談上海地鐵深基坑施工中影響工程安全的常見問題

【摘要】近年來隨著城市建設(shè)的大發(fā)展，交通車輛猛增。且上海地鐵基坑建設(shè)也隨之向“寬、深、大”的方向發(fā)展，故地鐵車站深基坑施工的安全技術(shù)問題越顯突出，風(fēng)險(xiǎn)控制要求也越來越具體，難度俱增。本文就上述問題結(jié)合上海新一輪大規(guī)模地鐵建設(shè)中所發(fā)現(xiàn)的影響工程安全的常見問題提出探討。
【關(guān)鍵詞】深基坑施工快速施工 及時(shí)有效 支撐 降排水效果 風(fēng)險(xiǎn)意識
0 緒言
地下建筑是一種結(jié)構(gòu)空間取代巖土空間的工程活動(dòng)，上海軟弱土層的地鐵車站深基坑工程也不例外。上海建造地鐵不僅要穿過密集的建筑群和縱橫交叉的管線網(wǎng)，而被地鐵工程空間取代的又是飽和軟弱淤泥質(zhì)土層，在這樣苛刻的條件下修筑地鐵車站，給我們保護(hù)環(huán)境安全和防止基坑的失穩(wěn)，增加了困難，也就是說深基坑施工隱藏著很大風(fēng)險(xiǎn)性。上海地鐵車站埋深一般在16～23m，該基坑工程是由地下連續(xù)墻做圍護(hù)、坑內(nèi)土層注漿加固和井點(diǎn)降水后挖土、支撐及結(jié)構(gòu)混凝土等工程的組合，是一項(xiàng)復(fù)雜而帶風(fēng)險(xiǎn)的綜合性工程，其中挖土與支撐是決定基坑施工成敗的關(guān)鍵工序，是深基坑工程的主要風(fēng)險(xiǎn)階段。挖土是個(gè)卸載過程，是對地層破壞和擾動(dòng)，破壞了土體結(jié)構(gòu)的原平衡狀態(tài)，引起土體內(nèi)應(yīng)力場的變化，它的后果是使基坑內(nèi)的土體向開挖方向滑動(dòng)，產(chǎn)生坑底土體的回彈和圍護(hù)擋土結(jié)構(gòu)的內(nèi)移，這變化的實(shí)質(zhì)也是種平衡，但是種自然的破壞性平衡，為了有效控制這種破壞性的平衡，設(shè)計(jì)采用了φ609鋼管支撐措施。支撐是承受圍護(hù)所傳遞的水土壓力，來平衡主動(dòng)壓力，但這鋼管支撐只是臨時(shí)過度性措施，還必須盡快的按設(shè)計(jì)澆注混凝土結(jié)構(gòu)才是永久性的平衡措施。所以說基坑工程施工破壞在前，平衡在后，變形在先，支撐在后，回筑更后。支撐總是滯后于圍護(hù)的內(nèi)移，因此及時(shí)而有效的支撐，是深基坑工程施工減小圍護(hù)墻無支撐暴露面積和無支撐暴露時(shí)間，減小圍護(hù)墻的變形，減小基坑工程風(fēng)險(xiǎn)十分重要的安全技術(shù)保證措施。
注漿加固和降水工程是上海地鐵基坑工程不可缺少的技術(shù)措施，日的是通過加固和降水改變上海軟弱土層的土體結(jié)構(gòu)和含水量來提高土體強(qiáng)度，增強(qiáng)基坑整體抗失穩(wěn)(滑坡和隆起)的能力，被動(dòng)土的抗力增加，減少了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，有利于環(huán)境的保護(hù)。但加固和降水也存在負(fù)面效應(yīng)，盡管不大，卻客觀存在，它們都是先破壞后加固的，地基加固有擠壓擾動(dòng)作用，對圍護(hù)墻有外推趨勢，降水產(chǎn)生土體干縮引發(fā)圍護(hù)墻內(nèi)移。這種負(fù)效應(yīng)是有限的，而且加固和降水在基坑工程中相對于挖土和支撐是靜止的，地層空間變化不大，挖土和支撐卻在動(dòng)態(tài)中進(jìn)行，占了基坑工程很大的時(shí)空，因此說挖土和支撐是決定基坑工程施工成敗的關(guān)鍵所在，是深基坑工程施工的風(fēng)險(xiǎn)主要階段。
