超高层建筑深基坑施工安全技术研究

孙炫

（中铁建大湾区建设有限公司，广东 广州 511400）

0 引言

伴随着我国建筑业的快速发展，国家对施工安全的管理越发严格，尤其体现在复杂环境下的超高层建筑深基坑施工这类超过一定规模的危大工程。深基坑工程施工存在很多不确定因素，导致存在安全风险，深基坑开挖前需要进行科学分析，针对项目特点、重难点采取安全技术管理措施，并在施工中对风险有效控制，预防事故发生。

1 深基坑工程概况

某超高层办公楼建筑高度142m、设3层地下室。基坑占地面积约19289m2，基坑周长约585m，基坑开挖深度为9.65～15.55m。项目地处亚热带沿海，温暖多雨，施工工程中雨季雨水倒灌风险较大。基坑周边环境复杂，基坑东侧为未开发山体，上下高差达到80m；南面为相邻地块的空地和民用建筑，基坑内边线距离既有建筑4.7m；西面基坑内边线距离道路边线约9.3～14.7m；北面基坑内边线距离道路边线约5.2m。另根据资料显示，周边存在综合电力管道、排水排污管道。

2 重难点及风险评估分析

2.1 周围环境复杂，施工场地受限

该项目施工场地严重受限，用地红线距离地下室轮廓线较近，基坑支护和土方开挖施工阶段场内无法形成环场道路，需合理规划出入口和场内行走路线。现场材料堆放场地、加工场地及半成品堆放场地非常紧张。现场的交通组织难度大，严重制约着深基坑工程施工进度，是工程施工过程中需要解决的难点。周边临近市政道路、管道线路以及建筑物，同时临基坑山体稳定也是重点基坑安全不稳定因素之一，都对深基坑的设计、施工及后续使用提出了挑战，如图1所示。

图1 基坑支护监测

2.2 土方开挖难度大

该项目三层地下室，开挖深度深，最大开挖深度达15.55m。为确保地下室施工过程的安全，基坑支护尤为重要。按施工总进度计划，基坑全部土方开挖及支护要求在较短时间施工完毕，工期非常紧张。本工程基坑土质复杂，周边环境复杂，需编制安全合理、经济可行的土方工程及基坑支护施工方案，最大限度强支护，促工效，缩短工期，确保基坑施工安全，是地下工程的重点和难点。

2.3 风险评估分析

深基坑在施工过程中是处于动态的，在施工过程中难免出现地面超载（如材料堆放、重车停放等）、局部土层软弱、漏（渗）水、支护结构出现质量异常等意外，这些都有可能成为基坑发生安全事故的导火线[1]。由于周边临近建筑物、市政道路和管线，本基坑支护安全设计等级为一级，侧壁重要性系数取1.1，风险事故损失等级标准评估5级，需将其出现概率降低到较低水平。风险事故采取优选支护设计施工方案、加强施工安全技术管理、加强基坑监测工作等风险控制措施，如表1所示。

表1 风险事故损失等级标准

3 针对性安全技术管理措施

3.1 支护设计

由于该工程基坑深度较大，地下室占地面积大，周围环境复杂，施工场地严重受限，通过设计分析，在确保安全的基础上，尽量满足环保经济以及施工方便要求。综合考虑，支护结构采用灌注桩+双管旋喷桩+挂网喷射混凝土，支护桩桩径1m，间距1.2m，桩长18.65～24.55m不等，双管旋喷桩桩径0.6m，间距1.2m，深入基坑开挖面1.5m。支护桩桩顶设冠梁，断面为1000mm×800mm，冠梁至基坑底间在支护桩上设置2～4道腰梁，腰梁尺寸为640mm×467mm，锚索设置2～4道。

3.2 深基坑施工组织部署

（1）场地布置。为了满足各专业施工所需临时场地，设置了专门施工平面管理人员，根据不同施工阶段的需求，合理规划、分阶段进行场地施工平面布置，以解决各个不同阶段的主要问题，实行动态管理，做到材料随用随进场。

（2）制定施工方案并交底。提前制定科学可行的深基坑施工方案，经过专家论证，这是决定深基坑工程能否顺利进行的前提条件[2]。方案应包含总体施工组织、资源投入计划、施工进度计划、主要施工方法和技术措施、安全保障措施和应急措施等内容，在开挖前组织各方进行安全技术交底并严格按交底施工。

（3）支护结构施工。根据地勘资料显示，该工程东侧、东北侧岩层埋深较浅且岩层多为微风化岩，支护桩入岩较长，需采用冲孔灌注桩施工工艺；其他支护桩的部位主要集中在土层、全风化、强风化岩层中，可采用旋挖灌注桩施工工艺缩短施工工期；根据现场施工条件，结合进度需求，灌注桩先行施工，为减少支护桩施工中的相互影响，支护桩施工时采用隔二打一施工顺序，双管旋喷桩在支护灌注桩满足强度等级开始插入施工，在灌注桩及双管旋喷桩施工满足强度等级后方可进行土方开挖。

