深基坑工程施工质量问题及系统解决措施

张 杰，倪国洪，张 飞，郭金坡

（1.中铁电气化局集团北京建筑工程有限公司，北京 100039；2.浙江省一建建设集团有限公司，浙江 杭州 310000；3.北京城建一建设发展有限公司，北京 100000；4.北京天圣源建筑工程有限公司，北京 102200）

0 引言

近年来，随着区域经济圈概念的提出，各大城市间的公共交通基础设施不断完善，截至 2020 年年底，高速铁路运营里程达 3.79 万 km，稳居世界第一。高铁车站作为连接城市间交通的重要枢纽，一般在城市城区施工，周边临近高层建筑物多，深基坑变形难度控制大，需要加强对基坑工程的全过程质量管理。

1 工程概况

1.1 项目概况

泉州南站站房为线侧下式站房，站房总建筑面积29 999 m2，站房 ±0.000 相对于绝对标高 24.876 m；建筑层数主体 2 层，局部 3 层（含夹层），建筑高度 33.80 m（屋脊处）。站房基础采用钻孔灌注桩，站房主体结构为钢筋混凝土框架结构体系，站房主体屋面为网架结构，两侧附属部分屋面为钢筋混凝土结构和空间桁架结构。建筑结构设计使用年限 50 年，建筑结构安全等级为二级；屋面及地下室防水等级为 Ⅰ 级。

1.2 工程地质环境和基坑开挖情况

1.2.1 工程地质环境情况

根据地勘单位提供的《新建福厦铁路泉州南站站房及雨棚工程岩土工程勘察报告》，场地土层自上而下依次为：①素填土（Q4ml），层厚 0.50～10.50 m；②粉质黏土（Q4al+pl），层厚约 1.30～4.60 m；（基坑土层）；③粉质黏土（Q4al+pl），层厚 1.10～8.70 m；（基坑土层）；④残积黏性土（Qpel），层厚 1.20～15.40 m；⑤全风化混合花岗岩（T3-J），层厚 0.60～26.90 m；⑥砂土状强风化混合花岗岩（T3-J），层厚 0.80～11.40 m。本次施工开挖深度在地下 -5.6～-7.9 m，主要在粉质黏土层范围内。在软土地基上进行深基坑支护工程设计时，应充分考虑工程地址及周边环境条件对支护工程的影响，在安全的情况下选择经济合理、便于施工的支护方案［1］。因此在项目进行深基坑工程施工时，根据周边环境的特点，选择自然放坡和土钉墙锚杆支护施工技术。

1.2.2 地下水条件

本场地基坑开挖范围内的地下水主要为：赋存于填土层中上层滞水；赋存于残坡积层、冲洪积层及风化岩中的孔隙或裂隙潜水，埋深为 0.50～15.80 m，主要补给来源为大气降水。根据站前地道基坑开挖土质来看，实际土质与勘察报告相符，开挖深度内无地下水，可采取明沟排水方案。坡顶沿基坑周边 0.5 m 位置设置截水沟，基坑底四周设置排水沟和集水井，把雨水等利用排水沟排入集水井内，再利用潜水泵抽出，排入附近排洪涵。

1.2.3 基坑开挖情况

泉州南站站房施工深基坑开挖施工平面图如图1 所示：整体呈 L 形区域。现有地坪标高为 ±0.000，坑底标高最高处为 -5.6 m，坑底标高最低处 -7.9 m，基坑安全等级为二级。开挖过程中，Ⅰ、Ⅱ 区域共用一个出土通道，Ⅲ 区域用一个出土通道，同时开挖。

