行业新闻 | 筑牢地下工程“防护墙”
新闻“汇”客厅直播现场
进入主汛期,强降雨天气频繁来袭。如何通过一系列切实有效的举措,扎实做好建筑施工安全保障工作,最大程度地守护施工人员的人身安全?本报特邀北京城建集团有限责任公司安全管理部部长解金箭,就汛期基坑与沟槽安全支护的关键要点展开深入探讨。
中国建设报:在房建项目中,做好基坑安全支护对项目整体安全和顺利推进有哪些重要意义?
解金箭:基坑安全支护看似只是地下工程的一个环节,实则关系到项目全局和周边环境安全,核心意义有六方面。
第一,保障城市基础设施安全运营。基坑开挖会改变周边土体应力状态,若支护不当,可能导致毗邻建(构)筑物墙体开裂、地下管线破裂或道路塌陷。
第二,守护施工作业人员生命安全。基坑坍塌是建筑施工“五大伤害”之一,这类事故后果往往非常严重。有效的支护结构能抵抗土体侧向压力,相当于在基坑侧壁筑起一道坚固防护墙,从根本上避免坍塌风险。
第三,确保工程高效推进。若支护体系损坏导致基坑位移超标,仅停工整改就可能耗时2~3个月,科学的支护设计则能减少这类问题。
第四,降低工程综合成本。很多人认为基坑支护是额外投入,其实恰恰相反。以15米深的基坑为例,合理的内支撑体系可比保守方案减少土方开挖量30%,节约机械租赁费用约15%,同时保证工程施工安全、有序进行,安全才是最大的效益。
第五,保证主体结构施工质量。支护体系为桩基、筏板等关键工序提供稳定作业面。比如在软土地层,若基坑边坡位移一旦超过50毫米,可能导致桩基钢筋笼偏位,影响后续结构受力。
第六,应对复杂地质与水文条件。在淤泥层、砂层等特殊地层,支护结构能有针对性地解决风险。
中国建设报:基坑安全支护常面临哪些主要地质挑战?针对不同地质条件,支护方案是否有区别?
解金箭:地质条件是基坑支护的“先天变量”,直接决定方案难度和风险等级,每类地质条件都差异显著。
第一类是软土地层,像长三角、珠三角地区的淤泥、淤泥质土,天然含水率高达60%~80%,抗剪强度仅10k~20kPa,开挖时极易发生塑性流动,导致钢板桩支护结构变形可达100毫米以上;更危险的是软土的“触变性”,机械扰动后强度会骤降50%,可能引发坑底隆起。
第二类是饱和砂土,在华北、西北地区常见。砂土颗粒间几乎无黏聚力,全靠摩擦力维持稳定,饱和状态下遇水头差就可能发生管涌——水流携带砂粒从支护结构缝隙涌出,如不控制,1小时内就能掏空5立方米土体。
第三类是岩溶地质,在西南地区分布较广。溶洞、溶沟的隐蔽性极强,例如某项目勘察时未发现直径为3米的溶洞,在开挖至8米深时突然坍塌,瞬间造成支护桩断裂。若溶洞与地下水连通,还可能引发突水,最大涌水量可达每小时1000立方米。
第四类是湿陷性黄土,主要在黄土高原地区。黄土遇水后,架空结构会迅速崩解,产生10~30厘米的湿陷量。
第五类是膨胀土,在华中、华南地区常见。这类土含有大量蒙脱石,遇水膨胀率可达3%~5%,失水收缩率2%~4%,反复胀缩会像“橡皮擦”一样破坏支护结构。
针对这些地质条件,支护方案必须“量身定制”。根据《建筑基坑支护技术规程》,首先划分安全等级:一级(破坏后果很严重)如邻近地铁的基坑,常用“地下连续墙+内支撑”;二级(破坏后果严重)如一般居民区基坑,可用“排桩+锚杆”;三级(破坏后果不严重)如空旷场地基坑,可采用“土钉墙或放坡”。
具体来说,软土地层宜用刚度大的地下连续墙,搭配预应力锚杆控制变形;饱和砂土必须设截水帷幕,结合轻型井点降水;岩溶地区需先注浆填充溶洞,再用嵌岩桩支护;湿陷性黄土要做好坡面防水,采用灰土挤压桩加固坑底;同一基坑不同区段地质不同时,还可组合支护,实现安全与经济的平衡。
中国建设报:支护结构的设计作为核心环节,如何确保科学性和合理性?
