高層建筑深基坑土方開挖技術(shù)探討

龐慧芳

山西晉建集團(tuán)五建有限公司 山西 晉中 030600

隨著國土規(guī)劃面積擴(kuò)大，城市建筑面積也越發(fā)珍貴，用地壓力增加，為緩解此壓力，建筑行業(yè)逐漸朝向高層建筑和超高層建筑領(lǐng)域發(fā)展，可以大大減少建筑用地，減少投資建設(shè)壓力，具有重要的社會經(jīng)濟(jì)效益。盡管深基坑建筑屬于臨時(shí)建筑，但是其重要性不可忽視，為保證深基坑建筑安全穩(wěn)定性，隨著建筑高度的增加，深基坑支護(hù)要更加牢固。當(dāng)前，深基坑支護(hù)技術(shù)已經(jīng)成為高層建設(shè)主要影響因素。為保證高層建筑質(zhì)量，需要注重深基坑施工質(zhì)量。

1 高層建筑深基坑工程施工特征

高層建筑深基坑施工比較復(fù)雜，需要科學(xué)設(shè)計(jì)具體施工，此類工程具有如下特征：高層建筑深基坑深度大，房屋建筑呈高層化，基坑開挖范圍大，支撐系統(tǒng)難度大，周邊交通密集，對周邊建筑威脅度高，支護(hù)類型多，工期長，鄰近場地工序相互制約，施工困難，風(fēng)險(xiǎn)性高，區(qū)域性強(qiáng)，需要根據(jù)不同地質(zhì)情況進(jìn)行相應(yīng)施工[1]。

2 高層建筑深基坑土方開挖技術(shù)施工

2.1 工程概況

通過某高層建筑群體工程為具體案例分析深基坑土方開挖技術(shù)，該建筑單體層數(shù)為28層，共9棟，基坑規(guī)格為65*45m，要想順利開展基坑開挖作業(yè)，需要從北向南挖掘，進(jìn)行平行流水化作業(yè)，采用分層分段開挖方式，上層大面積開挖，使用挖掘機(jī)進(jìn)行挖掘建設(shè)，下層使用小型機(jī)械開挖，并使用鋼板避免下陷。此外，基坑周邊堆載每平方米不可超過15KN，并保障基坑排水通暢和內(nèi)部干燥。

基坑開挖前，勘察人員需要勘察建筑施工周邊地質(zhì)水文情況，調(diào)查分析建筑周邊交通設(shè)施和建筑情況，通過分析工程施工可以發(fā)現(xiàn)，本工程周邊地質(zhì)環(huán)境良好，地下水位相對穩(wěn)定，基本在18-23m間，而地下水基本來自于大氣降水和地表淺水，淺水隨著氣候變化而變化，根據(jù)調(diào)查，變化幅度大于為0.5-1.5m。地表水水層從地下土質(zhì)層構(gòu)成可以發(fā)現(xiàn)其多為粉性土質(zhì)層和黏土性土層，大部分均為沉積土質(zhì)[2]。此外，基坑紅線發(fā)現(xiàn)需保護(hù)構(gòu)造物，存在地下管線等保護(hù)物，同時(shí)鄰近地下室和道路間距最小為10m。

2.2 施工重難點(diǎn)

本工程施工重難點(diǎn)主要體現(xiàn)在工程量大、支護(hù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、周邊環(huán)境復(fù)雜等方面，具體為：

一方面，開挖工程量較大，支護(hù)結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。本工程施工時(shí)，基坑開挖工程量過大，土方運(yùn)輸困難，基坑支護(hù)采用鋼支撐圍護(hù)樁結(jié)構(gòu)，相對于其他支護(hù)結(jié)構(gòu)而言施工更加復(fù)雜，導(dǎo)致高層建筑施工難度增加[3]。因此，企業(yè)建設(shè)時(shí)需要合理優(yōu)化土方開挖，選擇正確的開挖技術(shù)。另一方面，本工程深基坑周邊環(huán)境比較復(fù)雜，基坑外紅線與道路最小距離為10m，土方開挖時(shí)容易影響周邊道路，出現(xiàn)沉降變形現(xiàn)象，對基坑開挖工作順利開展產(chǎn)生不利影響。此外，本工程施工波及范圍內(nèi)存在高壓電線于地下管線，因此土方開挖施工時(shí)為躲避高壓電線和地下管線需要可能會使土體位移，導(dǎo)致整體平衡被破壞，影響周邊地下管線以及高壓線路，若是處理不到位可能會出現(xiàn)意外事故。對此，土方開挖時(shí)必須要實(shí)時(shí)監(jiān)測基坑位移和支撐力情況，同時(shí)注意周邊構(gòu)筑物變形情況，保證構(gòu)筑物和道路在土方開挖施工時(shí)保持穩(wěn)定[4]。