2 深基坑工程施工重大事故隐患问题

根据住房和城乡建设部发布的《房屋市政工程生产安全重大事故隐患判定标准（2022 版）》的通知规定，基坑工程有下列情形之一的，应判定为重大事故隐患：①对因基坑工程施工可能造成损害的毗邻重要建筑物、构筑物和地下管线等，未采取专项防护措施；②基坑土方超挖且未采取有效措施；③深基坑施工未进行第三方监测；④有下列基坑坍塌风险预兆之一，未处理的，如支护结构和周边建筑物变形值超过设计变形控制值；基坑侧壁出现大量漏水、流土；基坑底部出现管涌；桩间土流失孔洞深度超过桩径［2］。以上是深基坑工程施工中遇到的施工质量问题，必须予以解决，否则会造成重大的人员伤亡和财产损失。针对以上质量问题要有系统的解决措施，从方案编制到施工工序的质量管理，深基坑工程的监测和信息化运用，实现全过程质量管理。

3 施工方案编制和验收监测的质量控制

3.1 深基坑方案编写的质量控制

根据《危险性较大的分部分项工程安全管理规定》：开挖深度超过 5 m（含 5 m）的基坑（槽）的土方开挖、支护、降水工程，属于超过一定规模的危险性较大的分部分项工程，必须组织专家论证，对方案的编制进行质量审核。同时为进一步加强和规范房屋建筑和市政基础设施施工过程中危险性较大的分部分项工程安全管理，提升施工现场的安全管理水平，深基坑工程施工专项方案应根据住房和城乡建设部 2021 年 12 月 8 日关于印发《危险性较大的分部分项工程专项施工方案编制指南》［3］的通知要求进行编写，保障方案内容的质量。方案主要包括以下九个方面的内容：①工程概况；②编制依据；③施工计划；④施工工艺技术；⑤施工保证措施；⑥施工管理及作业人员配备和分工；⑦验收要求；⑧应急处置措施；⑨计算书及相关施工图纸。对于本项目基坑工程，方案中要明确验收的内容和标准，如基坑开挖至基底且变形相对稳定后支护结构顶部水平位移及沉降、建（构）筑物沉降、周边道路及管线沉降、锚杆（支撑）轴力控制值、坡顶（底）排水措施和基坑侧壁完整性，这是基坑工程质量控制的关键措施。

3.2 基坑施工质量验收控制要点

对基坑工程的验收是确保深基坑施工质量和安全的有效管理手段，根据本项目的施工内容和特点，验收主要包括以下七点：①根据设计图纸检查基槽的开挖平面位置、尺寸、槽底深度；检查是否与设计图纸相符，开挖深度是否符合设计要求；②仔细观察槽壁、槽底土质类型、均匀程度和有关异常土质是否存在，核对基坑土质及地下水情况是否与勘察报告相符；③原材进场及时进行报验，合格后方能使用；④每 100 m2抽检喷射混凝土厚度 10 处；厚度平均值应大于设计厚度，最小值不应小于设计厚度的 90 %；⑤喷射混凝土强度符合设计要求；⑥固定钢筋的间距、深度；钢筋网片的位置、搭接长度和保护层厚度均符合要求；⑦泄水孔进水侧设置反滤层或反滤包，外倾坡度不宜＜5 %。

3.3 土钉墙的质量检测

在土钉墙的施工过程中，应对土钉的抗拔承载力进行检测，土钉的检测数量不宜少于土钉总数的 1 %，且同一土层中的土钉检测数量不应少于 3 根：试验最大荷载不应小于土钉轴向拉力标准值的 1.1 倍。检测土钉应按随机抽样的原则选取，并应在土钉固结体强度达到设计强度的 70 % 后进行试验。土钉墙面层喷射混凝土应进行现场试块强度试验，每 500 m2喷射混凝土面积试验数量不应少于一组，每组试块不应少于 3 个。应对土钉墙的喷射混凝土面层厚度进行检测，每 500 m2喷射混凝土面积检测数量不应少于一组，每组的检测点不应少于 3 个；全部检测点的面层厚度平均值不应小于厚度设计值，最小厚度不应小于厚度设计值的 80 %［4］。

