特定工期及場(chǎng)地條件下分級(jí)接力挖土技術(shù)應(yīng)用

朱永清

(山西四建集團(tuán)有限公司，山西太原 030012)

1 工程概況

省委應(yīng)急指揮中心暨公共配套設(shè)施項(xiàng)目，框剪結(jié)構(gòu)，由主樓及位于主樓南北兩側(cè)的地下車庫(kù)兩部分組成。主樓地上8層，地下2層;地下車庫(kù)為2層?？偨ㄖ娣e約24 454．4 m2，建筑高度42．6 m。

平面圖見(jiàn)圖1。

圖1 施工段劃分圖

由于車庫(kù)與主樓地下部分連成一體，基坑長(zhǎng)117 m，寬71 m，開(kāi)挖深度11．4 m，開(kāi)挖自然土方量95 115 m3，需外運(yùn)土方量按虛方算達(dá)95 115×1．3=123 650 m3。根據(jù)工期要求必須在20 d內(nèi)完成全部土方挖、運(yùn)。

工程位于省委辦公大院內(nèi)，太原市最繁華的迎澤大街路北，主干道桃園路以西，即:東側(cè)7．7m為商鋪樓，西側(cè)17．7m處即為省委辦公大樓，南面緊鄰迎澤大街人行道邊，北面緊鄰省委院內(nèi)主要行車及人行道路。無(wú)堆放場(chǎng)地，且出土口少，挖出土方必須隨挖隨運(yùn)，具體如圖2所示。

該地段地處汾河岸邊，開(kāi)挖范圍內(nèi)主要土質(zhì)依次為①雜填土，平均厚度1．04m;②素填土，平均厚度2．02m;③粉土，平均厚度2．39m;④粉細(xì)砂，平均厚度6．75m。場(chǎng)地嚴(yán)重液化，地下水位介于地表以下4 m～4．6 m，本工程(基坑開(kāi)挖深度為10．65 m，局部電梯井部位達(dá)11．1 m)基底標(biāo)高為－11．62 m，局部電梯井部位－13．36 m，主要處于第④層粉細(xì)砂層。

圖2 工程平面位置圖

2 影響土方開(kāi)挖主要因素分析

1)驗(yàn)樁:主樓部位最后1組試樁1月18日完成;2月15日尚才具備驗(yàn)樁條件。

2)降水井施工于2月5日前方可施工完畢并開(kāi)始降水。根據(jù)專家對(duì)懸臂式止水帷幕和汾河兩岸砂層地質(zhì)多年降水的經(jīng)驗(yàn)判斷，結(jié)合最近幾年鄰近建筑施工的實(shí)際情況統(tǒng)計(jì)，降水開(kāi)始一周后能降至地表下6 m;但6 m以下部分從降水開(kāi)始時(shí)間起需要20 d(因砂層地質(zhì)降水速度快，從懸臂止水帷幕下部回升的也快)，6 m以下具備挖土條件開(kāi)始的時(shí)間最早為2月25日。

3)受場(chǎng)地限制，出土口少，且出土位置受限。

4)基坑深，場(chǎng)地小，下部土方不能利用坡道出土，必須進(jìn)行二次或多次倒土，效率降低。

5)坑障礙物多，挖土難度大。樁位密集且超灌高度大(設(shè)計(jì)要求800 mm)，第三步土方開(kāi)挖時(shí)，均為樁間土;同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)不足200 m2一個(gè)降水井，降水井及管線密集布置，施工時(shí)對(duì)降水井的保護(hù)給挖土帶來(lái)難度;基坑四角設(shè)有鋼管角支撐，對(duì)挖土也有一定影響。

