深基坑開挖施工技術(shù)

韓再冰

（中鐵十四局集團(tuán)第四工程有限公司 山東濟(jì)南 250000）

1 工程概況

某車站為地下二層12m島式車站，車站總長269m，頂部覆土厚度3～3.8m，基坑開挖深度16.2～17.5m，車站主體結(jié)構(gòu)及附屬結(jié)構(gòu)出入口、單層風(fēng)道基坑采用混凝土樁與內(nèi)支撐組合。本站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段采用D800@1100混凝土樁+內(nèi)支撐組合，嵌固深度8～9m；樁頂設(shè)置1100×800mm的鋼筋混凝土冠梁?；娱_挖采用明挖順作法，深度方向設(shè)置三道鋼管內(nèi)撐，端頭井位置在第二段鋼支撐下方1.5m處設(shè)置一道換撐。

2 施工準(zhǔn)備

車站主體基坑開挖總量約為10.5萬m3。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，每個車站配備滿足施工需求的挖土及運(yùn)輸設(shè)備，確保開挖后連續(xù)施工，基坑開挖前需完成以下施工準(zhǔn)備：

（1）基坑圍護(hù)樁樁體混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)開挖強(qiáng)度要求；

（2）冠梁施工長度不小于100m，混凝土強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)開挖強(qiáng)度要求；

（3）基坑周邊排水系統(tǒng)已形成，能排至市政管網(wǎng)，洗車槽、安全防護(hù)欄桿已完成；

（4）周圍建筑物、地下管線調(diào)研結(jié)束，對建筑物有變形開裂現(xiàn)象的已記錄、照（攝）相，建設(shè)單位已組織產(chǎn)權(quán)單位進(jìn)行了現(xiàn)場確認(rèn)簽字；

（5）基坑監(jiān)控量測點(diǎn)、周圍建筑物沉降觀測點(diǎn)布設(shè)完畢，并已測得初始值；

（6）基坑土方開挖機(jī)具、運(yùn)輸車輛、運(yùn)輸路線及棄土場已選定，并辦理了相應(yīng)的手續(xù)；

（7）鋼支撐及噴漿掛網(wǎng)機(jī)械、材料準(zhǔn)備就緒；

（8）基坑開挖、支護(hù)方案已審批；

（9）已進(jìn)行安全風(fēng)險源識別匯總，應(yīng)急預(yù)案已審批；

（10）已對現(xiàn)場作業(yè)人員進(jìn)行了技術(shù)交底；

（11）施工前按總平面布置圖的規(guī)劃，在一定距離布置了測量控制點(diǎn)，各控制點(diǎn)均應(yīng)為永久性的坐標(biāo)樁和水準(zhǔn)基點(diǎn)樁，所布置的測量控制點(diǎn)均應(yīng)以書面形式報(bào)監(jiān)理復(fù)核，復(fù)核無誤后方可使用，并采取有效保護(hù)措施，以防破壞。

3 施工方案及技術(shù)措施

3.1 開挖原則

開挖基坑施工的原則是確保施工過程中周邊安全環(huán)境及節(jié)點(diǎn)工期滿足規(guī)定要求。開挖的順序及方案必須與現(xiàn)場實(shí)際施工相一致，并遵守“水平分段、豎向分層、對稱、平衡、快挖、快撐、隨挖隨撐、嚴(yán)禁超挖、保證施工安全前提下迅速施工”的原則，充分利用“時空效應(yīng)”，減小變形量。在豎向開挖上按照鋼支撐設(shè)計(jì)位置分段、分層進(jìn)行，在每一次開挖至鋼支撐底部以下40～60cm時立即進(jìn)行鋼支撐架設(shè)。網(wǎng)噴面層混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可開挖下層土體?？v向分段開挖時，應(yīng)在基坑周邊設(shè)置混凝土排水渠，防止降雨進(jìn)入基坑內(nèi)部，并采用從基坑一端向另一端分層開挖，縱向坡度1：5，以方便自卸汽車運(yùn)輸。每一段降土和支撐的安裝時間不應(yīng)超過8h，同時每一道支撐必須設(shè)置可靠的底部支托和防墜落鋼絲繩，防止因圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形和施工撞擊而發(fā)生支撐脫落。

3.2 土方開挖、運(yùn)輸形式

基坑內(nèi)土方開挖自一側(cè)端頭井向另一側(cè)端頭井倒退式開挖，當(dāng)縱向坡度滿足渣土車爬坡條件時，采取挖掘機(jī)直接裝車的方式（見圖1）；當(dāng)縱向坡度不滿足渣土車爬坡條件時，可采取多臺挖掘機(jī)臺階式翻土的形式裝車運(yùn)走（見圖2）。

