高層建筑深基坑土方開挖技術(shù)探討

摘要：隨著城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市用地日趨緊張，高層建筑所占比例逐年提高，大批的高層建筑、超高層建筑正拔地而起，為了滿足國(guó)家相關(guān)規(guī)范對(duì)基礎(chǔ)埋深和人防工程的需要，地下室設(shè)置必不可少，深基坑支護(hù)、降排水、土方施工成為關(guān)鍵的施工環(huán)節(jié)，然而，深基坑工程因地質(zhì)條件復(fù)雜，施工難度大，風(fēng)險(xiǎn)性高，基坑失效、失穩(wěn)的事故時(shí)有發(fā)生，除設(shè)計(jì)不夠完善的因素外，主要還在于基坑支護(hù)不到位、土方開挖不合理以及降排水處理措施不當(dāng)?shù)仍蛟斐?。如何滿足基礎(chǔ)工程施工的安全性和經(jīng)濟(jì)性，文章以實(shí)際案例的施工經(jīng)驗(yàn)，分析了高層建筑深基坑土方開挖應(yīng)把握的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)類似高層項(xiàng)目的深基坑土方施工具有非常積極的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：高層建筑；深基坑；邊坡支護(hù)；土方開挖；地下室

中圖分類號(hào)：TU473 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）08-0072-03

1 工程案例

某工商企業(yè)大廈：地下室2層，地上28層，建筑高度99.9m，上部結(jié)構(gòu)體系為現(xiàn)澆鋼筋砼框架-筒體結(jié)構(gòu)，PHC預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)，框架抗震等級(jí)三級(jí)，剪力墻抗震等級(jí)二級(jí)，抗震設(shè)防烈度7度，總建筑面積44208.9m2（地上建筑面積34869m2，地下建筑面積9339.9m2），地下室層高4.2m，建筑等級(jí)一級(jí)，地質(zhì)狀況：根據(jù)工程地質(zhì)報(bào)告：①素填土層，層頂埋深0.6～3.5m。②粉質(zhì)粘土和粉土層，層頂埋深3.0～6.5m。③泥質(zhì)砂土夾卵礫石土層，層頂埋深6.0～10.8m。④碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化砂巖，層頂埋深10.～15.5m。⑤中風(fēng)化砂巖，層頂埋深15.5～21.6m。地下穩(wěn)定水位埋深為4.4～11.1m。東、北兩向緊靠城市道路，與道路相距13m，西、南兩向?yàn)樾陆ǜ邔咏ㄖ嗑嗉s50m。地下室呈長(zhǎng)方形狀，長(zhǎng)95m，寬56m。施工條件：本大樓地處舊城改造區(qū)，舊墻基及地下管線密集，工期緊，施工難度大。工程于2009年6月開工建設(shè)，并于8月份完成東、北兩向旋挖孔灌注排樁支護(hù)施工，為滿足建設(shè)單位的工期要求，春節(jié)前完成樁基、挖土及邊坡支護(hù)的目標(biāo)，本深基坑工程土方量約65000m3，每天平均出土量需確保1500m3左右方能滿足進(jìn)度要求。在工期緊迫的情況下完成深基坑的挖土作業(yè)，對(duì)挖土方案及現(xiàn)場(chǎng)管理提出了更高的要求。

2 邊坡支護(hù)

本工程基坑開挖深度約10.1m，為保證建筑基坑邊坡穩(wěn)定及安全，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況對(duì)基坑邊坡采用土釘墻及預(yù)應(yīng)力錨桿和旋鉆孔灌注砼排樁兩種支護(hù)方案，西、南兩側(cè)鑒于有放坡條件，采用A型臺(tái)階式放坡土釘噴錨支護(hù)方案：該基坑邊坡高度9.5m，下層設(shè)置擊入式鋼管Φ48×3土釘3排，縱向間距2m，傾角15°，土釘水平間距1.5m，放坡坡比1：0.75，以梅花形布置。東、北兩側(cè)因地下室外墻邊線緊鄰用地紅線，采用B型排樁墻支護(hù)方案。根據(jù)設(shè)計(jì)該基坑邊坡高度9.5m，排樁總長(zhǎng)度為143m，樁徑為700mm，樁長(zhǎng)13.5m，樁間距1.4m，灌注樁混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30，主筋為14Φ22，箍筋為Φ8@150；冠梁混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，高0.5m，寬0.7m；豎向設(shè)置三排錨桿，豎向間距為1.5m，水平間距為1.4m；樁間采用掛Φ6@200×200mm鋼絲網(wǎng)噴C20混凝土止水帷幕。深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)斷面如圖2所示。