2.3 施工流程

2.3.1 準(zhǔn)備工作

首先，準(zhǔn)備施工技術(shù)。完成開工報(bào)告后開展相應(yīng)準(zhǔn)備工作，例如審核圖紙、準(zhǔn)備材料、設(shè)備、人員等基本資料進(jìn)駐現(xiàn)場，并疏散設(shè)計(jì)好施工現(xiàn)場組織結(jié)構(gòu)等。本項(xiàng)目工程師、監(jiān)理人員、質(zhì)量人員、技術(shù)人員等工作人員需要在正式施工前仔細(xì)閱讀圖紙內(nèi)容，確認(rèn)施工現(xiàn)場，施工前準(zhǔn)備好圖集、規(guī)范和法規(guī)等資料，滿足施工要求[5]。接收建設(shè)單位的現(xiàn)場標(biāo)高控制樁以及軸線控制樁之后，需要準(zhǔn)備進(jìn)行工程測量工作。工程施工時(shí)，所用打井機(jī)械設(shè)備在開工前要落實(shí)好調(diào)試工作，確保設(shè)備始終處于正常運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)施工現(xiàn)場實(shí)際情況，配置高精確度測量設(shè)備，并成立專業(yè)測量小組，由專業(yè)測量人員攜帶設(shè)備工具負(fù)責(zé)放線標(biāo)高、沉降觀測等作業(yè)，其所應(yīng)用的設(shè)備必須要保證專人使用保管。根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)具體內(nèi)容進(jìn)行施工培訓(xùn)，并制定完善的組織計(jì)劃和施工計(jì)劃。

其次，準(zhǔn)備施工設(shè)備。深基坑土方開挖時(shí)，需要認(rèn)真分析土方開挖各個環(huán)節(jié)，針對施工可能遇到的問題進(jìn)行深入探究，選擇可行性技術(shù)措施，提高施工質(zhì)量，確保施工效率，減少安全隱患，避免影響后續(xù)施工。對此，先要準(zhǔn)備好施工機(jī)械設(shè)備，投放開挖時(shí)所用機(jī)械設(shè)備具有自動化特征，需要充分發(fā)揮其價(jià)值防止傳統(tǒng)人力施工出現(xiàn)的問題，高層建筑土方開挖施工危險(xiǎn)系數(shù)較高，施工流程復(fù)雜，因此實(shí)際施工時(shí)需要充分應(yīng)用機(jī)械設(shè)備，準(zhǔn)備時(shí)要保證所選機(jī)械設(shè)備符合施工現(xiàn)場要求，以保證工程項(xiàng)目質(zhì)量，合理控制施工成本[6]。

最后，準(zhǔn)備施工人員。各工種之間需要加強(qiáng)配合，協(xié)作作業(yè)開展施工管理，盡快使施工人員進(jìn)入實(shí)際施工工作中。通過考核進(jìn)場人員技能保證施工人員投入有效。

2.3.2 土方開挖

(1) 土方開挖重點(diǎn)在于基坑支護(hù)護(hù)坡與平臺開挖，按照自然放坡趨勢開挖護(hù)坡噴錨工作面，整體深度為2.3m，局部深度為3.6m，該階段進(jìn)行時(shí)，機(jī)械設(shè)備與樁體、承臺間距不可低于300mm，開挖可以從樁體300mm處采用倒退法進(jìn)行，并遵循分層開挖原則，但是淤泥層深度需要在1m范圍內(nèi)，非淤泥層深度則需要在2m范圍內(nèi)[7]。按照施工現(xiàn)場實(shí)際情況，土方開挖時(shí)需要在對深基坑及其臨時(shí)主道路兩邊做好安全防護(hù)工作，防護(hù)欄采用48*2.7mm規(guī)格鋼管制作而成，基坑邊設(shè)置了防護(hù)欄桿，與深基坑距離1.5m左右，立桿和邊坡間距不低于0.5m，深入地下為70cm。預(yù)留道路兩邊所設(shè)置的防護(hù)欄與邊坡間距不低于0.5m。防護(hù)欄包括兩道橫杠和一道立柱，上下防護(hù)面高度分別為1.2m和0.6m，立桿之間距離不低于2m，內(nèi)側(cè)掛滿安全網(wǎng)，并設(shè)置了安全標(biāo)示，夜間配置了警示燈。