圖1 坡度滿足要求

圖2 坡度不滿足要求

3.3 土方開挖分層

根據(jù)設(shè)計(jì)基坑深度及鋼支撐、混凝土支撐位置，確定基坑豎向分層開挖層數(shù)，每次開挖至鋼支撐以下40～60cm，開始架設(shè)鋼支撐。

3.4 挖土施工工藝

3.4.1 表層土開挖

首先破除原有瀝青路面，開挖至設(shè)計(jì)混凝土支撐梁底標(biāo)高。采用分段退挖方式，人工配合挖掘機(jī)進(jìn)行，采用自卸車將棄土直接外運(yùn)至棄土場。開挖完成一段后立即進(jìn)行混凝土冠梁及混凝土撐的施工。

3.4.2 端頭井土方開挖

端頭井部分先開挖轉(zhuǎn)角并架設(shè)斜支撐，后開挖標(biāo)準(zhǔn)段并架設(shè)直撐的順序施工。每塊土體開挖時間不超過6h，每塊的鋼支撐在土方挖完后8h內(nèi)安裝完畢。

進(jìn)入第三層及以下各層土方開挖時，由于斜支撐架設(shè)所需時間較長，進(jìn)行端頭井土方開始時，首先從端頭井中間區(qū)域開始（圖3所示），一次開挖至設(shè)計(jì)需架設(shè)鋼支撐底標(biāo)高以下40～60cm，最后采用用小型挖機(jī)進(jìn)入斜撐區(qū)域開挖基坑轉(zhuǎn)角部位第一次開挖觸及不到的土方。開挖完成一邊轉(zhuǎn)角位置的土石方后立即架設(shè)斜撐、施加預(yù)應(yīng)力，然后按照一樣的步序?qū)α硪粋?cè)端頭井的轉(zhuǎn)角部位進(jìn)行土方的開挖，完成后開始進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)段的降土開挖作業(yè)。

3.4.3 標(biāo)準(zhǔn)段土方開挖

第二層土方開挖深度為5.2～6.1m，中間開槽開挖，兩側(cè)圍護(hù)樁靠基坑側(cè)3m范圍內(nèi)預(yù)留反壓土，以便于安裝第二層的鋼支撐和網(wǎng)噴施工，利用土體抵抗圍護(hù)墻后土壓力，保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全，槽底至反壓土平臺坡度為1：0.75；每層開挖深度不大于3m，中間開槽開挖至第一道鋼支撐下50cm，架設(shè)第一道鋼支撐并施加預(yù)應(yīng)力（圖4所示）。其余層與本層開挖方式相同。

圖3 端頭井開挖

圖4 一般段開挖

3.4.4 收尾段土方開挖

當(dāng)挖掘機(jī)已經(jīng)沒有足夠的活動范圍進(jìn)行土方開挖時，換用抓斗或長臂挖掘機(jī)在基坑邊進(jìn)行內(nèi)部土方的上移。基坑深度超出12m，以下土方不能采用長臂挖機(jī)時采用小型挖機(jī)配合一臺45t龍門吊豎向出土。最后采用龍門吊將小挖機(jī)吊出?；滓陨?0cm厚土體，采用人工清底。開挖完一塊并清底至設(shè)計(jì)坑底標(biāo)高后及時施工接地網(wǎng)并澆筑混凝土墊層。

4 基坑監(jiān)測

4.1 監(jiān)測目的

（1）驗(yàn)證支撐體系方案設(shè)計(jì)，作為施工的眼睛指導(dǎo)土方開挖和支撐體系的施工，實(shí)現(xiàn)信息化施工。

（2）確?；影踩Ｖ误w系在破壞之初，通常會在基坑不同位置上出現(xiàn)較大的變化或監(jiān)測到速率明顯增加。假設(shè)有合理的監(jiān)測控制系統(tǒng)，以便于采取合理應(yīng)急措施，立即啟動應(yīng)急預(yù)案，減輕或避免破壞的發(fā)生。

4.2 監(jiān)測基本原則

4.2.1 系統(tǒng)性原則

（1）所有監(jiān)測項(xiàng)目相結(jié)合，形成空間控制網(wǎng)，各測試項(xiàng)目的數(shù)據(jù)相輔相成、相互校核；

（2）運(yùn)用監(jiān)測系統(tǒng)整體功效對基坑進(jìn)行立體的全方位監(jiān)測，保證所測數(shù)據(jù)的正確性；

（3）監(jiān)測連續(xù)，數(shù)據(jù)連續(xù)；

（4）合理布局、減少布設(shè)，節(jié)約成本。

4.2.2 可靠性原則

（1）施工過程中采用的監(jiān)測手段是已基本成熟的方法；（2）在施工過程中對布設(shè)的測點(diǎn)進(jìn)行可靠保護(hù)。

4.2.3 與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相結(jié)合原則

對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中使用的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，達(dá)到進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。

