工程建設深基坑支護與巖土勘察技術
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摘要：城市化進程的不斷推進，人們對各項基礎設施如交通出行，住房保障等的需求量不斷增加。因此，工程建筑業具有良好的發展前景，但是我國深基坑以及地下巖石勘察技術尚處于起步階段，容易受到外部環境和施工人員技術水平等因素的影響，工程質量難以得到有效保障。其中深基坑的支護和巖土勘察是建筑工程穩定程度的決定性因素，應得到充分的重視與發展。
前言
現代社會呈現出人口大量地從周圍農村郊區地區向市中心涌進的特征，城市經濟的發展，各項政策的優惠等都吸引著人口的大規模流動，為滿足基本的生活需要，建筑工程行業應運而生并且具有良好的發展前景。為取得的經濟效益的最大化，要在有限的空間內容納更多的人口就只能不斷提高建筑物的高度。深基坑的支護與巖石勘察是建筑物穩定性的重要保障，因此，本文旨在對工程建設中深基坑的支護與巖石勘察技術進行探討。
1深基坑支護與巖土勘察特性
1．1施工環境
在進行建筑施工之前要對周圍的環境開展勘察工作，自然條件和人文條件都會對建筑施工工作造成一定的影響。因此，施工方案設計要同時兼顧建筑工程選址的相關指標參數的考察還要對周邊各方面環境的條件的指標參數達到全方面的理解、掌握。與建筑物選址密切相關的因素如下。①對施工地周圍的建筑環境進行數據的采集與分析，包括施工地附近建筑物的數量與分布，如果施工地周圍的高層建筑物過多，地表承載的壓力過大，再進行施工活動會加重其承載的壓力，導致地下基建塌陷問題的發生，對施工人員的安全構成威脅，阻礙施工進度的推進。同時建筑物之間的距離過近，當出現地震等地質災害時不方便居民逃生，建筑倒塌之間的關聯性強。除此之外，還要對施工地的地質進行測量分析。以云貴高原的喀斯特地貌區為例，土壤的酸性強，長期腐蝕建筑材料導致建筑的地基不穩，西北地區的土質多為砂石，土壤的粘合性不強，受到風力侵蝕地基外露建筑容易倒伏。②在人為因素方面，施工人員要積極與當地的電力、水利部門合作聯系。在正式開展工程建設前，施工人員要進行細致的檢查工作，如發現設有地下交通設備、水利工程、電纜以及油氣運輸管道等設施時，若與施工之間存在矛盾必須立即遷移上述設施設備，避免因為施工設備的大規模運行而導致的電纜毀損，管道泄漏引發的一系列問題。③對周圍的居民區密集程度和經濟發展程度進行分析。在經濟發展程度較高的居民集聚區，進行大規模的工程建設時要注意安全保障工作、施工時間安排、建筑污染和垃圾處理等會對居民正常生活產生影響的方面。
1．2勘察工作開展
勘察工作時設計施工方案設計的重要前提，勘察工作所得數據的準確性將直接影響最后建筑物的質量。因此，在開展勘察工作時要把可能影響施工的方方面面納入到考量的范圍內，包括：當地的土質、建筑物重量、選址、地下結構穩定性、地下工程的建設數量等。為保障勘察數據的全面性，通常情況下勘察人員會使勘察所涉及的深度高于建筑的實際需要。施工地的土質為軟土，砂石，酸性土質的特殊土壤，施工方案的設計不能直接照搬依據，制定的方案要在國家相關標準的基礎上進行細化以保障建筑物的穩定性，降低施工和后期使用中的風險，減少維修成本和后期維護費用的投入，兼顧經濟效益與社會效益。其次，若施工地附近為經濟較為發達的CBD或囊括學校的密集居民區，在開展建設工程時要盡量降低施工噪音，使用先進技術避免大規模的粉塵污染，合理處置建設的固體廢棄物，做好安全防范工作派遣專人對施工地周圍逗留的居民進行疏散，防止高空墜物對公眾生命安全構成威脅。除此之外，地鐵，地下水庫等地下工程與施工地距離過近容易導致漏水漏電事故的發生，給公共設施和工程開展都會帶來不可估量的損失。為保障施工方案的科學性，前期的勘察工作發揮著不可替代的重要作用。
