摘要：本文结合工程实例，对高层建筑深基坑支护技术及土方开挖安全防护策略进行分析与探讨，以供同仁参考。
关键词：高层建筑；深基坑支护技术；土方开挖；安全防护
一、前言
近年来，随着大型高层及超高层建筑的逐渐增多，高空发展成为主流发展的同时也在探索地下空间的可发展性，开展深基坑土方开挖成为城市建设中不可缺少的工作，而该部分工作极具危险性，深基坑坍塌时有发生，对施工人员安全及施工进度造成影响，故深基坑开挖施工时积极采取安全防范措施在施工中至关重要。笔者曾负责临海科技新城（一期）EPC总承包项目工程项目管理，该项目位于中山市南朗镇临海工业园区翠城道东侧，场地总用地面积77546.30㎡，拟建22层创意中心2栋（A、B座，含5层商业裙楼），14层专家楼1栋（其中1-6层为停车库），勘察面积77546.30㎡，总建筑面积129814.98㎡。分布有1层地下车库。基坑侧壁周长约668.293米，基坑开挖深度为5.90米。本工程按二级基坑设计，基坑侧壁的重要性系数取γ0=1.0。拟建建筑物采用预应力管桩及灌注桩基础，拟采用剪力墙结构。下面就对该项目预应力管桩及灌注桩基础施工技术要点及土方开挖方法及安全防护措施进行分析与探讨，以供同仁参考。
二、周边环境与管线情况
本工程建设场地位于位于中山市南朗镇临海工业园区翠城道东侧，拟建一层地下室，基坑侧壁周长约668.293米，基坑开挖深度为5.90米（考虑至承台垫层底）。基坑西侧1-1剖面侧壁距拟建筑物用地红线约9.20米，距离临海办公楼约12-14米；基坑西侧2、3剖面侧壁距拟建筑物用地红线约5-7.5米，邻近已建水池湿地；基坑西侧4剖面侧壁距拟建筑物用地红线约0-2米，距离已建配电房约20米；基坑西侧5剖面侧壁距拟建筑物用地红线约0-2米，距离已建翠亨展示馆约17米；基坑北侧6剖面侧壁距拟建筑物用地红线约1-2米，距离已建道路约0-27米；基坑东侧7、8、9剖面距拟建筑物用地红线约3米；基坑南侧10剖面侧壁距拟建筑物用地红线约21米，红线外为和信路。场区内基坑西侧邻近临海办公楼及服务楼的消防通道、基坑北侧分布有雨污水管，施工前进行拆移；南侧和信路侧分布有通信光缆及雨污水管，距基坑较远，约19米。总体上，本基坑周边环境相对复杂，基坑周边对变形敏感。
三、水文地质条件
（1）地下水类型和赋存状态。场地地下水主要赋存在海陆交互相沉积层的孔隙中和花岗岩风化带风化裂隙中，花岗岩风化带风化裂隙中赋存孔隙－裂隙水，均为微承压水。
（2）主要含水层特征。场地内素填土和淤泥为主要含水层，赋水性丰富，该层分布广泛。花岗岩风化带的风化裂隙水分布不均匀，呈网纹状分布，风化层厚度较大，风化裂隙发育，局部地段呈现地下水活动较强的痕迹。淤泥、粉质黏土、淤泥质土、砂质黏性土、全风化花岗岩透水性较差，为相对隔水层。
（3）地下水位及地下水补、排条件。勘察期间从钻孔中测得地下水埋深1.92～2.26米，标高1.28～2.15米。场地四周均已经堆填平整，因此，场地地下水处于补给-径流区，补、排条件差，水流水平径流交替作用较慢，补给量不丰富；排泄方式以潜流方式排泄为主，其次以蒸发方式垂直排泄。场地地下水地下径流方向不明显。根据勘察成果，按《岩土工程勘察规范》（GB50021－2001）之附录G.0.1条判断，场地的环境类型属Ⅱ类。
四、基坑土方开挖及支护技术措施探讨
（一)基坑土方开挖施工
（1）开挖方法
1）由于基坑面积较大，土方开挖应分块进行，合理安排开挖顺序，使基坑坡面暴露时间最短。每层先开挖周边区土方，提供锚索及挂网喷砼施工工作面后开挖基坑中心区域。土方外运时应注意避免损坏排水沟等设施。分块临时开挖边坡坡率不小于2，每块土方挖到位后应及时换填及浇筑垫层砼，尽量缩短基坑裸露时间，避免基底泡水软化使边坡失稳。
2）土方开挖应严格遵循先支护后开挖的原则，采取分段分层开挖，每段开挖长度不宜大于15m，第一层土挖至冠梁底标高（-3.20）处，第二层土挖至-4.90标高处，最后一层挖至承台垫层底标高（-6.60）。每层开挖深度严格要求进行，不得超挖或欠挖。其中桩支护段挖土顺序应与设计工况相吻合，使支护结构受力均匀，自然放坡段应严格分层，工程桩出露处应沿工程桩周边均匀卸载，确保工程桩安全。