3.4 基坑监测和信息运用的质量控制

深基坑工程施工需委托第三方有资质的单位进行基坑监测工作，编制施工监测方案，掌握基坑变形监测信息，以指导土方开挖施工，动态调整土方开挖方式、开挖进度，以保证施工安全［5］。对可能发生的危险进行预警，为工程施工的安全性提供定量化的数据支持。现场基坑支护的检测主要包括支护结构和周边环境的变化。周边环境变化包括道路、建构筑物、管线的沉降、地下水位等内容；具体工程监测内容可根据基坑侧壁安全等级按 JGJ 120－2012《建筑基坑支护技术规程》［6］表3.8.3 进行选择。在进行监测的过程中，要重视监测资料的收集和归档工作。监测记录的表格要使用规范规定的表格内容，不得随意删减监测项目，监测数据的整理要及时，监测信息要及时传达到相关的单位和部门。发现有接近报警值或变化速率突然增大时，要及时通报现场施工人员、监理单位，分析原因并果断采取措施，保障施工人员的安全，同时要采取加密监测频率的措施。

4 深基坑工程施工质量控制

深基坑工程隐患问题产生的原因主要是由于设计不尽合理、施工不能达标、管理不够完善造成的；处理以上问题不仅会延长工期，而且增加工程成本［7］。所以在进行基坑工程施工的过程中，应具有高度的质量意识，加强基坑施工全过程的质量管理和控制，对深基坑施工的关键过程和重难点环节进行重点技术分析研究。主要做好以下三点：①设备及材料的控制，对于材料的控制是深基坑工程确保质量的关键，设备的质量管理工作也值得高度的重视；②工序质量控制，在关键的施工环节和稳定性不高的施工环节，施工人员应该给予高度重视，做好技术交底工作，同时也要做好工序过程的验收工作；③监测的质量管理，严格把关监测的频率和质量，做好监测信息的反馈工作［8］。

为做好项目基坑工程施工的质量，防止坍塌和沉降事故的发生，还应建立健全质量管理体系组织机构，明确质量管理的目标。泉州南站项目制定了 5 项质量控制目标：①工程质量符合国家、行业和中国国家铁路集团公司有关验收标准、规范及设计文件要求，单位工程一次验收合格率 100 %，工程质量合格；②泉州南站站房实体工程质量争创国家优质工程；③检验批、分项、分部工程施工质量检验合格率达到 100 %；④主体工程质量零缺陷，杜绝较大及以上等级工程质量责任事故；⑤竣工文件做到真实可靠，规范齐全，实现一次交接合格。围绕项目的总体质量目标，强化了对基坑土方开挖和支护工程的质量管理。

4.1 边坡支护施工质量控制

4.1.1 边坡挂网质量控制

边坡防护面层由φ8@20 0×20 0 钢筋网片和100 mm 厚 C25 混凝土构成。在基坑开挖时，严格按照“平面分区、竖向分层、边挖边支护、限时开挖、不得超挖”的原则施工，分层开挖示意图如图2 所示。做好支护和土方开挖的紧密配合，随挖随支护，控制无支护暴露时间在 24 h 之内。控制边坡挂网混凝土的质量，就应严格按照施工工艺流程进行施工，施工流程为：土方开挖→边坡修整→φ8@200×200 钢筋网片安装→设置泄水孔→面层喷射混凝土→洒水养护。

图2 分层开挖示意图（单位：mm）

边坡施工过程中进行了施工技术交底工作，要求将以下六个方面作为质量控制的关键过程：①基坑应分段分层自上而下进行开挖，每层开挖深度不超过 1.5 m。边挖边检查坑底的宽度及坡度，不够时及时修整。无论开挖还是修坡，达到深度后均应进行边坡支护施工，边坡周围需设置不少于 3 m 宽边坡支护工作平台。②支护前先检查边坡的稳定性，再清除边坡中的松土、危土。凹凸不平的坡面须大致整平。③在修好的边坡坡面上，按坡面方案要求铺设钢筋网片，钢筋网的搭接采用绑扎，左右段之间、上下段之间的搭接长度应＞300 mm。边壁上的钢筋网网顶应延伸至地表面，水平包顶长度分别为 500 mm。④按照设计要求修整边坡，坡面的平整度允许偏差为 ±20 mm，喷射混凝土前松动部分应予以清除。坡顶与截水沟间的宽度 0.5 m 地面应做混凝土护面。⑤钢筋网片与坡面的间隙不应＜ 20 mm，符合保护层要求，可用短钢筋插入土中固定。⑥施工中需确保边坡不漏水、渗水；为防止雨水沿坡体浸入，在基坑坡面设泄水管，以减少侧向水压力。泄水管采用Φ25PVC 管，长500 mm，梅花型水平布置，纵横间距宜为 2 m。