1．3工程條件
在進行建筑施工工程前，要具體分析影響施工進度和質量的因素，如地質結構、土壤性質、水文等地下環境就與深基坑支護和巖石穩定息息相關。從施工地的實際出發進行方案設計，充分分析建設工程條件，做好科學合理的工程預算，選取適合本地區特殊環境的建筑材料。同時要做好幾種不同形式的預案應對施工工程中出現的各種問題，保障施工的進度和建筑物質量。實現勘探數據的科學性和方案設計的系統性。
2深基坑支護工作的重難點
2．1前期設計方案不合理
深基坑支護工作的質量不僅影響建筑物地下設施的穩定性，而且對整個建筑工程的使用性能起到決定性作用。因此，要將深基坑的設計納入到前期的巖石勘探研究中，保障所得數據的科學、準確性。但是由于施工人員技術水平的限制，對深基坑重要性認識不到位，導致深基坑的支護工作未達到國家制定的相關質量標準，無法發揮其支撐建筑物地基的作用。深基坑設計的不合理導致在實際的工程開展中，具體的建設工程與設計方案存在較大的差異。同時，部分施工人員不具備相關的建設素養，為了減少勘探的成本，建材購買成本的投入，縮短工期貪圖一時的利益，沒有根據設計方案的要求進行建設工作，大大降低了深基坑對建筑物的承載能力，給接下來的施工和建筑物使用埋下坍塌、傾倒等安全隱患。其次，在深基坑建筑材料的選取和應用方面，施工人員也沒有按照設計方案的要求推進。如在酸性土壤地區，不宜選用含有碳酸元素的建材，在與酸性土質長期接觸后發生化學反應導致支護的強度下降。在進行深基坑墻體的澆筑時，水泥混合比例不達標導致墻體破裂。除此之外，施工地周圍建筑物數量多且密集，與其他地下工程距離較近都會縮減深基坑的建設面積。深基坑的實際建設面積不足，會對支護設施的效果產生不利影響，綜上，應在設計中為建設合理的支護結構留出足夠的空間。
2．2施工未達到國家標準
隨著高層建筑工程數量的增長，其產業鏈條已經趨于成熟，為了進行統一的管理，國家對其工程的各個方面都制定了相關的工程操作與質量標準。其中邊坡修理作為決定深基坑承載能力的關鍵一環，應得到充分的重視與發展。對邊坡修理的平整性和順滑性進行有效的規制處理，可以有效提升深基坑的使用性能。施工人員的認識不足和管理不到位是導致施工不達標的主要原因：①在施工過程中設施使用的不恰當，如機械手臂開挖的深度超過或未達到最低限度；②由于施工產生噪音被附近居民投訴等外界因素的影響，使得施工人員不能繼續推進深基坑的挖掘，邊坡的修整不符合國家的質量標準。綜上，施工人員要在工程的實際開展過程中，結合施工現場的具體情況，優化施工設備，避免出現上述問題。
2．3地下開挖技術與邊坡支護不配套
深基坑建設工程包括選址、土層開挖遷移、支護結構安裝、擋土層建設、墻體加固幾個環節。其中土層開挖遷移和擋土層建設是深基坑支護強度的兩個關鍵性影響因素。這兩個步驟之間相互作用，相輔相成。土層開挖所需的技術水平較低，但在此過程中，開挖的深度、位置和方式需要有專門的人員進行管理設計，當發現有土層滑坡，漏水漏電問題時要及時靈活地應對處理，所以需要管理人員具有一定的工作經驗支持和專項素養。土層的開挖遷移要按照工作流程推進，同時還要給未支護設備的安裝留有足夠的空間。最后，雖然國家對建設工程制定了標準，但工程轉手承包問題頻發，施工存在較大的安全隱患，降低了建筑物的穩定性。
3深基坑支護工程發展方向
3．1加強施工現場管理