3 降排水方案

在土方開挖過(guò)程中，當(dāng)開挖底面標(biāo)高低于地下水位的基坑時(shí)，由于土的含水層被切斷，地下水會(huì)不斷滲入坑內(nèi)。地下水的存在，非但使得開挖困難，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，邊坡易于塌方，而且會(huì)導(dǎo)致地基被水浸泡，擾動(dòng)地基土，造成工程竣工后建筑物的不均勻沉降，使建筑物開裂或破壞。因此，基坑開挖施工中，應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)和地下水文情況，采取有效地降低地下水位的措施，使基坑開挖和施工達(dá)到無(wú)水狀態(tài)，以保證工程質(zhì)量和工程的順利進(jìn)行。本場(chǎng)地最高地下水位-4.4m，在基坑開挖前期，主要是做好基坑及周邊的截水、疏水和排水工作，以排水溝排水方法為主要措施，在邊坡外圍設(shè)置砼300×300mm排水溝，將地表水導(dǎo)入水溝，并排至城市排水管網(wǎng)；當(dāng)基坑第一階段土方開挖（達(dá)到標(biāo)高-2.6m）后，為保證在基本無(wú)水狀況下進(jìn)行土方開挖施工，主要采取坑底輕型井點(diǎn)降水措施，沿基坑四周外圍1m處設(shè)置一道深于坑底的井點(diǎn)濾水管（@2000mm，長(zhǎng)度10m，井管直徑50～55mm，井孔直徑300mm），直接與兩臺(tái)抽水設(shè)備連接從中抽水，使地下水位降落到基坑底0.5～1.0m以下，井點(diǎn)降水減小或消除了動(dòng)水壓力，改善了土的性質(zhì)，大大提高了邊坡的穩(wěn)定性，改善了施工操作條件，加快了工程進(jìn)度。在1～3層土方開挖過(guò)程中沿西、南兩向設(shè)置簡(jiǎn)單排水溝、集水坑以排除基坑積水，當(dāng)?shù)谒碾A段承臺(tái)基礎(chǔ)土方開挖時(shí)，沿支護(hù)四周距50cm處設(shè)置砼U型排水溝及集水井，以排除坑壁及地下滲水、露天雨水等，并用水泵及時(shí)將集水井內(nèi)積水排出坑外。

4 土方開挖方法

4.1 深基坑土方開挖總體布置

高層建筑深基坑工程的土方開挖，在解決了地下水和邊坡穩(wěn)定問(wèn)題之后，還要解決土方如何開挖的問(wèn)題，由于基坑自土方開挖就處于活動(dòng)狀態(tài)，隨著開挖深度的增加，支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)、大小、位移變形都相應(yīng)地增加，稍有不慎隨時(shí)都可能發(fā)生邊坡垮塌事故。因此在深基坑施工過(guò)程中要認(rèn)真做好施工組織設(shè)計(jì)及科學(xué)安排工期，選用什么方法、什么機(jī)械、如何組織施工等一系列問(wèn)題在基坑土方開挖之前都要進(jìn)行詳細(xì)的了解，在開挖過(guò)程中還要全面考慮人工和機(jī)械開挖的配合問(wèn)題以及一些特殊地基的處理問(wèn)題，同時(shí)合理安排各工序緊密搭接，以保證基坑暴露的時(shí)間盡量縮短，減少基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)因時(shí)空效應(yīng)產(chǎn)生的不利影響。各層土方開挖以從①→④的平面順序進(jìn)行，本工程基坑土方開挖平面布置圖如圖3所示。