6)隨挖土的進(jìn)展，在坑內(nèi)四周同時(shí)進(jìn)行噴錨支護(hù)交叉作業(yè)。

3 具體措施

3．1 降水工程

本工程能否順利進(jìn)行，降水是第一個(gè)關(guān)鍵。因此我們走訪附近地質(zhì)條件相近的工程，并對(duì)以往經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)進(jìn)行充分考慮，邀請(qǐng)業(yè)內(nèi)知名專家，共同討論，制定了如下降水專項(xiàng)方案:

降水采用管井降水方案。基坑內(nèi)共布設(shè)54孔降水井，直徑500 mm，井深18．7 m，縱、橫間距約 15．0 m。

在基坑四側(cè)設(shè)置回灌井，每隔15．0 m一孔，井深約12．0 m，總共24口。

觀察井共8口，坑外布置5個(gè)，坑內(nèi)布置3個(gè)，井深約15．0 m，井直徑100 mm。

在降水井布置時(shí)，充分考慮了錯(cuò)開(kāi)建筑物的樁及樁承臺(tái)位置、梁、承重墻等結(jié)構(gòu)部位，且盡量減少與挖土作業(yè)機(jī)械布置相干擾。

按此方案降水井于2月5日全部施工完成，并于2月7日正式啟動(dòng)54口降水設(shè)備進(jìn)行24 h不間斷抽水，至2月20日水位降至－12 m，為大面積土方開(kāi)挖提供了第一技術(shù)條件。

3．2 驗(yàn)樁

本工程主樓部位最后1組試樁1月18日施工完畢;2月15日尚才具備驗(yàn)樁條件。按規(guī)范要求，由于以檢驗(yàn)樁基承載力為主的靜載實(shí)驗(yàn)，在樁身產(chǎn)生的應(yīng)力水平高，若樁身強(qiáng)度低，可能引起樁身?yè)p壞或破壞，所以要求混凝土應(yīng)達(dá)到28 d齡期(或同條件試塊達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度)，并應(yīng)同時(shí)滿足地基土休止時(shí)間的雙重規(guī)定后，方可進(jìn)行靜載實(shí)驗(yàn)。

為了加快驗(yàn)樁速度，通過(guò)專家論證將原6組靜載試驗(yàn)方案改為3組靜載試驗(yàn)加6組高應(yīng)變?cè)囼?yàn)，為及時(shí)全面開(kāi)挖提供了第二個(gè)技術(shù)條件。

按照此方案進(jìn)行2月18日驗(yàn)樁完成，樁基的檢測(cè)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。

3．3 基坑支護(hù)工程

1)由于主要干道邊地下管線密布、辦公環(huán)境要求高、行人及車輛安全問(wèn)題突出，因此挖土過(guò)程對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生的變形控制要求高。

為了確保變形控制在允許值范圍，基坑支護(hù)采用單排鋼筋混凝土灌注樁四角加鋼角支撐，局部采用雙排樁支護(hù)。樁用旋挖鉆機(jī)成孔，樁徑為0．8m，樁間距1．5 m/1．8 m，樁長(zhǎng)22．3m/20．6 m，超灌長(zhǎng)度不小于800 mm。

該部分已于2012年1月施工完畢。

2)支護(hù)樁壓頂連梁:連梁混凝土采用C30，沿支護(hù)樁頂周圍澆筑，高度800，寬度900。

在降水井施工的同時(shí)，沿支護(hù)樁周圍進(jìn)行挖土露出樁頭，土方挖至連梁底標(biāo)高，清理出周圍的土方，進(jìn)行壓頂連梁施工。

施工時(shí)將伸入連梁部分超灌的樁頭混凝土用人工鑿除，達(dá)到樁端伸入梁內(nèi)50 mm～100 mm，整修樁頭鋼筋。將雙排樁之間的連系梁與樁的主筋焊接，梁底整平。

連梁內(nèi)的預(yù)埋件(包括監(jiān)測(cè)點(diǎn))預(yù)先制作好，在綁扎連梁鋼筋的同時(shí)預(yù)埋于連梁內(nèi)。控制安裝預(yù)埋件的位置、標(biāo)高要準(zhǔn)確，要與主筋焊接牢固。