總結上述深基坑支護建設工程中出現的各種問題，不難發現由于管理人員欠缺對施工質量的重視和監管工作的不到位，導致支護設備未能充分發揮其效能。因此，針對上述問題，要將監管責任實名制落實到人，進行終身追責，把建設工程的各個方面都納入到監管的范圍內，對施工現場嚴格把控。首先，管理人員要從設計方案的制定入手，和設計人員一同前往施工現場進行考察掌握建設地周圍的自然條件和人文條件，方便在設計方案出爐后初步核查其可行性，為施工中各個環節的順利推進提供前提保障。其次，在施工過程中管理人員要對施工人員和施工環節嚴格監控。針對施工地土質的特殊性選擇適合的建筑材料，延長深基坑的使用壽命。嚴格按照設計方案進行水泥的配比，提高深基坑的承載力，防止建筑物塌陷的發生。同時保障深基坑的支護設備有充足的建設空間，發揮其支撐保護建筑物地下結構的功能。在國家制定的邊坡修理標準的基礎上，根據自身的實際需要進行細化，通過使用先進的技術設備打磨邊坡，減少毛邊等影響邊坡平整性與順滑性的因素。其次，為有效提高管理人員的管理能力，施工單位要嚴格審查管理人員的資質，確保其通過國家相關資質的考試。在處理管理人員疏于管理導致的工程質量不達標的問題上，要為每個施工環節派遣專門的管理人員，加大監管的力度，當發現施工人員有偏離施工方案和偷工減料的操作時，及時予以批評糾正，將安全風險控制在最小。要落實責任到人和實名制原則，當某一個施工環節出現施工質量問題后，施工方要最先追究部門管理人的責任，進行批評、罰款、撤職等處罰。同時在深基坑支護設施投入使用后一定期限內，如果出現質量問題，即使管理人員已經離職也要追究其監管不力的責任。最后，為保證深基坑支護的穩定性，管理人員要使各施工方保持密切聯系，依據分層開挖的原則進行任務分配，以縮短工期，保障施工質量。
3．2優化施工設計方案
深基坑的勘察工作是建筑施工順利進行的先決條件，施工方案設計是施工穩步推進的手段與決定性因素。施工方案集中體現了前期的勘探數據成果和施工人員的經驗與技術水平。因此，針對施工方案沒有將施工過程全方面納入到考量的范圍內導致的方案設計與現實情況不符的問題，施工人員要進行深基坑支護施工設計的優化。首先，要考慮施工地的自然條件如地質環境，不同的地質條件對深基坑支護設施的承載能力要求不同。在西北地區進行深基坑建設時要加深土層開挖的深度實現加固地基，并減少風力侵蝕的影響；在西南地區地下水含量大，軟土地基容易出現下陷的危險，因此，設計人員要通過混合部分砂石來加強土壤的黏稠度，提升地基的穩定程度。目前我國尚未就深基坑支護結構的建設制定統一的建設質量標準，所以為保障建筑的質量，國家要就深基坑支護結構的建設制定質量標準，各地區要根據當地的現實情況在此基礎上進行細化。同時還要求設計人員具備豐富的施工經驗以及較高的技術水平。其次，設計人員還要根據深基坑支護結構的受力規則并結合施工中傳統的“等值量法”相結合，計算出預案中建筑物某一高度下深基坑支護所需要的承載力大小。但是由于在實際施工中多種因素共同對其造成影響，還要利用現代化的先進技術開展計算，在施工方案中留出一定的誤差空間，保障施工的質量和進度。最后，為應對施工過程中可能出現的突發事件，在進行方案設計的同時，設計人員要進行多種不同形式的預案的設計，將各種可能出現的意外事件納入到管控之下。
3．3及時處理建筑形變問題