3）每开挖一段作业面，宜在24小时内完成钻孔、安装锚索、铺设钢筋网、注浆及喷射混凝土等支护工作。下一层作业面开挖应在上一层锚索张拉后才能方可进行。
4）根据本工程围护结构的施工特点，基坑土方开挖应在支护桩的强度达设计强度的100%后方可开挖下一层土方。开挖过程中，挖斗严禁碰撞支护结构。
5）中心区土方开挖完成后，先清挖基坑东侧8-8断面的坡道，完成该处坡面、桩间喷砼及基底处理后，清挖基坑南侧及东侧7-7断面的坡道，恢复8-8断面坡道作为后续基坑工程桩施工的通道。
6）为避免扰动基底原状土，应预留不少于30cm厚的覆盖土层，待换填垫层施工时人工挖除。
7）土方开挖完成后应立即对基坑进行封闭，防止水浸和暴露，并应及时进行地下结构施工。
8）因基坑底部是淤泥层，现场土承载力较低，容易造成挖机无法行走、陷机等情况，需在土面铺设钢板以供挖机及出土车辆行走，钢板规格采用2×5×0.15m（长×宽×厚）。
（2）安全环保措施
1）机械挖土应分层进行，合理放坡，防止塌方，溜坡等造成机械倾翻，淹埋等事故。
2）二台挖掘机在同一作业面机械开挖，挖掘机间距应大于10m，上下台阶挖掘机前后应相距30 m以上，挖掘机离下部边坡应有一定安全距离，以防造成翻车事故。
3）在有支撑的基坑中挖土时，必须防止碰撞支撑，在坑沟边使用机械时应计算支撑强度、危险地段应加强支撑。
4）机械施工区域禁止无关人员进入场地内，挖掘机工作回转半径范围内不得站人或进行其他作业。
5）挖掘机操作和汽车装土行驶要听从指挥，所有车辆必须严格按规定的开行路线行驶，防止撞车。
6）夜间作业，机械及工作地点必须有充足的照明设施，在危险地段设置明显的警示标志和护栏。
7）采用降排水措施时，抽出的水应有组织地排放至指定位置，不得任其流而污染场地和环境。
采用人工修土时，必须待挖掘机停稳后再挖土，不得在挖掘机回转半径内操作，以免挖掘机 碰撞伤人。
8）运输土方的车采在场外行驶时，应用加盖车辆或采取覆盖措施，车轮冲洗等措施，以防污染道路和环境。
（二）基坑支护技术
（1）预制管桩施工。
1）施工组织。预应力管桩施工在进场后放线结束后紧随进行，根据现场情况及相应的工作量，为确保工期限，配备D50型柴油锤打桩机进行成桩施工。
2）预应力管桩设计。管桩桩径600mm，桩间距800mm，桩长21m，总长2773m。
管桩采用PRC-Ⅰ600AB110GA型预应力管桩，桩身受弯承载力设计值436kN.m，桩身受剪承载力设计值333kN。
3）施工工艺流程：测量放线---桩机就位---吊桩落位---桩机调平---双向调整垂直度---打桩----接桩----送桩----移桩。
4）施工方法
①测放桩位。各桩位点的测放：根据轴线与桩位的关系，采用经纬仪运用极座标的方法放出桩位，插入Ф8钢筋作为桩位标记，并在钢筋上涂上醒目的红油漆或系上红色胶带，以保证打桩时不易搞错。
②桩机就位。打桩机指挥员根据现场标记的桩位，指挥桩机就位。桩机就位后先复核桩位，并在桩位四周打入四个距离分别为1m的引桩，然后采用钢送桩器对准桩位下压2m，确保下部无老基础、障碍物后吊出送桩器，再利用引桩对桩位重先定位后方可进行吊桩施工。
③吊桩落位。桩机大致就位于桩位后，用钢丝绳将下桩段吊起，使桩尖对准桩位，然后调平桩机，双向调整桩身的垂直度偏差应≤0.5%H，桩尖对位偏差＜20mm。
④打桩。当桩段落位及调整正垂直度符合要求后，方可进行打桩。开打前检查桩帽与桩头之间是否设置衬垫，开始打桩后，要认真记录每节桩入土深度和相应得锤击数，同时设专人观测吊线锤的变化情况，当桩身倾斜率超过0.5%时，应找出原因并设法纠正，当桩尖进入土层后，严禁用移动桩架等强行回扳的方法纠偏。