3)鋼管角支撐。

鋼管支撐材料采用Q235，全部角撐采用φ630×14及φ273×8鋼管，鋼管連接采用坡口全焊透焊縫。

鋼管角支撐的支撐樁，每個(gè)角4根樁，采用φ900混凝土灌注樁，樁頂標(biāo)高 －11．6 m，樁底標(biāo)高 －20．6 m，配筋 8φ25，C30 混凝土，超灌長(zhǎng)度設(shè)計(jì)要求不小于800 mm。

支撐樁上用格構(gòu)式鋼立柱支撐水平鋼管，鋼立柱外形尺寸500×500;支桿用［125×12角鋼;綴板用－450×200×12鋼板，間距1．0 m，嵌入基礎(chǔ)底面以下混凝土灌注樁內(nèi)3．0 m。

鋼管支撐焊接、安裝在土方開(kāi)挖到相應(yīng)的標(biāo)高時(shí)及時(shí)插入;同時(shí)鋼管支撐的鋼筋混凝土灌注樁立柱支撐樁在周邊支護(hù)樁施工的同時(shí)已安排施工完畢。

3．4 土方開(kāi)挖

總體布署:為了創(chuàng)造工作面，在降水井施工的同時(shí)，連梁頂部土方、鋼支撐部位的土方已陸續(xù)開(kāi)挖完畢，以便及時(shí)插入連梁施工、鋼支撐的施工。

在驗(yàn)樁完成，且通過(guò)監(jiān)測(cè)觀測(cè)井水位滿足挖土條件后，大面積土方開(kāi)挖于2月19日正式開(kāi)始。

土方開(kāi)挖方法的選擇，同類工程、類似工作量的施工經(jīng)驗(yàn)，按照常規(guī)采用分層、分段開(kāi)挖方法施工工期需要4個(gè)月，而本工程從挖土開(kāi)始到主體結(jié)構(gòu)完工工期僅有80 d，因此土方開(kāi)挖工程采用了三級(jí)接力開(kāi)挖法。具體為，分三步臺(tái)階，每步各2臺(tái) ～3臺(tái)挖機(jī)，每階挖機(jī)邊挖土邊將土傳遞到上層，最上層由地表挖土機(jī)挖土，同時(shí)往坑外的汽車上裝土，如圖3所示。

本工程基坑深度為10．65 m，局部為11．1m，三級(jí)接力開(kāi)挖法可以一次開(kāi)挖到位，與完全分層挖土方法相比較，主要有以下明顯優(yōu)勢(shì):

1)挖機(jī)在同一位置作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，可減少挖機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)間，提高工作效率;

2)從南到北一次開(kāi)挖到位，南邊坑底標(biāo)高到位的部分，可適時(shí)進(jìn)行驗(yàn)槽，穿插開(kāi)展下一步工序，為搶工贏得時(shí)間;

3)汽車在坑上停放，避免汽車在坑下裝運(yùn)作業(yè)，不必設(shè)專用墊道;同時(shí)縮短運(yùn)輸路線，提高工作效率。

當(dāng)然，這樣也不可避免加大了投入:

首先，挖機(jī)一次投入多，多臺(tái)挖機(jī)同時(shí)工作;

第二，與分層開(kāi)挖相比較，對(duì)挖機(jī)規(guī)格要求高:尤其最后一步為了滿足在坑上取土的需要，基坑出口處最后的土方由臂長(zhǎng)18 m的挖機(jī)和基底小型挖機(jī)接力導(dǎo)出基坑，如圖4所示。

圖3 三級(jí)接力開(kāi)挖法現(xiàn)場(chǎng)施工圖（一）

圖4 三級(jí)接力開(kāi)挖法現(xiàn)場(chǎng)施工圖（二）

在土方開(kāi)挖的過(guò)程中，項(xiàng)目部共投入330型挖機(jī)8臺(tái)、小挖機(jī)2臺(tái)、臂長(zhǎng)18 m的挖機(jī)1臺(tái)，運(yùn)土車90余輛，為挖土工作的順利實(shí)施提供了有力的設(shè)備保障。

