QC方法在深基坑设计施工中的应用

李 磊

(山东地矿开元勘察施工总公司，山东 临沂 276000)

1 概述

鲁南区域目前正处于城镇化快速推进发展阶段，公共基础设施的规划施工是推动当地经济发展的动力，也是新旧动能转换的重要力量。山东着力推进“省会、胶东、鲁南三大经济圈”一体化发展，打造具有国内影响力的城市群。鲁南经济圈区域具有城市化发展一般，但是属地人口相对密集，城市人口聚集程度高，城市新城建设快速发展的特点。随着各地一座座新城拔地而起，老城区及新建城区周边的土地空间越来越少，工程建设需要大力利用地下空间以提升建设土地使用率，这也成为当前城市规划的一般需求。但由于建设单位等不够重视基坑工程的支护设计，认为一个临时性的支护工程不需要花费人力物力去保障，造成了多次基坑侧壁失稳、周边地下管线渗漏甚至燃气爆裂、人员受伤等情况，某些工程甚至影响了周边已有建筑物的主体安全。发生的这些基坑侧壁塌滑事件警示我们需要对基坑支护设计进行细致的研究，根据当地施工工程经验结合理论知识形成一套完备的设计、施工一体化管理模式。根据近年来基坑的相关案例，我们选取了具有代表性的基坑设计施工项目，对基坑前期项目筹备、方案选型、施工图设计及施工过程控制等各个环节进行系统的研究总结，提出合理优化的设计理念及完备的质量管理体系，进一步做好深基坑开挖支护质量控制，减少开挖过程中各类安全事故发生的可能性，为今后中心城区类似工程的质量控制方法提供借鉴。

2 工程概况

2.1 工程概况及方案选型分析

本次研究选取基坑工程位于某市中心城区，周边一期已建工程及市政道路环绕。基坑开挖深度在9.0 m～15.50 m之间。东侧距离已建一期车库、一期医院道路、泵房等约3.4 m～19.0 m。南侧距离已建市政路沿石约9.50 m。西侧距离已建市政路沿石约14.0 m。北侧距离已建市政路沿石约9.80 m。场地内地下管线分布在场地北侧、东侧和南侧市政道路及两侧辅道、人行道，分布有污水、雨水、给水、煤气、电讯、路灯、交警等管线，材质有铸铁、混凝土、钢、PVC、铜和光纤等，距离本项目车库外边线最近约5.4 m，其中交警、电讯、路灯、煤气等管线埋深在1.0 m～2.0 m之间，污水、雨水、给水管线埋深约在3.00 m～4.00 m不等。南侧最近市政管线距离本项目车库外边线约5.4 m；西侧南段最近污水管距离本项目车库外边线约6.5 m；西侧北段最近市政管线距离本项目车库外边线约10.5 m；北侧最近网络电视管线距离本项目车库外边线约33 m。该区域土质条件复杂，西侧土岩交界面处分布卵石层。本工程地质条件相对复杂，周边环境要素多，保护要求高，开挖深度在当地属于超深基坑。根据建设单位规划要求，预计基坑使用周期超过18个月，对基坑本身围护构造要求较高。建设单位采用招标方案为：坡率法+微型桩锚支护型式，基坑降排水方案采用桩外高压旋喷桩截水帷幕+井点降水方案。该方案上部采用1∶1.0自然放坡，占用周边市政道路绿化带较多，局部已占用机动车道；且采用微型桩锚，为弱桩强锚理念[1]，未考虑钢管本身材料力学性能较弱，控制变形能力较差。建设单位要求按照招标方案进行施工，但该方案在专家评审时未通过，专家一致认为初选方案易引发基坑施工安全风险，需要对方案重新优化调整，达到安全合理[2]。

