深基坑工程施工安全監(jiān)測及其預警研究

文／李煉威 廣東省珠海市金灣區(qū)建設工程質量監(jiān)測站 廣東珠海 519041

引言：

在建筑深基坑工程處于開挖作業(yè)時，會對周邊位置的巖土體平衡形成破壞作用，同時還會對地應力形成明顯的損壞效果，使得土體結構的固有位移場與應力場出現(xiàn)不同程度的改變，造成土體荷載分布不均勻的情況，最終導致基坑結構產生變形和破壞問題。對于超大深基坑結構的變形問題，其主要原因是基坑鄰近巖土體結構出現(xiàn)沉降作用導致變形，同時基坑底部位置的土體會逐漸隆起并發(fā)生變形，導致基坑支護結構因此出現(xiàn)變形問題。面對上述情況，需要施工方不斷加強自身的安全管理力度，保證安全監(jiān)理工作能夠落實到位，同時還需要設置專門的安全預警機制，用以及時反應施工安全問題，確保深基坑工程作業(yè)施工的整體安全性。

1、安全監(jiān)測與安全預警重要性

對于深基坑工程而言，是我國建筑行業(yè)發(fā)展過程中的一項重要內容，同時也是高層和超高層建筑建設需要應用到的一項關鍵施工技術。參考我國建筑工程方面的相關法律法規(guī)可知，當?shù)叵鹿こ掏诰蛏疃瘸^5m，或者實際深度未到5m，但是地下挖掘作業(yè)難度較高的地下施工工程類型，均屬于深基坑工程。

2015年至今，我國建筑領域發(fā)展成果令人矚目，深基坑工程施工中越發(fā)重視深基坑工程類型的建筑類型，并且建筑工程總體比例的實際比值也在不斷攀升，同時深基坑工程安全監(jiān)測工作的關注度也有著大幅度提升，在加上深基坑工程施工技術的廣泛應用，其社會關注度也在不斷提高，在這樣的情況下，為進一步引導深基坑工程整體施工建設的安全性，使其可以向更高質量和更高安全的爭取方向發(fā)展，需要對現(xiàn)有深基坑工程中正在應用的各項施工建設提供有效保障，并為此進行更加深入的學術研究，從實際角度出發(fā)，保證理論研究層面的研究成果具備實用性價值，同時還需要給予深基坑工程施工安全監(jiān)測和安全預警工作足夠的討論空間，進而形成一種更加專業(yè)的深基坑工程安全施工體系，保證安全預警工作的有效性。

2、深基坑工程施工作業(yè)

2.1 工程案例

某都市軌道交通19 號線二期工程長順村停車場位于協(xié)和大道以西、牧華路和溫家山路以北的地塊內，該地塊規(guī)劃為居住、教育用地，土地性質為一般農田區(qū)，停車場內現(xiàn)狀為空地、少量村舍和少量魚塘，地形多呈壟崗狀，地形起伏較小，地面坡度3°～5°之間，地面高程在480 ～510m 之間，此時的相對高差為10 ～30m 之前，運用庫到咽喉區(qū)、出入段線地塊北高南低。

停車場采用地下建設方式，做上蓋物業(yè)開發(fā)，停車場采用盡端式布置，占地面積約16.32 公頃（其中場前區(qū)占地面積約3.21 公頃），新建建筑面積約19.31 萬m（其中地下建筑面積約16.84 萬m）。

2.2 現(xiàn)場施工安全基本原則

（1）當基坑開挖作業(yè)正式開始前，需要對基坑周邊位置的管線信息展開詳細調查和記錄，如過發(fā)現(xiàn)存在滲漏水問題，則需要在第一時間采取相應處理手段，如：地面灌漿處理、水泵抽排水等手段消除滲漏水給施工安全性造成的安全隱患問題。