綜上所述，筆者認(rèn)為：
1采取對策
上海深基坑工程施工的安全問題要控制風(fēng)險(xiǎn)的出現(xiàn)，就是要可靠的防止基坑整體失穩(wěn)(滑坡和隆起)，要防止支撐體系的強(qiáng)度破壞(支撐的偏心撓曲和撐點(diǎn)滑動(dòng))，采取的對策：
1．1 堅(jiān)持按時(shí)空效應(yīng)原理確定施工參數(shù)
時(shí)空原理就是針對上海軟土地層具有流變的特性，利用土在基坑開挖過程中位移的變化規(guī)律，提出的一種控制措施，具體地說對車站施工全過程按工序進(jìn)行分解控制，在空間上規(guī)定尺寸大小，在時(shí)間上定下完成時(shí)限，按量化的空間和時(shí)間結(jié)合有序的操作。上海地鐵一、二號線車站建設(shè)的實(shí)踐證明，按時(shí)空效應(yīng)原理施工是非常有效的積極的主動(dòng)的安全施工措施。有了工程的安全，也就有了環(huán)境的安全，因此利用好時(shí)空效應(yīng)的原理，才是根本的直接的環(huán)境保護(hù)措施。
1．2 在監(jiān)測數(shù)據(jù)指導(dǎo)下，按時(shí)空效應(yīng)原理組織均衡的快速施工
快速施工是地下建筑安全施工的二大要素之一，快挖土、快支撐、快回筑，向“快”要安全。這種“‘陜，’是有序的“快”，是有準(zhǔn)備的“快”，無序無準(zhǔn)備的快是亂，亂要出亂子，該“快”不快也要出亂子。序就是按工序編制施工程序和操作細(xì)則，嚴(yán)洛按細(xì)則操作，做到有條不紊，分工明確、落實(shí)崗位、責(zé)任到人。工序施工準(zhǔn)備就是要有超前的意識“做一、備二、想三”(根據(jù)能力、環(huán)境、天氣)。要做到有序有準(zhǔn)備，事前要向全體施工人員進(jìn)行施工方案的技術(shù)交底，這是關(guān)鍵也是先決條件，只有施工人員都明白了，做什么，怎么做，為何要這樣做，什么時(shí)間開始做，什么時(shí)間完，好的標(biāo)準(zhǔn)是什么，如何配合?分工明確、責(zé)任到人，就可以“快”起來。簡言之，要使全體施工管理人員、工人建立起對深基坑工程施工要有盡快建立起新的永久平衡概念，有保護(hù)環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)意識，才會自覺的去“快干”，這是一項(xiàng)深基坑施十分重要的管理措施。
1.3水
施工中少不了水，但水往往是地下工程工程事故的禍根，因此處理好水可稱謂是地下建筑安全施工二大要素之二。降排水不僅關(guān)系到改善工人下坑挖土、修整的勞動(dòng)條件，更是提高土體強(qiáng)度(撐力)減少回彈，減小基坑變形的措施，而且也是縱坡穩(wěn)定預(yù)防滑坡的重要措施。因挖土后邊坡前后出現(xiàn)了水位差，便產(chǎn)生水在土坡中的滲流，對土坡的穩(wěn)定是十分不利的。要十分重視降排水的效果，降排水效果也是組織快速施工不可缺少的重要保證。因此做好基坑工程的明水疏排和暗水降排是深基坑施工十分重要的不可缺少的技術(shù)措施。
2 目前在深基坑開挖中常見的不安全的隱患
2．1 支撐的及時(shí)性是關(guān)鍵工序
目前在工地巡查中不易反映出，多數(shù)無記錄、問圍護(hù)墻無支撐暴露時(shí)間多長?說不清，少數(shù)經(jīng)仔細(xì)詢問有的是“在5～7h，多的要花19h撐上支撐”。從《監(jiān)測報(bào)表》反映有的測點(diǎn)變形值很大，已提出了報(bào)警(有累計(jì)值，也有一天的變化值)但沒見到對策措施記錄。
