高層建筑深基坑土方開(kāi)挖技術(shù)探討

何環(huán)環(huán)

福建一建集團(tuán)有限公司，福建 三明 365000

土方開(kāi)挖作為基坑工程中的重點(diǎn)項(xiàng)目，土方開(kāi)挖作業(yè)的好壞關(guān)系著整個(gè)基坑工程質(zhì)量的優(yōu)劣。當(dāng)前，高層建筑工程土方開(kāi)挖量大，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，若繼續(xù)采用傳統(tǒng)的明挖法不利于土方開(kāi)挖安全性的保證。因此，為有效解決深基坑開(kāi)挖問(wèn)題，確保高層建筑施工質(zhì)量，本文以沁園春A 地塊一期工程深基坑開(kāi)挖工程為例，分析其存在的問(wèn)題，提出適合本工程土方開(kāi)挖的關(guān)鍵技術(shù)，并借助信息化技術(shù)對(duì)土方開(kāi)挖施工技術(shù)進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)測(cè)［1-2］。

1 工程概況

沁園春A 地塊一期工程場(chǎng)地位于三明市新市中路東南側(cè)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察，本工程現(xiàn)場(chǎng)地勢(shì)平坦，場(chǎng)地內(nèi)無(wú)構(gòu)建物，基坑北側(cè)距建設(shè)紅線最小距離僅為1.5m，東側(cè)臨近既有住宅建筑，住宅建筑為磚混結(jié)構(gòu)。南側(cè)為市政道路，距道路邊線為5m，，西側(cè)為高層住宅建筑小區(qū)。

根據(jù)工程規(guī)劃，本工程建設(shè)9 棟住宅建筑，兩個(gè)相鄰長(zhǎng)方形基坑,，兩個(gè)基坑長(zhǎng)度均為65m，寬度均為45m。根據(jù)工程勘測(cè)，基坑周邊環(huán)境條件良好，基坑紅線內(nèi)無(wú)需要保護(hù)的建(構(gòu))筑物；臨近道路與地下室結(jié)構(gòu)最小距離為10.0m。為確?；娱_(kāi)挖和土方運(yùn)輸順暢，總體上從北側(cè)開(kāi)始向南側(cè)退挖，以形成施工平行流水作業(yè)局面；同時(shí)采用分層分段開(kāi)挖，上層上層大面積開(kāi)挖采用大功率挖掘機(jī)以加快施工進(jìn)度，下層基礎(chǔ)部分采用小型機(jī)械進(jìn)行開(kāi)挖，下層需加鋼板或箱板墊防止挖機(jī)下陷。同時(shí)，基坑四周應(yīng)嚴(yán)格控制堆載，不得超過(guò)15kN／m2，及時(shí)排除地表及基坑水，保持基坑干燥。

2 本項(xiàng)目土方開(kāi)挖施工重點(diǎn)和難點(diǎn)

2.1 開(kāi)挖工程量大，支護(hù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣

本工程基坑開(kāi)挖工程量大，土方開(kāi)挖、外運(yùn)工程量大。同時(shí)，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)包括圍護(hù)樁、鋼支撐、樁間噴射混凝土等結(jié)構(gòu)，較其他建筑深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此導(dǎo)致施工困難，要求施工單位加強(qiáng)土方開(kāi)挖優(yōu)化組織，合理選擇土方開(kāi)挖技術(shù)。

2.2 基坑周圍環(huán)境復(fù)雜

本工程中，建筑紅線距市政道路最小距離僅為10.0m，基坑開(kāi)挖施工易造成周圍構(gòu)建物、道路沉降變形，需要密切關(guān)注基坑開(kāi)挖期間沉降變形監(jiān)測(cè)，對(duì)明挖基坑的穩(wěn)定帶來(lái)一定程度的威脅。此外，本工程影響范圍內(nèi)分布有高壓電線及地下管線等。深基坑開(kāi)挖過(guò)程中，可能引起基坑土體位移，破壞土體平衡，引起周圍高壓線路及地下管線受到破壞，如處理不當(dāng)就會(huì)引發(fā)施工安全事故。為改善該問(wèn)題，本工程土方開(kāi)挖過(guò)程中加強(qiáng)基坑水平位移和支撐軸力監(jiān)測(cè)，并密切關(guān)注周圍構(gòu)建物沉降變形情況，確?；娱_(kāi)挖期間基坑及周圍構(gòu)建物、道路穩(wěn)定。