（2）施工任務開始前，還需要根據(jù)角門西站東、西方向的實際情況，結合地域水文地質條件，合理開展基坑土方開挖作業(yè)，并且在施工開始后，還需要以“時空效應”作為施工理論指導，根據(jù)“縱向分段、豎向分層、橫向中部挖槽后對稱，限時平衡”的基本原則完成開挖施工任務，同時還需要遵守“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴禁超挖”的基本施工原則，確保最終施工效果。

2.3 建筑基坑開挖施工技術安全注意事項

（1）車站角門西站位置，西側的基坑土方開挖作業(yè)，需要沿西向東的作業(yè)方向執(zhí)行開挖任務，對應的東站廳則與之相反，按照由東向西的作業(yè)方向執(zhí)行開挖任務，同時還需要沿豎向架構進行設計，將基坑中的土體結構合理劃分成上層和下層兩部分土體結構，并按照逐層分臺階式的開挖作業(yè)順序，期間還需要配合相應的支護結構，架設鋼支撐，保證現(xiàn)場開挖作業(yè)的安全性。

（2）對于上層土體，厚度需要控制在14m 左右，然后利用挖掘機設備在基坑內對開挖出的土體直接裝車處理，進行外運利用挖掘機設備進行接力甩土，使坑內的開挖土被運送至坑外。最后，面對部分無法直接進行裝車處理的豎井段結構，如：寬段，此時局部土體結構可利用長臂挖掘機設備執(zhí)行開挖作業(yè)。在此期間，基坑土體每一個不同的臺階，均需要控制開挖方向，使其縱向放坡的實際坡率控制標準，1:2.5為最佳，并且總坡率不可超過1:4.5的比例。

（3）基坑下層結構土體厚度約為13m，針對這部分土體結構，可以利用反鏟挖掘機設備與垂直運輸設備進行處理，如：吊車或者門式起重機裝置，將土體運輸至地面位置，然后裝車外運。車站的東、西兩側基坑內，均需要單獨放置4 臺標準為0.2m 的反鏟挖掘機設備執(zhí)行裝土任務，并在垂直運輸期間，派遣專人為現(xiàn)場吊車駕駛員提供指揮，確保所有施工環(huán)節(jié)、施工技術和施工設備的運用具有更高的合理性，避免鋼支撐結構受碰撞后出現(xiàn)突然脫落的問題，全面保證基坑開挖作業(yè)的整體穩(wěn)定性，為現(xiàn)場施工人員提供更加可靠的安全保障。

（4）車站角門西站位置的東、西兩側站廳，需要明確鋼支撐的實際分布情況，并有針對性的擬定好出土口，同時兩邊采用的鋼支撐軸距標準統(tǒng)一設定為3.8m，同時還需要對兩端頭分別進行專門的防脫落處理，防止出土碰撞作用導致的失穩(wěn)問題發(fā)生。

（5）工程基坑縱向位置，開挖作業(yè)需要分成多個小段執(zhí)行開挖任務，每當完成一段開挖任務，便需要確認此環(huán)節(jié)的施工效果，并對豎向所有小段進行從上到下的檢查，確保分層開挖設計方案能夠得到落實，同時每層的實際厚度都需要控制在3m 以內。

（6）車站東側位置的基坑西端頭與車站西側位置的基坑東端頭，當二者處于臨近固有4 號線15m 以內的范圍后，需要在此時采取對稱開挖作業(yè)模式，并及時提供鋼結構支撐，保證施工安全性。由于此部位的設計方案中共有3 道混凝土結構提供支撐作用，所以，此部位的土方開挖作業(yè)可以參考“豎向分層、中間不拉槽”施工原則執(zhí)行開挖任務，在開挖作業(yè)達到支撐底標高量值后，此時澆筑混凝土材料，形成支撐連續(xù)梁結構，當支撐混凝土結構的實際強度能夠達到最佳狀態(tài)后，方可繼續(xù)向下進行開挖作業(yè)。