4.2 深基坑土方開挖順序

根據(jù)支護(hù)體系的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及要求，本工程基坑土方開挖共分五層進(jìn)行，施工順序如下：平整場(chǎng)地、修筑臨時(shí)便道→第一層土方開挖→東、北向旋噴支護(hù)樁施工→西、南向第一道土釘噴錨施工→井點(diǎn)降水施工→第二層土方開挖→西、南向第二道土釘噴錨施工→第三層土方開挖→東、北向排樁第一道錨桿及止水帷幕施工→基礎(chǔ)樁基施工→第四層土方開挖→西、南向第三道土釘噴錨施工→東、北向排樁第二道錨桿及止水帷幕施工→基礎(chǔ)承臺(tái)土方開挖→封底墊層→地下室結(jié)構(gòu)施工。

4.3 深基坑土方開挖組織

本工程由于支護(hù)體系外錨桿設(shè)計(jì)充分考慮到基坑挖運(yùn)土機(jī)械化施工的需要，為挖運(yùn)土的機(jī)械化施工提供了良好的作業(yè)條件。按深基坑土方開挖平面布置修建基坑土方臨時(shí)運(yùn)輸?shù)缆?，考慮到車輛交匯，設(shè)置7m寬便道，上鋪30cm厚磚、石道渣，挖掘機(jī)平整碾壓成型，配備20片1cm厚2×6m鋼板，基坑開挖采用3臺(tái)CAT320型反鏟挖掘機(jī)和3臺(tái)PC200小型挖掘機(jī)，土方隨挖隨運(yùn)，8噸、12噸自卸汽車根據(jù)土方運(yùn)距及現(xiàn)場(chǎng)需要量調(diào)配。

4.3.1 深基坑土方開挖按開挖平面布置分階段、分層進(jìn)行，第一層開挖至標(biāo)高-2.6m，西、南向從上邊坡起往基坑約8m開挖至標(biāo)高-4.2m，第一層開挖完成安排東、北向旋噴樁施工及西、南向第一道土釘噴錨施工和井點(diǎn)降水施工。

4.3.2 第二層土方開挖待東、北向旋噴樁施工及井點(diǎn)降水施工完成，砼強(qiáng)度達(dá)到70%后進(jìn)行，開挖至標(biāo)高-4.2m。

4.3.3 組織第三層土方開挖，開挖至標(biāo)高-6.2m，安排基礎(chǔ)樁基施工。

4.3.4 基礎(chǔ)樁基施工完成，第四層土方開挖，安排西、南向第三道土釘噴錨施工，東、北向排樁第二道錨桿及止水帷幕施工。

4.3.5 最后完成基礎(chǔ)承臺(tái)土方開挖，封底墊層。開挖分層斷面如圖4所示。

5 深基坑土方施工的關(guān)鍵要點(diǎn)

經(jīng)過(guò)對(duì)本深基坑土方開挖施工方案的具體實(shí)施，工期緊湊，降低了工程成本，達(dá)到了預(yù)期的效果，滿足了工期、質(zhì)量和安全的要求，高層建筑深基坑土方施工，雖施工難度大，但也并非沒(méi)有辦法，只要通過(guò)合理組織、精心安排，就能取得令人滿意的效果，現(xiàn)就深基坑土方開挖施工要點(diǎn)總結(jié)

如下：

（1）根據(jù)工程的特點(diǎn)、施工條件以及地質(zhì)狀況科學(xué)合理地制定邊坡支護(hù)方案、降排水方案、土方開挖方案是深基坑土方施工成敗的關(guān)鍵。

（2）高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求保證邊坡支護(hù)的施工質(zhì)量，落實(shí)降排水措施到位是深基坑土方施工的必要條件。

（3）建立以項(xiàng)目業(yè)主為主導(dǎo)的現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目管理體系，充分協(xié)調(diào)各方關(guān)系，最大限度地將邊坡支護(hù)、降排水、樁基施工等各工序穿插施工，有效縮短工期。