解金箭:支护设计是“源头把关”,必须做到“数据全、考虑细、验证严”,关键有六个环节。
第一是全面的现场勘察与环境调查,这是设计的基础。勘察范围必须超过基坑开挖边线,且不小于基坑深度的2倍。调查内容要细致到如下方面:周边建筑物的结构类型、基础形式、建成时间;地下管线要查清用途、材质、直径、埋深,尤其是燃气管道,哪怕微小的位移都可能引发泄漏;道路要记录日均车流量、最大载重,这些都会转化为基坑周边荷载。
第二是精准的支护结构选型,通常要综合考虑基坑深度、土的性状、地下水条件、周边环境等因素。
第三是系统的设计计算,包括作用组合,考虑土体压力、水压力、地面荷载、施工荷载的叠加效应;稳定性验算,如抗滑移、抗倾覆、坑底抗隆起;支护结构承载力,如排桩要验算抗弯、抗剪强度,锚杆要计算抗拔力;地下水控制,确保水位低于坑底0.5~1米;周边环境影响,预测邻近建筑的沉降量;开挖与回填要求,明确分层开挖厚度、回填土压实度;施工工艺要求,如土钉墙喷射混凝土强度等级不得低于C20;监测要求,确定监测点布置、频率、预警值。
第四是严格的施工监测设计,要明确仪器监测项目,包括基坑周边地面沉降、支护结构顶部水平位移、深层土体位移、支撑轴力、地下水位等,截水帷幕渗漏要观察漏水量、水的浑浊度,巡视检查也要具体化。
第五是符合危大工程管理要求。开挖深度不小于3米的支护工程属于危险性较大的分部分项工程,方案编制必须满足《危险性较大的分部分项工程专项施工方案编制指南》,明确施工安全保证措施。若超过一定规模,必须组织专家论证。
第六是动态的方案优化。设计完成后并非一成不变,若施工过程中发现实际地质与勘察报告不符,需要及时调整方案。
中国建设报:与基坑支护相比,沟槽的危害性有哪些?支护工作可能面临哪些新的难点?
解金箭:沟槽虽深度较浅,但事故率不低,其危害性和支护难点具有独特性。
危害性主要有六个方面:一是“浅开挖、高风险”的认知误区。很多人觉得1~2米深的沟槽不会出事,但软土地层中,哪怕1.5米深的垂直开挖,也可能因土体自重发生坍塌。
二是工期压缩导致的支护缺失。沟槽施工常属于配套工程,但是赶进度支护措施常常被忽略。
三是槽边堆载隐患突出。沟槽边缘堆土、放材料、停机械都会增加边坡压力。根据《房屋市政工程生产安全重大事故隐患判定标准(2024版)》,无支护沟槽周边与坑底边线相等范围内严禁堆载,但是实际施工中常常有违规行为。
四是不良地层的放大效应。沟槽多沿道路、建筑物分布,常遇到杂填土。这类土结构松散,孔隙率达30%~40%,抗剪强度低,边坡易发生“缓慢滑移”——刚开始只是出现裂缝,然后可能突然坍塌,让人猝不及防。
五是逃生空间狭小。沟槽呈狭长形,横向宽度多为1~3米,纵向可能有已经铺设的管道阻挡,一旦坍塌,作业人员就难以避险和快速撤离。
六是汛期风险加剧。沟槽多露天施工,雨水易沿边坡裂缝渗透,使土体含水量饱和、自重增加、抗剪强度降低50%以上。
中国建设报:我国目前在支护施工工艺和质量把控方面有哪些标准和限制措施?