這樣通過(guò)分層、分臺(tái)階布置挖機(jī)，挖機(jī)由下往上層層傳遞土方，最后由最上邊的挖機(jī)挖至裝卸車，直接運(yùn)出場(chǎng)外，減少場(chǎng)地內(nèi)的運(yùn)輸車輛行駛，解決了場(chǎng)地限制造成坑外無(wú)運(yùn)輸?shù)缆穯?wèn)題;同時(shí)，挖機(jī)層層傳遞土方，開(kāi)挖效率高。

本工程從2月19日正式開(kāi)始到3月11日土方挖運(yùn)結(jié)束，22 d內(nèi)累計(jì)完成挖運(yùn)土工作量12．9萬(wàn)m3，平均日產(chǎn)量5 860 m3，高峰期日產(chǎn)量接近10 000 m3。開(kāi)挖速度及日產(chǎn)量在我集團(tuán)乃至省內(nèi)房建工程中都屬第一。

挖土?xí)r應(yīng)注意的問(wèn)題:

1)基底超挖:開(kāi)挖基坑不得超過(guò)基底標(biāo)高。

2)土方開(kāi)挖時(shí)，應(yīng)防止鄰近建筑物或構(gòu)筑物，道路、管線等發(fā)生下沉和變形。對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有異常時(shí)與設(shè)計(jì)單位及建設(shè)單位協(xié)商，采取防護(hù)措施。

3)要注意保護(hù)工程樁，防止碰撞或因挖土過(guò)快、高差過(guò)大使工程樁受側(cè)壓力而傾斜。

4)嚴(yán)禁挖機(jī)或運(yùn)輸車輛碰撞支護(hù)結(jié)構(gòu)，第一步開(kāi)挖時(shí)嚴(yán)禁碰撞連梁。

5)做好對(duì)降水井、觀測(cè)井、回灌井的保護(hù)，挖土期間將井口內(nèi)插入彩旗，醒目提示挖機(jī)、自卸汽車司機(jī)注意有井，不得碰撞;挖土?xí)r井筒四周人工對(duì)稱開(kāi)挖，以防井筒傾斜;設(shè)置專人看護(hù);當(dāng)井口距開(kāi)挖面2．0 m以上時(shí)，要及時(shí)將井筒切割，切割時(shí)采用竹膠板將井筒接口快速切斷，防止周邊土塊流入降水井內(nèi);當(dāng)發(fā)現(xiàn)井底有淤泥時(shí)，要及時(shí)洗井。

6)做好對(duì)降水管線的保護(hù)，開(kāi)挖前根據(jù)挖機(jī)與自卸汽車的運(yùn)行方向，將管線平行布設(shè);設(shè)置專人挪動(dòng)排水管線;能架空時(shí)將管、線架空敷設(shè)。

3．5 監(jiān)測(cè)

本工程土方開(kāi)挖過(guò)程中，建設(shè)單位委托了第三方進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)。在變形監(jiān)測(cè)過(guò)程中，為甲方提供及時(shí)可靠的信息，并對(duì)可能發(fā)生的安全隱患或事故提供及時(shí)、準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)，避免事故的發(fā)生，為決策提供科學(xué)的數(shù)據(jù)和報(bào)告。

得失分析:本工程相比較而言，一次投入量大，但確保了施工一次成功，保證了工程質(zhì)量，從另一個(gè)角度也節(jié)省了成本;同時(shí)減少了人力的投入，更重要的是縮短了工期，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。對(duì)追求速度的今天來(lái)說(shuō)，意義重大。在技術(shù)支撐下，刷新了挖土等多項(xiàng)省內(nèi)記錄。