（4）土方開挖必須嚴(yán)格按施工方案的順序均衡推進(jìn)，嚴(yán)禁無(wú)序開挖，以保證支護(hù)體系均勻受力。施工中配備專職人員進(jìn)行測(cè)量控制，及時(shí)將基坑開挖下口線測(cè)放到坑底，以控制開挖標(biāo)高，避免超挖。為防止超挖和保持邊坡坡度正確，機(jī)械開挖至接近設(shè)計(jì)坑底標(biāo)高或邊坡邊界時(shí)，應(yīng)預(yù)留20～30cm厚土層，用人工開挖和修坡。

（5）視施工場(chǎng)地及作業(yè)面的情況，合理調(diào)配土方機(jī)械，實(shí)現(xiàn)挖、運(yùn)平衡，避免造成機(jī)械閉置誤工，進(jìn)行大面積的開挖后，土方隨挖隨運(yùn)，以實(shí)現(xiàn)基坑四周的零堆載，同時(shí)基坑周邊嚴(yán)禁停滯大型機(jī)械。在支護(hù)樁邊、基底及承臺(tái)地梁等處無(wú)法進(jìn)行機(jī)械開挖部位人工配合對(duì)開挖部分邊角進(jìn)行修邊、平整。

（6）為減少基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形和荷載的積累，各層排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)前土方應(yīng)待基坑內(nèi)側(cè)土方開挖完畢后再挖除。

（7）建立測(cè)量控制網(wǎng)，土方開挖前，對(duì)鄰近道路、建筑物的資料進(jìn)行收集、分析，對(duì)已有的裂縫等問(wèn)題事先設(shè)置標(biāo)記并備案，在基坑開挖過(guò)程中，加強(qiáng)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)體系、基坑穩(wěn)定性和鄰近道路、建筑物的監(jiān)測(cè)，做到每一深挖一層就要進(jìn)行及時(shí)監(jiān)測(cè)，然后對(duì)監(jiān)測(cè)值（樁頂位移、樁側(cè)斜、沉降等）進(jìn)行分析并反饋，若監(jiān)測(cè)值發(fā)生突變，說(shuō)明基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)承受過(guò)大的壓力，需要放慢挖土速度或立即停止挖土，待基坑變形穩(wěn)定后，方可繼續(xù)進(jìn)行施工。

（8）運(yùn)土汽車按施工組織設(shè)計(jì)指定運(yùn)土路線行駛，指定棄土地點(diǎn)卸土，并按城建、環(huán)保部門規(guī)定在工地大門出口處設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)洗車臺(tái)，配備沖洗設(shè)備，安排專人對(duì)路面進(jìn)行清掃，確保路面清潔干凈。

（9）必須加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)安全措施的有效落實(shí)，如基坑防護(hù)欄、水平安全網(wǎng)、基坑安全爬梯、基坑照明、配電箱設(shè)置等；要求編制詳細(xì)的專項(xiàng)方案，審查通過(guò)后嚴(yán)格執(zhí)行。

6 結(jié)語(yǔ)

深基坑作為高層建筑基礎(chǔ)施工的重要環(huán)節(jié)，對(duì)保證高層建筑施工質(zhì)量有著積極的影響。因此，在新的建設(shè)環(huán)境下加強(qiáng)對(duì)高層建筑深基坑施工技術(shù)的研究和總結(jié)，有助于改善深基坑施工的現(xiàn)狀，提升建筑工程的施工質(zhì)量，確保施工安全。

本工程通過(guò)科學(xué)組織、合理計(jì)劃，從施工方案入手，因地制宜地組織施工，有效地完成了深基坑的土方開挖任務(wù)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，總結(jié)了高層建筑在復(fù)雜環(huán)境下深基坑土方開挖的施工經(jīng)驗(yàn)，具有一定的參考價(jià)值。

作者簡(jiǎn)介：劉東林（1967—），男，供職于閩晟（福建）建設(shè)工程有限公司。

（責(zé)任編輯：周 瓊）