2.2 优化方案选型及目标控制

通过对现状调查及初选方案分析，以本基坑工程施工项目质量控制为契机，针对城区基坑项目合理安全、如何做好开挖支护控制质量[3]、如何减少边坡失稳风险等方面的问题，进行全面系统的分析，为力求设计有的放矢、优化和完善施工质量控制体系奠定基础[4]。同时，借此开展建立城区深基坑项目施工质量控制的探寻，从而确保基坑工程的安全，为其他城区的基坑项目施工质量控制提供参考，以求后期建立成熟完备的基坑施工质量控制体系[5]，为公司管理提升添砖添瓦。小组活动目标：专家评审一次通过，基坑施工及使用期间无侧壁失稳及周边环境安全问题发生。

2.3 原因分析

小组结合以往基坑工程经验对潜在因素展开分析，并确定了要因与非要因。

要因确认一：人员施工管理不到位、施工经验不足、缺乏培训。

结论：非要因。

要因确认二：设备功率不够、钻孔设备不稳定、设备配件不足。

本项目施工前，公司组织项目部仔细研究本项目地层结构，对场地岩石强度进行分析，选取合理功率旋挖桩基，可有效解决此问题。

结论：非要因。

要因确认三：方案前瞻性不足。

原招标方案对基坑环境效应作用机理不清楚，对于深基坑面临的复杂敏感环境认识不足，选型不合理，控制变形能力差；若采用将最终导致控制措施失效，边坡失稳；周边环境条件及不良地质条件调查不足，选取施工工艺不合理，导致围护结构施工质量达不到设计要求，造成基坑失稳。

结论：要因。

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要因确认四：原材料质量问题，外加材料选用不当。

项目部设立专业质检员，严格控制原材料进场检验检测，对不合格材料概不入场，严格现场材料控制管理。选取合格外加材料，并严格计量，控制加入量。

结论：非要因。

要因确认五：边坡坡度控制不准确、工况超挖；混凝土配合比不满足，面层强度不合格。

基坑开挖过程中，土方开挖单位往往不配合支护施工单位，不按照设计工况进行超挖，易造成边坡未及时支护失稳。混凝土配合比不满足，面层强度不合格，易造成土钉墙支护段局部失稳，桩锚支护段桩间土流失，引起空洞。

结论：要因。

要因确认六：边坡堆载超载、中心城区车流量大。

因方案已开挖近市政道路机动车道边，公司项目部拟通过加强现场管理，设置专人在交通流量高峰期对现场进行限流协调，可解决此问题。

结论：非要因。

通过要因确认可以看出，造成本基坑工程施工质量安全风险的潜在要因为：方案前瞻性不足；边坡坡度控制不准确、工况超挖；混凝土配合比不满足，面层强度不合格。

2.4 制定对策

要因确认后，QC小组经过讨论、综合论证分析，制定出如表1所示对策。

表1 对策对照表

2.5 对策实施

1)合理调整支护选型，保证变形控制要求；对可能影响基坑施工质量安全的因素进行分析并提出应对措施。通过对基坑周边环境进行详细调查，采用GPS、水准仪等对周边管线、道路、临建设施等进行详细测量，绘制周边环境平面图。随后在施工过程中，邀请院总工室的专业总工进行现场技术指导。首先根据本项目地勘报告提供地质资料及实验参数进行反复计算，采用理正深基坑及迈达斯岩土软件进行对比计算。并选取了多个计算模型，从多方面进行比较。最终从经济、安全及可行等多方面考量，确定本工程采用预应力锚索复合土钉墙+灌注桩桩锚联合支护。根据选定方案，小组运用QC方法分析研究，确立了支护施工过程中重点难点：a.对于淤泥质地层，锚索成孔困难，施工采用自进式锚杆，避免锚索塌孔引起锚固不足。b.对于第④层强风化花岗片麻岩遇水软化，支护桩成孔易塌孔严重，引起灌注时混凝土超方，施工采用预下护筒护壁，确保桩成孔效率及桩身质量。并明确了质量控制标准，责任落实到人，经过策划确定检查项目，确保了实际支护施工质量。地表变形图见图1。