(2) 鉆孔灌注樁和梁灌錨索施工完成后進(jìn)行土方開挖，采用分層開挖法挖至-7m左右，分層厚度為2m。圍護(hù)結(jié)構(gòu)周邊采用人工開挖形式，其他區(qū)域則使用機(jī)械挖掘，依據(jù)自然放坡從第二階段開挖直至第一階段平臺，將第一階段所用設(shè)備轉(zhuǎn)移至土方放置部位。

基坑開挖之后，需要在周邊設(shè)置排水溝以及集水井，并預(yù)留一定坡度避免雨水進(jìn)入坑中，確保邊坡穩(wěn)定，避免塌方。開挖現(xiàn)場具有充足照明系統(tǒng)，現(xiàn)場電氣設(shè)備設(shè)置漏電保護(hù)配置，使用三相四線制。施工時(shí)，需要由專人監(jiān)測基坑，及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理不良現(xiàn)象，避免出現(xiàn)坍塌事故。

本工程在進(jìn)行深基坑監(jiān)測時(shí)，主要監(jiān)測內(nèi)容包括：基坑土體是否有隆起、地表是否有裂縫等現(xiàn)象，并使用全站儀觀測基坑附近建筑物沉積和管線變形情況，收集安全信息。為了解基坑沉降變形程度，需要使用水準(zhǔn)儀沉降觀測。為了解邊坡土地深層水平移動情況，需要使用全站儀斜測深基坑邊坡土體。使用極坐標(biāo)法觀測計(jì)算邊坡頂端的水平水平位移情況。

(3) 該階段需要挖至設(shè)計(jì)深度，采用階梯式開挖方式放坡，每層開挖深度不可大于2m，基坑底部預(yù)留300mm深度，并由人工進(jìn)行清槽準(zhǔn)備，挖至坑底后達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，需要順時(shí)針進(jìn)行階梯式放坡，從起點(diǎn)開始向外收口，構(gòu)成10m寬調(diào)節(jié)的同時(shí)在其中填筑800mm厚度廢磚渣，便于土方外運(yùn)[8]。人工清槽工作完成后，采用倒退法開挖并延伸到外運(yùn)口，通過人工修正法由塔吊設(shè)備將土方外運(yùn)。

(4) 局部坑中坑施工時(shí)，采取井點(diǎn)降水方式與土方開挖配合施工，具體操作為：按照場地水溫地質(zhì)情況設(shè)計(jì)管井，根據(jù)本工程情況設(shè)置10個管井，深度為16m，并配置抽水泵，必要時(shí)降低地下水位。井點(diǎn)降水需要持續(xù)24h操作，通過排水保證地下水低于挖面，并根據(jù)要求和開挖進(jìn)度對地下水下降情況和管井排水情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，定期清洗管井避免堵塞，影響排水。各管井周邊需要做好保護(hù)工作，優(yōu)化布置電纜線和排水管。土方開挖時(shí)，局部坑中坑和周邊挖面高度差遵循1:1放坡以及80mm鋼筋混凝土為噴錨支護(hù)，并使用挖掘機(jī)與人工開挖協(xié)作方案進(jìn)行坑內(nèi)土方開挖。

(5) 塔吊開挖。塔吊作為垂直運(yùn)輸主要設(shè)備，土方開挖前需要安裝好塔吊，在此基礎(chǔ)上開展專項(xiàng)開挖操作。具體操作時(shí)，臨近地下室的塔吊進(jìn)行土方開挖時(shí)以1:1自然放坡為依據(jù)進(jìn)行分層開挖，并及時(shí)外運(yùn)土方。