2．2 支撐的可靠性、有效性存在的問題較多
(1)較多工地的斜撐焊接無仰焊，僅有的俯焊焊縫的質(zhì)量達(dá)不到要求，漏焊、間斷點(diǎn)焊為數(shù)不少。這會引起斜撐因較大的剪力而產(chǎn)生脫焊的危險(xiǎn)。
(2)幾乎每個(gè)工地都有契形針(傳力墊塊)契人深度不過中的，42cm長的契形針，有的竟只契入5cm，形成偏心傳力。造成偏心的還有單塊契入和二塊契形傳力墊塊同向契人，甚至有用三塊針同向契入的。有的站采用了箱型伸縮段的活絡(luò)頭，這種箱型伸縮段本身有一斜面，所以只需單塊契形傳力墊塊，但也有用了二塊、三塊契入，造成偏心傳力。當(dāng)然，也有較好的工地42cm長的傳專力墊塊，契人后頂端的高度都能保持不過φ609管外緣高度。
(3)支撐承壓端板與地下墻不密貼，有的用鐵塊來墊，也出現(xiàn)了用木塊來墊的，造成偏心：較好的工地，端板電焊了200mmx200mmx20mm的中心傳力墊塊，其周邊又用雙陜砂漿墊塞。
(4)有的工地在支撐上堆上了土或支撐被混凝土塊壓而往往不當(dāng)一回事的，個(gè)別工地竟在鋼支撐上堆土并鋪上走道板，停置挖機(jī)進(jìn)行挖土的嚴(yán)重違章作業(yè)。
(5)有的工地竟用φ16和φ25鋼筋代替?zhèn)髁|塊的，也有用2cm厚代替4cm厚塑塊的。
(6)有支撐不直的(水平方向)，有螺栓松動(dòng)的(較多的工地存在)，個(gè)別支撐還缺少螺栓。
(7)契形傳力墊塊加工不規(guī)范，用氣割加工后不再刨平。致使使用的契形傳力墊塊不平整，有卷邊毛刺，無法契人，產(chǎn)生偏心傳力。應(yīng)該說，凡未經(jīng)刨床加工的和契形傳力墊塊斜率不—致的契形墊塊都不準(zhǔn)使用。應(yīng)備制些寬度不同蚴巨形墊塊，用來調(diào)節(jié)活絡(luò)頭伸縮段長短，而契形傳力墊塊只是用來契緊傳力。
(8)普遍存在支撐與中間立柱樁的縱向聯(lián)系梁抱箍抱得過死，不能在需要時(shí)進(jìn)行調(diào)整。
2．3 明溝排水系統(tǒng)不完善
基坑開挖過程中，明溝排水系統(tǒng)不完善，常常是缺少縱向排水明溝，集水井如果有也是小和淺，排水不暢，一下雨基坑就積滿水。基坑水溝和集水井要及時(shí)設(shè)置，不能下了雨再去挖。必須隨挖土隨修坡同時(shí)修筑。下了雨再挖勢必泡軟基坑土層。對留置較長時(shí)間的土坡，縱坡頂可不設(shè)橫截溝，只設(shè)20～30cm高的擋水堤。層平臺也不設(shè)橫截溝，只須縱向帶斜面(10‰·30‰小緩坡)即可，或挖成樹枝狀的水溝。集水坑應(yīng)設(shè)在總坡底(或?qū)悠碌?，若要設(shè)縱向排水明溝，不能沿地下墻邊，要設(shè)在坑中或三分線上。要十分小心土坡地層內(nèi)的暗浜及廢除的管線和人防殘留設(shè)施，會有產(chǎn)生軟淤泥或暗流的危險(xiǎn)，如不可靠地排除，將會導(dǎo)致災(zāi)害性的事故，此應(yīng)務(wù)必引起高度重視。
2．4基坑開挖局部有超挖現(xiàn)象
其表現(xiàn)在有的工地在兩道支撐間的層坡過緩，達(dá)1：3，所以近坡腳區(qū)域出現(xiàn)超挖，造成無支撐暴露面積過大，時(shí)間過長，地墻的變形就大，開挖中各層土宜挖至支撐底下20cm左右。問題嚴(yán)重的還是大多工地的層坡過陡，有的已是直立，當(dāng)降水不好或下了雨就會出現(xiàn)小滑坡的險(xiǎn)情，有的工地竟同時(shí)有二個(gè)，甚至于三個(gè)陡立的層坡。正確的做法必須是土挖完，即進(jìn)行修坡、修平臺和挖水溝，達(dá)到了安全層坡的要求，再挖另一層段的土方，使基坑縱坡常保持在安全坡度狀態(tài)下。土坡要按土性經(jīng)過邊坡穩(wěn)定性分析，定出安全坡度，縱向放坡要小于這安全坡度。通常降水好的基坑層坡保持1：1．5左右，總坡做到1：2．5-1：3為宜。修坡必須自坡頂起鏟下，切忌從坡腳開始。