建筑物深基坑變形是施工過程中難以預測的突發性事件，因此，管理人員要對深基坑支護結構進行實時觀測，一旦發現支護結構發生變形，破裂的現象后及時采取加固支護結構防止更大危險事故的爆發帶來難以估量的損失。首先，依據施工經驗，管理人員應通過觀測邊坡、周圍建筑物和地下安裝的管線判斷深基坑支護的穩定性。再將深基坑邊坡的實地測量數據與預案中數據進行對比，分析支護結構是否變形，當差異保持在國家制定的質量標準內，說明仍處于深基坑的支護結構承載力內，如果超出了允許的范圍，就要及時調整現有的施工方案。其次，管理人員發現深基坑內出現不明原因的漏水漏電現象，應對周圍建筑物的地下管件進行檢查，當發現管件嚴重變形位移后應改進施工參數，保障施工質量。最后，為深基坑劃撥建設區域，若出現大規模的位移現象，則說明深基坑支護結構的承載能力下降，應采取應急預案進行深基坑加固，防止破窗效應的加劇。
4巖石勘察技術難點分析及改進方向
4．1施工人員技術水平較低
深基坑巖石的勘察環境較為復雜，受到內外部、人為、自然等多方面因素的共同作用，并且勘察工作所涉及的內容也很多包括施工地的地形、地質、水文條件、氣候條件、人文交通條件、經濟發展程度等，信息大量繁雜，真實性有待進一步核實，收集工作較為困難。如果技術人員水平不達標，就會導致信息技術與實際情況存在較大的偏差，降低工程質量。因而需要技術人員具有較高的專項素養和工作經驗，目前由于巖石勘察技術尚處于起步階段，市場上的高水平技術人員儲量不足導致勘察工作的效果不能達到預期目標。針對施工人員技術水平地的問題，應注重施工團隊的選取。首先，施工單位在選擇合作的施工團隊時，應就巖石勘察的實際需要提出自己的標準。最基本的一點是，該團隊應具有五年以上的工作經驗作為技術支持并且取得了國家的從業許可證，團隊內至少有兩名具有國家資質的地質勘探成員。其次，還可以引進先進的勘察設備來減少人為因素對勘察工作的影響。最后，為方便信息技術人員，要將數據分為準確與有待驗證兩個部分進行記錄，為研究提供參考。
4．2勘察設備更新不及時
勘察工作的技術要求較高并且進行地下環境的信息收集工作必須有勘察設備的參與。因此，除了以技術人員為代表的人為因素外，巖石勘察技術設備也會對勘察工作的進度和準確性造成影響。目前所使用的勘察技術性能較為單一，在數據的測量后不能自行對信息進行分類匯總和分析，加大后期的工作量，阻礙工程推進。針對上述技術設備落后的問題，勘察技術人員先要依據現實的需要制定出科學、合理的勘察方案，不同的巖石和深基坑對勘察信息的需求也不同。在西北地區由于土層中以砂石為主，較為疏松，容易進行打孔探測，因而可以采用靜態鉆孔勘察技術，在節約成本的同時獲得精準的信息數據；在西藏等地質環境復雜的地區，可以通過綜合多種不同的先進勘察技術進行信息的采集。西藏地區處于喜馬拉雅山脈以及板塊交界處，地下土受到巖漿和高海拔的共同影響，可以分為兩層：上層土冰凍嚴重，下層土巖漿活動頻繁，在進行巖石勘察時可以采用超聲波地質勘察技術，利用超聲波不受溫度和介質的影響的特性，向地下發送超聲波，通過監測其在通過不同介質時速度和所需時間的不同將數據反饋到電子信息庫中建立地下巖石結構模型。除此之外，因為巖石施工環境的復雜性，所以未獲得對施工區域信息的全面掌握，收集的各項數據應具有代表性。在勘探點的布置上要盡量分散覆蓋整個施工地區。同時，還要引進智能化的設施設備，提高施工質量。5總結深基坑的支護與巖石勘察是建筑物穩定性的重要保障，因此，施工人員要重視對其的發展完善。首先要從分析現有技術中存在的問題入手，再進行有針對性的提升改善。除此之外，施工人員還應將上述兩種技術緊密結合，互相促進控制好建設成本。兼顧經濟效益與社會效益，落實好施工工作，提升建筑的質量水平。
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作者：祝佳楠 單位：北京礦務局綜合地質工程公司