（4）土方开挖。基坑开挖前对施工红线周围的地下管线以及建筑的具体位置进行勘察标记，且采取切实可行的加固保护措施，确保施工期间地下管线及建筑沉降变形可控；基坑土方开挖时，结合基坑特点选择合理的开挖顺序，遵循分层分段开挖原则，严禁超挖，每层不超过1m，每段不超过20m，并穿插冠梁及锚索的施工。土方开挖至冠梁和每道腰梁底时，待混凝土强度达到设计强度80%以上以后方能张拉锚索，从上往下依次完成锚索施工及张拉。最后一次土方开挖，分段分层开挖至基坑底面，当开挖至标高接近设计标高时，边抄平边配合人工清槽，支护桩间按设计要求做挂网喷锚处理。大面开挖时使用大型机械整体开挖，靠近基坑支护结构处使用小型挖掘机将支护结构下的土方掏挖、倒运到土方运输车上，将土方运出场外，如图2所示。

图2 基坑支护1-1剖面

（5）基坑施工降排水。场地地下水主要受紧邻的珠江水流渗入及大气降水渗入补给，地下水位埋深较浅，基坑内容易积水。为保证基坑开挖过程中保持无地下水上涌，需持续保持降排水工作；开挖坑中坑集水井，开挖至基底-1m位置，安装抽水泵对现场进行抽水作业，经过三级沉淀池沉淀过滤最后排入市政管网，使地下水位始终低于施工作业面，保障现场施工进度与作业人员安全。

3.3 深基坑施工过程安全管理

施工方案经过专家论证审批后，应当严格按方案进行施工[3]，在土方开挖时设置专人监督并进行过程技术指导。深基坑周围设置封闭围栏，且基坑周边不得堆载超限15kPa，基顶2m范围内不得堆放材料，出土口机械设备和车辆荷载不得超过40kPa；对基坑周围地面进行硬化并设置排水沟，避免雨水倒入坑内；施工中机具停放位置必须平稳安全，距离基坑边满足安全距离，该距离根据土质情况、设备重量、支护结构形式综合计算得出；设置专职安全员例行巡检，发现异常情况立即停止施工，并组织各方进行检查分析原因，采取措施解决后方能继续施工；当施工发现现场的实际地层情况与设计所引用的钻孔资料出入较大时，要及时提请设计人员进行必要的设计变更，形成动态管理；当基坑开挖至基底设计标高时及时进行底板施工，地下室外侧在施工完成时及时进行分层回填并夯实；完成基坑的全部回填后仍需继续对基坑进行降水，保持基坑内的低水位，待主体结构施工到符合抗浮要求并经主体设计人员同意后方可停止降水；加强对施工过程的安全管控，规范化施工，作业队伍必须履行执行现场安全管理制度。

3.4 深基坑支护工程施工监测

在施工过程中须建立严格且成熟可靠的监测网，对支护顶部水平及竖向位移、周边建筑物沉降、地下水位等项目进行测点布置，对于关键部位和特殊节点应进行加密监测，对基坑以及周边环境的安全形成施工全过程的严密监测[4]。每次监测完成后应及时提交当日监测日报，每周提交一次监测简报，该简报需包括本周的数据曲线。设计人员应对监测结果进行分析审核，做到动态设计、信息化施工，保障深基坑周围环境及管线安全，如表2所示。

表2 深基坑支护工程施工监测

由于地质条件、材料性质等因素影响，深基坑支护施工难以预测潜在问题，定期持续地进行现场施工监测非常必要，基坑变形控制值、预警值及变形允许速率均应符合《建筑基坑工程监测技术规范》相关监测要求。变形出现异常情况、变形速率突然增大或遇到极端天气时应加密观测频次，当有事故征兆时，应持续监测。开挖期间当支护结构应力变形、地面沉降或水平位移达到控制值的80%时，或地下结构施工期间水平位移速率超过5mm/d，应立即停止施工、启动应急预案并告知设计方和有关部门查明原因制定解决方案并实施、确保基坑安全后方可继续施工。深基坑监测须由第三方专业监测单位负责，施工单位在施工过程中也应形成定期监测，如表3所示。

表3 监测频率

3.5 深基坑工程应急管理

深基坑开挖前应提前编制应急管理预案并组织演练，成立以现场负责人为组长的应急小组，安全员做好日常巡检工作。在基坑开挖过程中，如有支护顶部坡面变化大、基坑周围有土体下陷坍塌迹象，应及时进行土方回填反压处理，回填反压可以采用事先准备的沙包或采用机械就近开挖基坑内土方等方式；在监测过程中发现支护顶部水平及竖向位移、侧向变形、周围建筑物沉降和地下水位等变化超过设计警戒值时，应立即停工，并组织各参建单位召开紧急会议，讨论分析变化形成原因，采取回填反压、土体注浆加固、增加支撑结构等施工措施防止位移以及沉降的进一步变化。若变形超过设计报警值，需立即对支护结构、周围建筑物以及管线进行加密观测，实时反馈监测结果；如有危及安全的变形发生，应立即组织人员疏散至安全地带，对现场形成警戒禁止人员靠近，并及时上报有关管理部门。

4 结语

超高层建筑深基坑工程是岩土结构等工程相互交叉的系统工程，具有临时性，多学科性，事故多发性等特点。通过对施工重难点与风险的全面分析，采取优化设计施工方案、针对性的施工安全技术管理、专业监测以及加强应急管理等措施，能有效管控基坑支护存在的不稳定风险，缩短施工工期，保证工程质量，对加强超高层建筑工程深基坑施工安全技术管理研究具有重要参考意义。