率大于或等于抽检数量的30%时应加大检测数量；经检测后发现明显的预应力损失应补偿张拉。
2.3土方开挖工程施工技术要点
本项目基坑平面形状呈梯形，长度方向约115m，宽度方向约80m，开挖平均深度约18.0m，开挖土石方总量约16.6万立方米。土方开挖总流程如下：
平整场地至标高-0.50m→搅拌桩止水帷幕→支护桩→冠梁→挖土至第一道锚杆标高以下0.50m→搅拌锚索并施加预应力→挖土至第二道锚杆标高以下0.50m→施工第二道锚索并施加预应力→挖土至第三道锚杆标高以下0.5m→施工第三道锚索并施加预应力→机械开挖至基坑底上300mm→剩300mm土方人工执底。
土方开挖施工必须在基坑支护检测符合要求后实施。土方开挖及清运工程须把握好以下原则：
土方开挖时在平面上分段、竖向分层进行流水作业，每段开挖长度原则上不超过10m，竖向分层深度不得超过1m，不得提前开挖、严禁超挖；土方开挖与预应力锚索施工穿插进行，锚索降低强度达到设计强度的75%以上并施加预应力张拉后方可进行下层土方开挖。
土方开挖过程中，严禁挖斗碰撞支护桩，距离支护桩0.3m的土体应人工开挖修平，距离坑底0.3m的土体采用人工执底。
2.4排水措施
排水措施是土方开挖作业安全顺利实施的可靠保障。本工程中排水系统的做法如下：
基坑顶周边设置300×400mm截水明沟，距基坑底周边约1.5m设置300×400mm排水明沟；排水坡度为0.5～1%，每隔30m左右设一个0.76×0.76×1.2m集水井，然后配备吸式抽水机使用。
3.深基坑安全管控
深基坑安全管控工作，可分为两部分：一是深基坑安全监测，二是深基坑场地日常安全管控。
3.1深基坑安全监测
深基坑安全监测是对基坑施工过程中支护结构及周边市政工程内力、变形信息进行收集、汇总、分析和反馈的技术活动。监测的目的在于根据现场监测所得数据与设计值（或预警值）进行比较，如果超过某个限值则立即采取措施，防止支护结构、周边建筑物、构筑物发生变形破坏；或根据监测提供的数据指导现场施工，优化施工组织。
安全监测基坑开挖期间宜重点监测土体裂缝发展、坡肩深部位移、地下滞水层出露位置，必要时可通过埋设简易观测墩监测开挖边坡的变形情况；对已埋监测设施应按设计要求进行观测，及时进行资料整理和分析，若在观测过程中发现异常现象应马上上报，并随后提供书面监测报告。在本案例中，监测项目主要有两项：支护结构水平位移监测、地面沉降监测。水平位移和侧斜：报警值40mm或每天连续发展5mm。
在实施过程中，上述实际数据变化基本在上述报警值范畴内，整个深基坑安全状况处于良好受控状态。深基坑安全监测一般委托有资质的专业单位实施。
3.2深基坑安全管控要点
（1）深基坑围护结构施工期间，要严格按照相关施工方案、施工技术规范规程实施，以确保围护结构施工质量，这是后续施工中深基坑围护结构安全的根本前置条件。
（2）支护结构施工与基坑开挖期间，支护结构达到设计强度要求前，严禁在设计预计的滑裂面范围内堆载。
（3）检查施工单位及第三方监测单位对基坑支护变形的监测记录情况，如《基坑支护水平位移观测记录表》、《基坑支护沉降观测记录表》等。
（4）做好基坑支护周边的日常安全巡查工作，对观测点、相关裂缝情况进行详细查看，发现异常清孔及时妥善处理。
4.结语
综上所述，建筑深基坑工程作为大型项目超高层建筑施工过程中的重要环节，其施工技术的应用及安全管控，须结合工程的实际情况，对基坑支护方案进行合理的设计，同时采取先进的施工工艺进行基坑支护施工，并做好施工质量控制工作和基坑监测、安全管控工作，确保质量和安全满足工程需要。
参考文献：
[1]《关于印发<危险性较大的分部分项工程安全管理办法>的通知》
[2]《建筑深基坑工程施工安全技术规范》JGJ311-2013
[3]李海智.深基坑支护工程施工技术[J].中国新技术新产品.2015（12）
[4]相关工程技术管理资料
作者简介：
陈春华，工程硕士，工程师、经济师，现从事建设工程咨询监理工作，担任项目总监理工程师。
论文作者:陈春华
论文发表刊物:《基层建设》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/16
标签：基坑论文; 标高论文; 土方论文; 预应力论文; 深基坑论文; 工程论文; 钢筋论文; 《基层建设》2017年第16期论文;