解金箭:我国已形成完善的标准体系,同时对落后工艺明确限制,主要体现在四方面。
第一是核心技术标准,有五部规范必须严格执行,即《建筑深基坑工程施工安全技术规范》(JGJ311)明确了基坑开挖、支护、监测的安全要求,如开挖必须“分层、分段、对称、限时”;《建筑地基基础工程施工质量验收标准》(GB50202)规定了支护结构的验收指标,如锚杆抗拔力试验数量不少于3%且不少于3根,合格率要100%;《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120)详细列出了各类支护结构的设计参数,如土钉长度宜为基坑深度的1~1.2倍;《复合土钉墙基坑支护技术规范》(GB50739)针对复合土钉墙的施工工艺做出规定;《湿陷性黄土地区建筑基坑工程安全技术规程》(JGJ167)专门针对黄土特性提出特殊要求,如基坑周边3米内不得积水。
第二是工艺限制与淘汰,为保障安全,部分落后工艺被明确禁止或限制:《房屋建筑和市政基础设施工程危及生产安全施工工艺、设备和材料淘汰目录》中将“顶管工作竖井钢木支架支护”列为限制工艺;2024年发布的《房屋建筑和市政基础设施工程禁止和限制使用技术目录(第二批)》规定,“干喷混凝土工艺”不得用于大断面隧道、C30及以上强度等级的喷射混凝土,因干喷法粉尘大、混凝土强度不均匀,质量波动大。
第三是质量把控关键节点,施工中必须做好“三检制”(自检、互检、专检):支护桩成孔后要检查孔径、孔深、垂直度;锚杆注浆要控制水灰比、注浆压力,确保浆液饱满;喷射混凝土要检测厚度、强度。
第四是过程监督机制,监理单位要实施“旁站监理”,对关键工序要全程监督;建设单位要委托具备相应资质的第三方检测机构对基坑工程实施现场监控测量;政府监管部门会开展专项检查,重点核查方案执行情况、检测报告、人员持证上岗等。
中国建设报:汛期来临前,为确保基坑、沟槽安全支护,需要对排水系统、支护结构进行哪些检查完善?常见的加固措施有哪些?
解金箭:汛期是基坑安全的“高风险期”,必须提前做好“查、改、固”。检查完善的重点内容要按照《建筑深基坑工程施工安全技术规范》(JGJ311)要求,分四类进行检查。
第一类是支护结构检查:冠梁、腰梁、支撑要查看是否有新裂缝尤其是横向裂缝以及裂缝发展速度;围护墙要检查是否有鼓包、倾斜;截水帷幕要重点查接缝处是否渗漏;墙后土体要观察是否有裂缝、沉陷,尤其是顺坡向的裂缝可能是滑坡前兆。
第二类是排水系统检查:基坑周边要划分排水分区,每20米设一段排水明沟,沟宽≥30厘米、深≥20厘米、坡度≥2%,确保雨水流向集水井;集水井容量要满足30分钟内排完该区积水,抽水泵功率要足够,且备用泵数量不少于工作泵的50%;与市政管网连接处要设闸门和滤网,地势低的区域需增设加压泵。
第三类是施工工况检查:开挖参数要符合设计;临时边坡要检查坡率;坑边堆载要控制,严禁停放重型机械。
第四类是周边环境检查:周边建筑物要检查墙面、地面是否有新裂缝;地下管线要通过巡查井观察是否有变形、渗漏;道路要检查是否有沉陷、开裂。
关于常见的加固措施,汛期可根据风险类型采取五类措施。
一是增加支撑或锚固:对变形较大的区域,可在原支撑之间增设临时钢支撑;土钉墙或锚杆支护区域,可补打加密土钉或增加锚杆预应力,以增强抗拔力。
二是注浆加固:对支护桩背后的土体,采用高压注浆的方式,注入“水泥—水玻璃”双液浆,提高土体强度;对坑底软弱土层,采用注浆形成“硬壳层”,提高抗隆起能力;对渗漏点,先埋管引流,再注入聚氨酯止水剂,快速封堵。
三是表面封闭与防护:基坑坡面铺设防水布,防止雨水下渗;土钉墙面层挂钢筋网后喷射混凝土,增强表面整体性,抵抗雨水冲刷。
四是反压护坡:在基坑底部靠近支护结构处,堆叠沙袋或土袋,形成反压区,增加被动土压力,阻止支护结构进一步变形。
五是应急排水强化:在基坑周边增设临时排水沟、集水井,配备大流量抽水泵并准备柴油发电机。
中国建设报:若出现暴雨等极端天气,可能会对基坑或沟槽结构安全造成威胁,如何采取应急措施?