2.3 工程緊，工程機(jī)械多

本工程中，規(guī)劃土方開(kāi)挖時(shí)間僅為30d，且需要與基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)同步實(shí)施，工期緊，施工現(xiàn)場(chǎng)工程機(jī)械多，部分工程機(jī)械施工作業(yè)半徑不足，影響工程施工進(jìn)度和施工效率。針對(duì)該問(wèn)題，本工程采用分區(qū)、對(duì)稱施工技術(shù)方案，按工程機(jī)械半徑合理劃分土方開(kāi)挖區(qū)段，待本區(qū)段開(kāi)挖完成后轉(zhuǎn)移下一區(qū)段，滿足工程現(xiàn)場(chǎng)流水作業(yè)要求。

3 土方開(kāi)挖施工技術(shù)要點(diǎn)研究

本工程中，兩個(gè)基坑同步流水施工，施工順序?yàn)椋旱谝浑A段土方開(kāi)挖→沖鉆孔灌注樁→冠梁施工→冠梁錨索施工→第二階段基坑開(kāi)挖→圍護(hù)樁間土支護(hù)施工→腰梁及錨索施工→第三階段開(kāi)挖至底板。本文分階段分析土方開(kāi)挖施工技術(shù)要點(diǎn)。

3.1 第一階段土方開(kāi)挖

開(kāi)挖第一級(jí)基坑支護(hù)護(hù)坡及平臺(tái)，按自然放坡形式開(kāi)挖護(hù)坡噴錨工作面。整體開(kāi)挖深度為2.3m，局部開(kāi)挖深度為3.6m。第一階段開(kāi)挖過(guò)程中，機(jī)械開(kāi)挖距樁體、承臺(tái)距離≮300mm。機(jī)械開(kāi)挖自樁體300mm處以倒退行駛方式開(kāi)挖（如圖1所示）。第一階段開(kāi)挖時(shí)，遵循分層開(kāi)挖原則，淤泥層開(kāi)挖深度控制在1m 以內(nèi)，非淤泥層開(kāi)挖厚度控制在2m 以內(nèi)。

圖1 土方開(kāi)挖第一階段

3.2 土方開(kāi)挖第二階段

基坑沖鉆孔灌注樁、冠梁和冠梁錨索施工完成后，開(kāi)展第二階段土方開(kāi)挖，分層開(kāi)挖至-7.0m，分層開(kāi)挖厚度2.0m?；訃o(hù)結(jié)構(gòu)附近采用人工開(kāi)挖方式，其他區(qū)域采用機(jī)械開(kāi)挖方式?；舆吰掳醋匀环牌拢傻诙A段開(kāi)挖土方至第一階段平臺(tái)，經(jīng)第一階段平臺(tái)挖掘機(jī)械轉(zhuǎn)運(yùn)至土方堆放區(qū)域（如圖2 所示）。

圖2 土方開(kāi)挖第二階段

3.3 土方開(kāi)挖第三階段

土方開(kāi)挖第三階段，基坑開(kāi)挖至設(shè)計(jì)深度，采用階梯式開(kāi)挖方法進(jìn)行自然放坡，分層開(kāi)挖深度不超過(guò)2.0m，基坑底部土方留300mm 人工清槽區(qū)域?；娱_(kāi)挖至坑底后，基坑開(kāi)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，沿基坑底部按順時(shí)針?lè)较蜷_(kāi)挖放坡區(qū)域階梯，以起始點(diǎn)位置作為土方外運(yùn)收口區(qū)域，整平10m 寬臺(tái)階并填實(shí)800mm 厚廢磚渣，供土方外運(yùn)車輛通行。人工清槽完成后，挖機(jī)采用倒退開(kāi)挖方法開(kāi)挖土方外運(yùn)出口（如圖3 所示），其余土方經(jīng)人工修整后通過(guò)塔吊設(shè)備外運(yùn)。

圖3 土方開(kāi)挖第三階段土方

3.4 土方堆放

本工程中，在基坑頂部距邊緣5m 處設(shè)置土方臨時(shí)堆場(chǎng)，開(kāi)挖后土方當(dāng)班清理，當(dāng)班不能清理時(shí)停止開(kāi)挖。根據(jù)工程設(shè)計(jì)，基坑頂部3m 范圍內(nèi)允許荷載為10kN/m，禁止土方堆放超過(guò)3m 控制線，并限制運(yùn)輸車輛行駛路線和區(qū)域，避免因基坑邊坡荷載過(guò)大引起坡體位移。