2)控制开挖边线及高程；严格按照方案要求对喷射混凝土的配合比进行科学控制，对喷射混凝土厚度进行严格要求。派驻专业测量人员对现场边坡开挖边线及高程进行复测确认，项目经理负责落实，并保证其准确性；并派驻专职施工员及技术人员现场指挥挖掘机进行边坡分层开挖及人工修整工作，根据施工要求加工标准的坡度尺，选用边坡挂线，严格分层定位，控制设计坡率，确保实际坡度与设计坡度一致，符合设计方案要求。由专业质检员对面层混凝土配合比进行控制，要求搅拌时间不小于2 min，施工采用自下而上喷射顺序，喷头与坡面垂直距离不小于0.6 m，并分两次喷射，每次喷射平均厚度40 mm，经过努力最终保证了混凝土表面质量，达到目标。自进式锚杆及钢护筒施工见图2。

2.6 效果验证

运用QC方法针对查找分析出的要因，逐一制定了相应解决对策，并将其全部应用于基坑支护施工过程中，取得了良好的效果。目前基坑已开挖至基底，支护已完成，基坑变形周边环境变形均在规范允许的范围内，基坑侧壁安全稳定，实现了既定目标。基坑周边环境条件位移量均不超过15 mm，这说明运用QC方法制定的措施是合理的、行之有效的。

2.7 目标效果

1)根据本工程实际地质条件及水文条件，结合基坑周边环境特点，通过多次反复计算及选型模拟与方案选型对比，提出了采用“强桩弱锚”理念，采用预应力锚索复合土钉墙+桩锚联合支护，满足基坑稳定性及安全控制要求。

2)经济效益：通过运用QC方法，选取合理计算模型进行了设计计算，包括围护结构内力、土压力、地表及围护结构变形、基坑整体稳定性等进行了复核验算。对特殊地质条件采用了自进式锚杆、钢护筒护臂桩成孔设计等处理，对比锚索跟管成孔成本更低，节约混凝土超方量等，取得较好的经济效益。

3)社会效益：通过运用QC方法，发散思维，采用了合理的支护选型及质量控制措施，确保了基坑的安全及质量，得到了市质监单位、业主、专家组以及其他兄弟单位的高度评价及一致认可，对于今后公司拓展岩土工程市场打下了坚实的基础。

2.8 巩固措施

通过运用QC方法进行技术攻关结合现场施工，使得城区基坑变形得到有效控制，预应力锚索复合土钉墙+桩锚联合支护型式及自进式锚杆防塌孔措施得到有效推广，宜进一步推广此QC成果，指导以后类似工程施工。后期随之即对正在开挖施工的“某产业园基坑支护工程”进行应用，采用预应力锚索复合土钉墙+桩锚联合支护型式及自进式锚杆防塌孔措施，合理优化调整原有方案，降低基坑施工质量安全问题发生率。某产业园基坑支护工程是继本基坑工程项目后，又一城区深基坑施工项目，为公司开拓深基坑施工市场发展更上新的台阶。

3 总结与今后打算

专业技术方面总结：1)随着公共基础工程建设及城市化的不断推进，基坑周边环境要素也将越来越复杂，基坑支护的难度也随之增大，更需要岩土工程师们探索新型的围护材料、围护方式及围护技术[6]。2)岩土工程勘察人员应严格按照勘察规范进行岩土勘察工作及岩土测试实验等工作，确保提交地勘成果符合工程实际要求；基坑设计人员应根据项目地勘报告及项目周边环境条件，对项目进行多方案、多选型分析计算[7]，最终确定符合项目本身特点的基坑支护方案，确保方案安全、经济、合理可行[8]。

施工质量控制方面总结：运用QC方法在解决问题的全过程中，按照PDCA程序，一环紧扣一环解决问题，对基坑施工质量管理方面进行了总结，提高了小组整体分析及解决问题的专业能力[9]。

通过运用QC方法，合理调整优化施工方案，降低了基坑施工质量安全问题发生率。但技术创新永无止境，在今后的施工中，应大力开展QC小组活动，以此来提高人员的专业素养，按照ISO9001质量管理体系要求，加强施工过程中的质量控制，以建设高质量、高效益项目为目标，为今后城区深基坑施工安全做出应有的贡献。