解金箭:暴雨应对需遵循“预防为主、快速响应、科学处置”原则,分三个阶段行动。
暴雨来临前的准备,必须要做到“几个到位”,即排水系统检查与强化,清理排水沟、集水井内的淤泥、杂物,在基坑底部每50平方米增设1个临时集水井,抽水泵要试机,并准备应急电源;边坡与支护结构预处理,用塑料布或防雨布覆盖边坡,并用沙袋压实边缘,防止雨水直接冲刷;检查土钉墙连接件是否紧固,钢支撑节点是否有松动;应急物资储备,按“3天用量”准备沙袋、挡水板、雨衣雨鞋、救生衣、铁锹、注浆设备等,物资要集中存放,标识清晰;应急队伍待命,成立由项目经理牵头的应急小组,明确通信联络表,与附近医院、消防部门建立联动机制。
暴雨期间的监测与预警,要聚焦“三个重点”:水位监测,安排专人每30分钟记录基坑内积水深度、周边地下水位,当积水超过30厘米时启动强排;边坡与支护结构监测,用肉眼观察是否有裂缝、掉土、鼓包,用全站仪每小时测量一次水平位移,数据异常时加密监测;周边环境监测,检查周边道路是否有沉陷、建筑物墙面是否新增裂缝,发现问题立即上报。
暴雨期间的应急处置,要根据险情类型精准施策。一是基坑内积水快速排除,采用“多泵联动”,在集水井周边布置抽水泵,水位下降速度控制在每小时0.5米内,抽出的水要引至远离基坑的市政管网,防止回流。二是雨水倒灌防控,在基坑入口、排水沟与市政管网连接处,用沙袋堆筑挡水坎,若倒灌严重可临时封堵入口,待雨停后再处理。三是边坡失稳征兆处理,立即停止开挖,疏散作业人员,采用削坡减载,削坡后用塑料布覆盖并压重;若出现滑动迹象,在坡脚堆筑反压土,增加抗滑力。四是管涌、流砂处置,对管涌点先铺设粗砂、碎石、土工布形成反滤层,再用沙袋堆筑“压渗井”,让水排出、留住土体;渗漏量大时,采用“双液注浆”,快速封堵通道。五是坍塌事故处置,优先撤离人员,按预定逃生路线撤离至地面安全区,清点人数,确保无遗漏;设置警戒区,禁止无关人员进入;在坍塌区域周边堆筑沙袋围堰,阻止雨水继续涌入;若土体裸露,用防雨布覆盖并压重,避免雨水冲刷扩大险情;同时上报主管部门,启动更高层级应急响应。
中国建设报:为了更好地应对汛期基坑安全问题,是否有必要开展有针对性的安全培训?培训内容主要包括哪些方面?