4.1.2 边坡喷射混凝土质量控制

在喷射混凝土前，面层内的钢筋网片应牢固固定在边坡壁上，并应符合下列施工质量要求：喷射混凝土的厚度为 100 mm，强度等级为 C25。喷射采用潮式喷射工艺，喷射作业应分段、分片进行，同一段应自下而上，喷头与受喷面距离宜控制在 0.8～1.5 m，射流方向垂直指向喷射面，为保证喷射混凝土厚度达到规定值，在边壁上垂直插入废旧钢筋材料制作而成的措施钢筋，作为厚度的措施。喷射混凝土 2 h 后，进行洒水养护。喷射的混凝土护坡要密实、平整、无裂缝、脱落、漏喷、漏筋、空鼓、渗漏水等现象，平整度允许偏差 30 mm。

4.2 土钉墙施工质量控制

土钉墙支护施工是在基坑开挖过程中将较密排列的细长杆件土钉置于原土体中，并在坡面上喷射钢筋网混凝土面层。土钉墙支护充分利用土层介质的自承载力，形成自稳结构，土钉主要承受拉力，喷射混凝土面层调节表面应力分布，体现整体作用。一般适用于地下水位以上或经降水后的黏性土或密实性较好的砂土层、深度一般≤12 m 的基坑工程［9］。

4.2.1 土方开挖和坡度控制

现场土方的开挖必须紧密配合土钉墙施工，要分层分段开挖施工，开挖的宽度一般控制在 8～15 m 为最佳。现场要做到开挖一层，支护一层；同时要注意预留保护层避免对原状土的扰动，每层开挖深度为 1.3～1.5 m，每段开挖长度≤15 m，且应间隔开挖。开挖后应及时对壁面进行修整。施工顺序如下：开挖第一层土方，冲击钻成第一排土钉孔，孔径 100 mm，插入土钉后注浆，挂设钢筋网，喷射混凝土；按上述工序依次施工开挖第四层土方，冲击钻成第三排土钉孔，孔径 100 mm，插入土钉后注浆，挂设钢筋网，喷射混凝土。为了加快现场的施工进度，该深基坑采用跳挖法施工，分 3 个土方开挖区域，分别从基坑的 A、B 马道出土进行开挖，保障了施工进度。在施工时，严格控制开挖顺序，在未完成上层作业面土钉与喷射混凝土支护之前，不进行下一层的开挖。在进行施工过程管控的时候要严格土钉墙施工质量控制。

4.2.2 土钉墙质量控制

成孔的距离根据设计要求，本项目成孔间距为上下、左右 1.5 m，成孔后需及时将土钉和注浆管送入孔洞中，土钉的末端做加强筋和锁定筋，也可做成 L 形状的弯钩；在放入注浆管时，应严格控制放入注浆管口与孔底的距离，宜控制在距离孔底约 0.5 m；锚管注浆前，要用清水清洗管体直到管内流出清水为止，现场施工采用两次注浆工艺施工。①第一次注浆宜为水泥砂浆，注浆量不应小于钻孔体积的 1.2 倍，第一次注浆初凝后，方可进行第二次注浆。②第二次压注纯水泥浆，注浆量为第一次注浆量的 30 %～40 %。注浆压力宜为 0.4～0.6 MPa；排气管停止排气且注浆压力达到设计要求并稳压 3 min 时，或孔口溢出浆液时，方可停止注浆。