3、第三方基坑安全監(jiān)測主要內容

3.1 深層水平位移

深層水平位移問題，屬于基坑安全監(jiān)測工作需要注意到的首要內容，深層水平位移不僅會對工程的受力結構造成影響，同時還會導致支撐結構的局部區(qū)域受到較大應力作用，進而出現(xiàn)變形問題，導致支撐結構強度不足，無法滿足支撐保護的實際要求。因此，需要對基坑所在區(qū)域的地質結構穩(wěn)定性，才能夠保證施工作業(yè)的整體安全性。

3.2 支撐軸力

圍護結構軸力屬于圍護樁結構需要承擔作用力的核心點，但是，此間還需要經過擋土墻側向傳遞的土壓力作用。在這樣的情況下，會形成一種側向支撐體系結構，再加上基坑環(huán)向橫撐和斜撐結構，可以充分保證圍護結構在實際應用中的安全性和穩(wěn)定性。在此期間，由于支撐體系測點具有靈活性特點，所以相應標準不可一概而論，而要根據(jù)實際情況，判斷支撐體系形狀及其受力特點完成設置任務，此間需要注意，即使位置不同，但是每一到支撐結構都需要在測點位置安裝標準為φ20 和φ25 的專業(yè)軸力鋼筋2 根，為支撐提供必要的防護作用。

3.3 地下水位

當深基坑工程處于開挖階段時，地下水會對基坑開挖作業(yè)形成一定程度的不良影響，部分地下水沖擊、浸泡問題還會形成嚴重的滲透作用，進而導致深基坑結構出現(xiàn)開裂或者坍塌現(xiàn)象，最終引起基坑周邊區(qū)域巖土力學性能出現(xiàn)明顯變化，部分區(qū)域的土質松散問題和受力不足問題加劇。因此，需要針對地下水動態(tài)進行實時監(jiān)測，確保工程防水效果始終處于監(jiān)測作用下，才能夠保證基坑施工作業(yè)的安全性。

3.4 樁頂位移

澆筑作業(yè)中，由于水下澆筑作業(yè)的不完善，非常容易導致泥漿出現(xiàn)沉淀的情況；與此同時，樁頂夾泥問題也會在一定程度上影響到混凝土的最終使用狀態(tài)，會對工程整體施工造成非常不利的影響；待澆筑施工完成后，在預埋鋼護筒和拔拆期間，因為施工人員自身作業(yè)時的用力不均，會導致混凝土質量受到影響；在樁頂部位的施工作業(yè)時，其作業(yè)質量也會因此而受到一定程度的波及，正式施工作業(yè)階段，施工人員在鑿除混凝土樁頭位置時，一般會習慣性采用作業(yè)功率比較大的風鎬，此時聲測管周圍的建筑混凝土材料也會因此受到干擾，造成不良后果。基于此，需要監(jiān)測機構派遣專業(yè)技術人員對各種可能造成樁頂位移問題的情況進行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)上述情況存在，則需立即采取相應處理辦法，保證施工作業(yè)安全性。

3.5 坡頂位移

參考施工現(xiàn)場周邊環(huán)境要求，結合當?shù)貛r土條件，遵循“安全，經濟，方便”作業(yè)原則，確定基坑開挖作業(yè)中的邊坡開挖方案。本次工程中采用輕型井點降水為主的開挖方案，同時為坡面設定鋼絲網(wǎng)等相關防護處理措施。

在本次深基坑施工作業(yè)期間，放坡開挖任務尤為關進，如果開挖坡度存在問題，則會導致開挖作業(yè)期間出現(xiàn)極為嚴重的邊坡滑移現(xiàn)象或坍塌現(xiàn)象，進而導致工程樁出現(xiàn)移位，最終對現(xiàn)場施工人員造成人身安全威脅。因此，需要在設置開挖邊坡測點位的過程中，在每30m 間距的位置設定一個點位，并在部分具有關鍵性或者特殊的位置設定測點，通過這種方式保證邊坡在出現(xiàn)失穩(wěn)問題后可以被及時發(fā)現(xiàn)。