解金箭:雨季是基坑事故高发期,培训是“能力建设”的关键,采用“理论+实操+演练”模式,内容总体可分两类。
针对项目管理人员的培训,侧重“决策与协调”。一是隐患识别与预警,详细讲解汛期基坑常见隐患的“外观特征”——滑坡的前兆是坡顶出现裂缝、坡脚鼓起;管涌的表现是坑底冒水带砂;坍塌前可能有“掉土声”“支撑变形声”,要教会相关人员通过监测数据判断风险。同时,还要明确气象预警响应:蓝色预警需加强巡查;黄色预警需停止土方作业;橙色预警需撤离全部人员。二是方案与标准掌握,熟知《房屋市政工程生产安全重大事故隐患判定标准(2024版)》中关于基坑的5条判定标准;熟悉设计文件中的关键参数、工程地质与水文地质报告;掌握《建筑深基坑工程施工安全技术规范》中关于汛期的特殊要求。三是应急处置流程,明确险情上报路径、人员撤离的“三先三后”原则、应急物资的“定人定责”、临时支护措施和回填反压的操作要点。
针对作业人员的培训,侧重“自救与报告”:一是自救互救技能,遭遇坍塌时,立即蜷缩身体,向未坍塌侧移动;被埋压时,保持呼吸通畅,敲击物体发出求救信号;救助他人时,先判断环境安全,再用铁锹小心清理埋土,避免二次伤害。二是牢记危险撤离信号,听到后立即停止作业,不带个人物品,沿最近安全出口撤离至地面安全区,清点人数。三是险情报告要点,发现险情后,立即向管理人员报告,说清“三要素”——位置、类型、程度,必要时可以拍照记录,但是不能因拍照延误报告。
培训效果要通过考核验证,管理人员需通过理论考试,作业人员则需通过实操考核,确保“学懂、会用”。
中国建设报:结合当前行业发展趋势和技术进步,未来在基坑、沟槽安全支护领域,会有哪些新的发展方向和技术应用?
解金箭:未来这方面的发展将围绕“更安全、更智能、更高效”,我认为会有三个主要方向。
第一是新技术与新工艺的升级:装配式、定型化支护结构会更普及,尤其适合沟槽等线性工程——比如模块化钢板桩,可工厂预制、现场快速拼接,比传统钢板桩安装效率提升50%,且可重复利用30次以上;智能化自适应支护是重要突破,结合物联网和AI技术,支护结构能形成“感知—决策—执行”闭环:传感器实时监测变形,AI算法预测趋势,若预判变形超限,自动启动锚索张拉设备调整预应力,实现“动态平衡”。
第二是新设备的研发与应用:施工机械向“精准化、小型化”发展,如逆作法专用开挖机械,体积仅为传统设备的1/3,可在3米宽的狭小空间作业;施工机器人将替代高危作业,如土钉墙施工机器人,可自动完成钻孔、注浆、插筋,在有毒、狭小环境下作业,效率是人工的2倍;监测设备向“集成化、高清化”发展,无人机搭载激光雷达和热成像仪,可同时监测边坡变形和地下管线泄漏;5G+北斗定位系统,能实现监测数据“毫秒级”传输,支持远程实时指挥。
第三是新材料的创新与应用:超高性能复合材料将替代传统钢材,如碳纤维增强聚合物锚杆,抗拉强度达3000MPa,抗腐蚀性能优异,在盐雾环境下使用寿命达100年;智能化传感材料将实现“结构自监测”,如掺有碳纳米管的混凝土,受压时电阻会变化,可通过测量电阻值判断支护结构受力状态。此外,生物材料也可能逐步实现应用。这些前沿技术最终会实现基坑支护从“被动防护”向“主动预警”“智能调控”转变,大幅降低汛期等恶劣条件下的安全风险。
文字整理:赵君利
BIM技术是未来的趋势,学习、了解掌握更多BIM前言技术是大势所趋,欢迎更多BIMer加入BIM中文网大家庭(http://www.wanbim.com),一起共同探讨学习BIM技术,了解BIM应用!