4.2.4 重點(diǎn)部位優(yōu)先、兼顧其他的原則

（1）對圍護(hù)樁、混凝土支撐、鋼支撐中加密測點(diǎn)數(shù)和監(jiān)測項(xiàng)目，進(jìn)行重點(diǎn)密切關(guān)注；

（2）除了重點(diǎn)部位優(yōu)先布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)以外，在全局性的基礎(chǔ)上合理的布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)。

4.2.5 與現(xiàn)場相結(jié)合的原則

（1）結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況確定監(jiān)測方法、監(jiān)測設(shè)備的種類型號、監(jiān)測點(diǎn)的保護(hù)；

（2）結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況調(diào)整布設(shè)點(diǎn)的位置，最大限度的減少對施工的影響；

（3）結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況確定各測試項(xiàng)的頻率。

4.2.6 經(jīng)濟(jì)合理原則

（1）監(jiān)測方法及監(jiān)測項(xiàng)目的選擇，應(yīng)結(jié)合監(jiān)測單位豐富的經(jīng)驗(yàn)盡量采用直觀、方便、有效的方法；

（2）監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)量，在確保全面、安全的前提下，合理利用監(jiān)測點(diǎn)之間聯(lián)系，減少測點(diǎn)數(shù)量，提高工作效率，降低成本。

4.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用

4.3.1 量測數(shù)據(jù)散點(diǎn)圖和曲線

對現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)分析處理，即及時繪制位移（s）-時間（t）曲線散點(diǎn)圖，將現(xiàn)場量測數(shù)據(jù)繪制成s-t時態(tài)曲線圖和位移關(guān)系曲線，通過所繪制圖形分析現(xiàn)場施工實(shí)際情況。

（1）當(dāng)s-t曲線關(guān)系趨于平緩時，說明現(xiàn)場變化較規(guī)律，通過數(shù)據(jù)處理及回歸分析，可以推算出最終位移值和掌握位移值的變化規(guī)律；

（2）當(dāng)s-t關(guān)系曲線出現(xiàn)突變或反彎點(diǎn)的情況時，則表明支護(hù)體系已呈不穩(wěn)定狀態(tài)，此時應(yīng)密切監(jiān)視地層動態(tài)，并加強(qiáng)支護(hù)，必要時應(yīng)立即暫停開挖，立即進(jìn)行支護(hù)體系加固處理；

（3）根據(jù)s-t曲線的變化形態(tài)來判別支護(hù)體系穩(wěn)定性。

圍護(hù)體系結(jié)構(gòu)變化曲線可化分為三個區(qū)段，圍護(hù)結(jié)構(gòu)蠕變曲線如圖5。

圖5 圍護(hù)結(jié)構(gòu)蠕變曲線

①基本穩(wěn)定區(qū)段：明顯特征是變形速率不斷下降，即d2s/d2t＜0，為一次蠕變區(qū)段，表明圍護(hù)體系趨于穩(wěn)定，支護(hù)結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定安全的；

②過渡區(qū)段：變形速率較長時間保持穩(wěn)定不變，即d2s/d2t=0，為二次蠕變區(qū)段，應(yīng)發(fā)出警告，立即調(diào)整施工節(jié)奏，強(qiáng)化支撐系統(tǒng)的剛度、強(qiáng)度及穩(wěn)定性；

③破壞區(qū)段：明顯特征是變形速率逐漸增大，即d2s/d2t＞0，為三次蠕變區(qū)段，曲線出現(xiàn)向上反彎點(diǎn)，揭示支撐體系已達(dá)到危險臨界狀態(tài)，必須立即停止開挖作業(yè)進(jìn)行加固處理。

基坑穩(wěn)定性的判別標(biāo)準(zhǔn)相對來說較復(fù)雜，在判別基坑穩(wěn)定程度時應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目的具體情況，采用以上三種情況的標(biāo)準(zhǔn)綜合對比分析，將結(jié)果反饋于設(shè)計(jì)與施工現(xiàn)場。

4.3.2 沉降與水平位移數(shù)據(jù)分析

對量測數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，繪制沉降-時間曲線和水平位移-時間曲線，根據(jù)曲線表現(xiàn)的形態(tài)進(jìn)行分析判斷，提出相應(yīng)措施。

5 結(jié)束語

基坑工程是一個大的系統(tǒng)工程，在基坑開挖過程中需對各個工序加強(qiáng)監(jiān)測、對比分析并采取切實(shí)有效的措施，確保深基坑開挖工程施工過程的安全。針對本工程深基坑開挖的特點(diǎn)及今后肯定會遇到類似施工項(xiàng)目，我們對該工程加以總結(jié)，希望可以對類似的基坑開挖項(xiàng)目提供經(jīng)驗(yàn)和一定的參考價值。

[1]劉建航.基坑工程手冊[M].中國建筑工業(yè)，1996.

[2]賴春芳.淺談深基坑開挖的控制[J].北方交通，2010（01）.