4、安全保證體系

4.1 工程施工安全保證體系

工程安全組織結構如圖1 所示：

圖1 安全生產領導小組圖

4.2 安全管理制度

工程施工安全管理制度如表1 內容所示：

表1 安全生產管理制度表

4.3 安全管理措施

（1）樹立“安全第一，預防為主”的思想。建立安全學習制度，做好安全宣傳教育工作，提高全員施工安全意識；

（2）各工序開工前要做好安全技術交底工作，所有作業(yè)人員必須按施工方案、交底及安全規(guī)范規(guī)定進行施工操作，杜絕一切違章指揮和違章操作；

（3）施工現(xiàn)場按規(guī)定設置安全防護措施，人員進入施工現(xiàn)場要按規(guī)定使用安全防護用品；

（4）工地所有設備定期保養(yǎng)，保持良好的工作狀態(tài)及完備的安全裝備。特殊工種人員要持證上崗，禁止無證操作，無證駕駛；

（5）高空作業(yè)要設置安全網(wǎng)，安全繩和保險帶；

（6）加強施工監(jiān)測，觀察邊坡及護壁樁穩(wěn)定情況，發(fā)生監(jiān)測數(shù)據(jù)異常時及時采取相應技術措施；

（7）場地內道路采用“人行道+車行道”的分流車道，作業(yè)人員嚴禁違章通行。

4.4 地基沉降處理措施

開挖隧道作業(yè)期間，為避免地基沉降造成的隧道拱頂出現(xiàn)冒頂垮塌問題，需要在隧道上部固有設計范圍的外圍區(qū)域，搭設水平旋噴樁樁孔，保證樁孔間隔合理性。其中，高壓旋噴切割土體或者土體置換期間，可以使各個獨立水平旋噴樁呈現(xiàn)出一種互相疊合的狀態(tài)，進而形成更加致密的土體可狀結構，為隧道提供必要的防護作用，使其上部結構可以一定范圍的地層形成更為堅固的整體，為隧道開挖作業(yè)提供便利性。

4.5 應力重分布處理措施

針對應力重分布問題，可利用水平旋噴樁作業(yè)法進行處理。正式操作施工階段，鉆桿設備鉆到指定深度以后，可使用高壓將水泥漿液旋轉噴射到隧道附近的土體中，由于隧道挖掘圍巖后的巖體處于較為松碎的狀態(tài)，所以可以在進行切割土體后，將其與漿液進行充分混合均勻，通過這種方式避免漿液由于土體孔隙問題無法到達目標破碎區(qū)域，避免出現(xiàn)滲水等問題。待經過一段時間后，此時的漿液會徹底凝固，并與破碎土體共同形成堅實的樁柱結構，可以為隧道開挖作業(yè)的上方位置提供類似懸臂梁結構的保護作用，為隧道正常施工作業(yè)提供更為可靠的安全防護效果。

4.6 應急預案

為確保在突發(fā)險情發(fā)生后，能做到及時、迅速、有效搶險，將險情進一步控制在最小范圍，減少和防止險情對周圍環(huán)境、社會人員、施工人員和工程結構本身的影響，項目部成立了以項目經理為應急總指揮，項目其他領導班子為應急副總指揮，項目各部門負責人為組員的應急救援領導小組。詳情如圖2 內容所示：

圖2 項目部應急救援領導小組

結語：

綜上所述，我國現(xiàn)代建筑工程正在向更高、更大的方向發(fā)展，深基坑技術作為建筑工程領域內的重要組成結構，需要受到建筑企業(yè)的高度重視，保證現(xiàn)場施工安全的同時，樹立更為鮮明的安全保障意識，確保各項安全監(jiān)測工作都可以落實到位，保證各項深基坑安全預警工作都可以發(fā)揮出自身應有作用，保證工程建設的整體質量能夠達到合格標準，進而為我國建筑領域的良好發(fā)展奠定更為可靠的基礎。