2．5 支撐活絡(luò)頭伸縮段伸出過長
支撐活絡(luò)頭伸縮段伸出過長，有的長達(dá)40cm。一肥不宜超過20cm。
2.6墓坑邊堆載的危險(xiǎn)性來引起重視
基坑邊堆載的危險(xiǎn)性還未引起高度十分重視，放管片、停大型機(jī)械、堆土方等還存見。
3 需改進(jìn)的工作
基坑開挖必須建立下“任務(wù)單，’和填寫“挖土支撐記錄表”的制度使挖土、支撐的施工單位和監(jiān)理人員對當(dāng)天的工作做到心中有數(shù)，挖土的配上足夠的挖運(yùn)能力不能哪里好挖挖那里；支撐的要事前預(yù)拼并備足配件，做到土完即到場設(shè)撐；監(jiān)理人員在土完設(shè)撐時(shí)要旁站，加預(yù)應(yīng)力，下契塊，各方負(fù)責(zé)人填表簽字。目的達(dá)到有序快速，做到支撐及時(shí)、有效。當(dāng)然關(guān)鍵還在于要結(jié)合《監(jiān)測報(bào)表》經(jīng)常分析“記錄表”中，挖土完到支撐加力完的時(shí)間，提出緊湊工序銜接，或調(diào)整場布、調(diào)整機(jī)具或調(diào)整工序安排等有效措施，盡可能地縮短時(shí)限，優(yōu)化時(shí)空參數(shù)，減少無支撐暴露時(shí)間，達(dá)到控制基坑變形在允許范圍內(nèi)的目的。
3．2 減少基坑暴露時(shí)間
盡快的按設(shè)計(jì)回筑好結(jié)構(gòu)，建立永久的平衡。結(jié)構(gòu)回筑要快，尤其是底板和底板前的墊層。端頭井面積較大墊層可分為幾缺，結(jié)構(gòu)施工段的墊層也可分成幾小段；大于200平方米以上胡基底不能置留一天以上。尤其是遇大雨，墊層可挖一塊(段)澆注—塊(段)，但必須對應(yīng)著支撐的位置筑墊層混凝土；底板混凝土應(yīng)在墊層混凝土完后的5～7d內(nèi)澆注，，總之澆注墊層和底板要搶，越快越好。
3．3 加強(qiáng)監(jiān)測工作
《監(jiān)測報(bào)表》要及時(shí)、準(zhǔn)確和完整。監(jiān)測數(shù)據(jù)要上午測，下午就送施工、監(jiān)理和建設(shè)單位，加密測試的《快報(bào)》測后二小時(shí)內(nèi)必送交。每周要做周分析，在例會上講評，并將分析報(bào)告在周一送項(xiàng)管部一份。當(dāng)監(jiān)測出現(xiàn)報(bào)警值，監(jiān)理要組織分析，提出對策意見。
4 將復(fù)加支撐預(yù)應(yīng)力的控制措施定為制度
(1)在撐了第三道(或第二道)支撐后，對第—道、第二道軸力作檢查，如預(yù)應(yīng)力損失大應(yīng)及時(shí)復(fù)加到設(shè)計(jì)規(guī)定的值；當(dāng)撐上第五道(或第四道)支撐后，對第三道和第四道作險(xiǎn)查并施加到設(shè)計(jì)規(guī)定值。
(2)如圍護(hù)結(jié)構(gòu)或周邊環(huán)境變形值較大(出現(xiàn)報(bào)警值)即對變形大的測點(diǎn)左右約—倍坑深影響范圍內(nèi)的支撐，復(fù)加比設(shè)計(jì)規(guī)定的軸力再大10％的撐力(當(dāng)然這要事前征得設(shè)計(jì)的同意并辦妥簽證手續(xù)).