基坑边坡支护方式采用 1∶0.5 放坡，坡面采用土钉墙+挂网喷浆支护，根据基坑的开挖深度 5.6 m，基坑支护土钉墙分三层进行施工，第一排土钉施工参数为：直径 φ100，抗拔力N=45 kN，HRB400 直径 20 mm 一根，长度L=6 000mm，θ=10°。第二排土钉施工参数为：直径φ100，抗拔力N=95 kN，HRB400 直径 20 mm 一根，长度L=9 000mm，θ=10°。第三排土钉施工参数为：直径φ100，抗拔力N=80 kN，HRB400 直径 20 mm 一根，长度L=7 000 mm，θ=10°。

在施工过程中应严格控制土钉材料、规格和型号，对于长度应进行现场抽样检查和施工的安全技术交底，保证按施工方案进行施工；最终保证土钉的直径和长度、施工角度、注浆量和注浆压力符合技术方案的要求。钢筋土钉杆体的制作安装时应符合下列要求：①钢筋使用前，应调直并清除污锈；②当钢筋需要连接时，宜采用搭接焊、帮条焊，应采用双面焊，双面焊的搭接长度或帮条长度应不小于主筋直径的 5 倍，焊缝高度不应小于主筋直径的 0.3 倍；③对中支架的断面尺寸应符合土钉杆体保护层厚度要求，对中支架可选用直径 6～8 mm 的钢筋焊制；④土钉成孔后应及时插入土钉杆体，遇塌孔、缩径时，应在处理后再插入土钉杆体。处理方法是在孔的塌陷范围内把杂物清除，冲净泥浆，用 1∶1 水泥砂浆补满塌陷部位，待砂浆凝固后，对准原孔位重新开钻。

土钉墙面层由φ8@200×200 钢筋网片和 150 mm厚 C25S6 混凝土构成。在进行面层施工时，重点控制土钉墙体保护层厚度不应＜25 mm。钢筋网的搭接采用绑扎左右段之间、上下段之间的搭接长度应＞300 mm。施工采用潮式喷射工艺。为加速凝固可掺入速凝剂，掺量为水泥用量 4.5 %。同一分段内喷射顺序应自下而上，喷射混凝土终凝后 2 h 应浇水养护，保持混凝土面湿润养护期不少于 5～7 d。

4.3 重视排水对基坑质量的影响

土方开挖前，为防止雨水浸泡槽底，在坡顶沿基坑周边 0.5 m 位置设置截水沟，排水沟坡度为 0.3 %，防止地表水流入基坑内，降低土方开挖过程中地表水倒灌基坑的风险。土方开挖完成后，在基底四周 0.3 m 位置设置排水沟。排水沟尺寸为 0.4 m×0.4 m，C 20 素混凝土浇筑，M2.5 砂浆抹面。排水沟及集水井平面布置图如图3 所示。

图3 排水沟及集水井平面布置图

排水沟每隔5 0 m设置集水井，集水井尺寸为1.0 m×1.0 m×1.0 m，采用 C20 素混凝土现浇。水沟保持0.3 % 的纵坡向集水井倾斜，把雨水等利用排水沟排入集水井内，并抽排接入既有排水沟，形成完善的排水系统，确保基坑基底不积水。为满足排水要求，每个集水井内配备 1 台潜水泵，随时抽出井内积水。

5 结语

项目深基坑工程施工中质量控制，首先应重视深基坑施工专项方案的编制的质量，要结合周边环境和工程特点，按照危险性较大的分部分项工程专项施工方案编制指南的要求编制，做到内容完整，明确施工工序和质量验收标准，严格施工过程的技术交底和质量验收。加强施工过程中土钉墙支护施工和现场监测工作的质量管理，监测信息为深基坑工程施工的相关方提供指导和服务，最终保障整个深基坑工程施工的质量和安全。Q