⑤管桩的施工应符合下列规定：a、第一节管桩起吊就位及焊接桩尖同打桩，由桩机自身调整垂直度，插入地面时的垂直度偏差不得大0.5%H，并宜用水准尺或其他测量仪器较正；必要时，宜拔出重插。待管桩就位后起动桩锤施打，记录桩身每米入土锤击数。第一节桩桩顶离地面0.5m-1.0m时停锤，起第二节桩，操作同前，至上节桩中心线与下节桩重合时，校正垂直度，上下节桩要确保顺直，错位偏差不得大于2mm；接桩后继续施打至设计要求。b、管桩施打过程中，桩锤、桩帽和桩身的中心线应重合。当桩身倾斜率超过0.8%时，应找出原因并设法纠正；当桩尖进入硬土层后，严禁用移动桩架等强行回扳的方法纠偏。c、在较厚的粘土、粉质土层中施工管桩，宜将每根桩一次性连续打到底，尽量减少中间休歇时间，且尽可能避免在接近设计深度时进行接桩。d、设计桩顶标高在自然地面以下时应送桩，送桩过程为当桩打到地面上20cm左右即提锤，套上直径400mm的送桩器进行送桩，直到达到设计桩顶标高即收锤。e、桩数多于30根的群桩基础应从中心位置向外施打，承台边缘的桩宜等承台内其他桩打完并重新测定桩位后再插桩施打。
⑥打桩时应由专职记录员及时准确地填写管桩施工记录表，由当班施工单位的质检员验证签名，并经当班监理人员（或建设单位代表人）验证签名后方可作为有效施工记录。
5）打桩时垂直度的控制。起吊第一桩对位后，由桩机自身调整垂直度，桩机塔架的垂直度调整是通过桩身支撑的油缸来调节的。桩机的垂直度达到要求后，再调整桩的垂直度。调整桩的垂直度的方法是从正面和侧面由两个吊锤成900方向进行观测，保证桩入土后的垂直度偏差不超过0.5%。在打桩过程中，应由两人在正、侧两面随时观察，如发现倾斜应立即调整，确保成桩后的垂直度偏差不大于0.5%H。当第一节桩打至地面约50cm左右时，开始接第二节桩，接桩前应先将桩对平，调整好垂直度，对桩端头之处需用铁片锲入填平才能施焊。
（2）钻孔灌注桩施工
1）施工组织。灌注桩施工在进场后放线结束后紧随进行，根据现场情况及相应的工作量，为确保工期限，配备6台钻机进行成桩施工。
2）灌注桩支护设计。采用混凝土等级C30，桩径为1.0m，桩间距为1.3m。支护长度566.64m,单桩长1-1断面20.5m，2-2断面17m，3-3断面33m，4-4断面34m，5-5断面29m，8-8断面32m，8-8断面出土口部分36m，9-9断面32.5m，10-10断面出土口部分29m。实桩总长12349m。根据现场施工条件，采用潜水钻机进行施工。施工过程中严格控制各道工序，确保钻孔灌注桩的成孔质量。
3）施工工艺流程
平整场地→桩位放样→组装设备→安放钢护筒→钻孔机就位→钻至设计深度停止钻进→提出钻杆放入钢筋笼→灌注混凝土→成桩→桩头处理→桩顶保护措施
4）施工方法
①桩位放线。使用校验合格的全站仪和钢卷尺，按设计图纸和业主给定的基准线或基准点，首先测放出四边桩轴线并外引控制桩，然后采用二次放线法，先在地面测放出桩位，钻机人员按桩位中心向下挖深0.5米，直径φ600的土坑，再精确测放桩位，在桩坑内打入木桩，木桩之上打入小铁钉作为桩位标记，挂上桩号牌，自检合格，填写报告单，报请业主和监理人员复核验线并确认合格，即将桩坑填埋，防止车辆碾压桩位和其它异物碰撞桩位，保证桩位复合规范要求。
②钻进成孔。采用正循环泥浆护壁成孔，循环泥浆性能要求为:注入孔口的泥浆比重≤1.10；排出孔口的泥浆比重≤1.20。砂石泵启动前要检查系统的密封情况，从砂石泵吸入口直到钻头吸渣口上，发现密封不好及时处理。启动砂石泵，待反循环正常后，才能开动钻机慢速回转下放钻头。开始钻进时先轻压慢转，当钻头正常工作后，逐渐加大转速调整钻压。钻进过程中应细心观察进尺及砂石泵排渣出渣情况，排量减少或水中含钻渣较多时应适当控制钻进速度。钻进时如孔内出现坍孔等异常情况时，应立即将钻具提离孔底并控制泵量，保持冲洗液循环以吸除坍落物；同时向孔内输送性能符合要求的泥浆，以抑制继续坍孔。为提高钻进效率和保证孔壁稳定，必须及时换浆和排渣，确保泥浆性能指标满足钻进成孔需要。
五、结语
综上所述，高层建筑深基坑支护和土方开挖施工是建筑工程施工关键部分，但在施工过程中容易出现突发事故，导致人员伤亡和影响施工进度，所以在施工过程中保证施工安全是需要解决的重点和难点。文章归纳总结出深基坑支护和土方开挖安全管理措施，期望能为类似工程提供借鉴。
参考文献：
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