3.5 支護(hù)樁及疏干井保護(hù)措施

為防止基坑機(jī)械開(kāi)挖破壞支護(hù)樁和疏干井結(jié)構(gòu)，影響基坑邊坡穩(wěn)定性和集水降水效果，本工程制定并落實(shí)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)措施：①支護(hù)樁開(kāi)挖。為降低施工機(jī)械車輛施工對(duì)支護(hù)樁的擠壓作用，避免引起樁位偏移，本工程對(duì)土方外運(yùn)出口影響行車路線的支護(hù)樁進(jìn)行開(kāi)挖、割樁、回填處理，待基坑開(kāi)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高且機(jī)械退場(chǎng)后重新鉆孔；②機(jī)械開(kāi)挖統(tǒng)一指揮。臨近支護(hù)樁和疏干井機(jī)械開(kāi)挖時(shí)，由專人進(jìn)行盯測(cè)，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)指揮，防止超挖。必要時(shí)，先由人工開(kāi)挖支護(hù)樁、疏干井附近土方，再使用機(jī)械沿開(kāi)挖深度倒退開(kāi)挖土方；③合理劃分人工開(kāi)挖區(qū)域。機(jī)械開(kāi)挖前，預(yù)留300mm 厚人工開(kāi)挖土方，邊坡人工開(kāi)挖土方厚度為150～300mm，滿足基坑開(kāi)挖標(biāo)高和邊坡坡度控制要求，減少機(jī)械開(kāi)挖對(duì)支護(hù)樁、邊坡的擾動(dòng); ④隨挖隨封底，沿底板至支護(hù)樁邊線澆筑毛石混凝土墊層，樁墻內(nèi)邊凹槽清理干凈，不得夾泥。承臺(tái)部位采用人工開(kāi)挖方式，嚴(yán)禁采用機(jī)械開(kāi)挖；⑤分層回填。基坑開(kāi)挖后，盡可能減少基坑暴露時(shí)間，地下室施工完成后，沿地下室外墻與圍護(hù)結(jié)構(gòu)間隙分層回填土方，回填土方采用密實(shí)度大于0.94 的黏性土，并配合進(jìn)行防水施工。

4 施工質(zhì)量監(jiān)測(cè)

由于本工程基坑施工環(huán)境較為復(fù)雜，基坑周圍為市政道路、既有建筑，且距基坑紅線較近，基坑施工可能造成周圍構(gòu)建物、道路不均勻沉降，進(jìn)而影響構(gòu)建物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和基坑施工安全。本工程中，施工單位在基坑內(nèi)布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)260 個(gè)，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)基坑土方開(kāi)挖、基坑降水和注漿加固階段基坑變形位移情況，全面、及時(shí)掌握基坑及周圍構(gòu)建物位移、沉降數(shù)據(jù)，為基坑施工提供有效數(shù)據(jù)支持，保證周圍環(huán)境的安全和施工順利進(jìn)行［3-4］。

4.1 地下水位

基坑開(kāi)挖過(guò)程中，基坑圍護(hù)周邊地下水位變化幅度一般在0.51～0.72m，反映出圍護(hù)止水效果良好。

4.2 水平位移

按照土方開(kāi)挖的3 個(gè)階段進(jìn)行圍護(hù)樁體的水平位移監(jiān)測(cè)，可見(jiàn)最大水平位移-26mm，在報(bào)警范圍之內(nèi)，留土護(hù)壁措施對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的位移控制有效

4.3 支撐軸力

水平環(huán)形梁和支撐梁混凝土澆筑完成后，隨著挖土加深，支撐軸力很快增大，挖土到第3 階段軸力達(dá)到峰值，普遍在10000～11000kN，均在報(bào)警值 16000kN 范圍內(nèi))。

5 結(jié)語(yǔ)

從土方開(kāi)挖過(guò)程及各方面數(shù)據(jù)分析來(lái)看，土方保質(zhì)保量的完成了基本工作，基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)良好，基坑這戶穩(wěn)定，達(dá)到了基坑降水的基本要求，通過(guò)本工程總結(jié)以下結(jié)論：

（1）開(kāi)挖方式選分區(qū)、分段開(kāi)挖原則，組合采用機(jī)械開(kāi)挖和人工開(kāi)挖方法，嚴(yán)禁超挖，防止土方開(kāi)挖破壞邊坡穩(wěn)定性和圍護(hù)結(jié)構(gòu)完整性。

（2）加強(qiáng)基坑土方開(kāi)挖過(guò)程中施工監(jiān)測(cè)是保障施工安全的重要措施。施工單位應(yīng)根據(jù)基坑周圍環(huán)境、施工進(jìn)度、施工技術(shù)方案等因素合理確定監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)，布設(shè)各構(gòu)建物、基坑邊坡、基坑底部監(jiān)測(cè)點(diǎn)，確?；颖O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、完整性，預(yù)防和控制基坑變形失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。