2.3.3 回填處理

基坑開挖工作可以為高層建筑施工奠定良好基礎(chǔ)，以保證后續(xù)施工能夠順利開展，以便更好服務(wù)人民群眾。因此，土方開挖完成后，需要注意后續(xù)回填處理，若是回填處理出現(xiàn)問題可能會使深基坑施工質(zhì)量受到影響，進(jìn)而對建筑工程整體建設(shè)質(zhì)量產(chǎn)生影響。對于地下室結(jié)構(gòu)和外墻保護(hù)施工，需要做好質(zhì)量檢測，保證質(zhì)量符合要求，在此基礎(chǔ)上繼續(xù)開展相應(yīng)工作[9]。深基坑土方開挖作為高層建筑整體施工基礎(chǔ)，若是該過程準(zhǔn)備不充分，其會對土方回填施工產(chǎn)生影響，因此，施工前需要徹底清理坑內(nèi)雜物，避免存在積水或是出現(xiàn)分層問題，并在檢測合格后進(jìn)行相應(yīng)工作。

2.3.4 支護(hù)樁和疏干井

基坑開挖時(shí)，為避免破壞支護(hù)樁和疏干井，導(dǎo)致基坑穩(wěn)定性以及積水質(zhì)量受到影響，施工時(shí)需要做好現(xiàn)場保護(hù)工作。首先，開挖支護(hù)樁過程中，為避免機(jī)械設(shè)備擠壓支護(hù)樁導(dǎo)致樁體偏移，需要回填處理影響外運(yùn)出口行車路線的支護(hù)樁，開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后撤出機(jī)械設(shè)備，之后重新鉆孔。統(tǒng)一調(diào)配機(jī)械設(shè)備，開挖作業(yè)鄰近支護(hù)樁和疏干井時(shí)需專門人員指揮，避免超挖，甚至可以人工開挖支護(hù)樁周邊土方，之后由機(jī)械設(shè)備順著人工開挖深度實(shí)行后退式開挖。其次，對人工開挖區(qū)域需要科學(xué)劃分，使用機(jī)械設(shè)備開挖前可以預(yù)留大約300mm空間用于人工開挖，厚度控制在150-300mm即可滿足基坑開挖標(biāo)高，這種開挖方式可以降低機(jī)械開挖對支護(hù)樁的不良影響[10]。最后，順著支護(hù)樁周邊毛石混凝土墊層，清理干凈溝槽內(nèi)部，承臺部位采用機(jī)械設(shè)備開挖。此外，土方開挖施工完成后，要盡量避免過長時(shí)間暴露基坑，地下室施工之后需要順著地下室外墻以及維護(hù)結(jié)構(gòu)縫隙實(shí)行分層回填操作，回填材料為密實(shí)度＞0.94黏性土，并與防水施工共同配合開展。

3 高層建筑深基坑土方開挖技術(shù)質(zhì)量控制

3.1 保證施工質(zhì)量

高層建筑深基坑土方開挖時(shí)，需要嚴(yán)格遵循施工設(shè)計(jì)方案開展相應(yīng)施工，明確基坑開挖關(guān)鍵部分，在分層分段開挖時(shí)采用不同方式確保開挖深度符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合工程實(shí)際施工情況規(guī)劃開挖區(qū)域，確保施工現(xiàn)場安全順利進(jìn)行。施工時(shí)，工作人員要根據(jù)基坑底部情況對坑底周邊土壁做好檢查，避免發(fā)生意外，并與施工企業(yè)就開挖順序達(dá)成一致，仔細(xì)研究行車路線進(jìn)出口，繪制科學(xué)的開挖流程和現(xiàn)場總平面圖，以保證基坑開挖目標(biāo)得到滿足，為基坑開挖施工順利開展奠定基礎(chǔ)。

3.2 注意挖土安全

深基坑土方開挖時(shí)，需要注意施工過程是否安全，并準(zhǔn)確預(yù)判可能發(fā)生的安全事故，做好預(yù)防和應(yīng)急處理工作，以保證土方開挖能夠順利開展，并保證施工人員人身安全，同時(shí)提高施工質(zhì)量。對此，首先施工企業(yè)需要注意勘測工作科學(xué)客觀，根據(jù)實(shí)際情況做好地質(zhì)水文情況分析工作，避免地下水、土質(zhì)復(fù)雜等條件影響土方開挖工作開展，這就需要勘察人員深入現(xiàn)場對工程地質(zhì)進(jìn)行深入勘察，形成科學(xué)完善的勘察報(bào)告，為土方開挖提供保障[11]。我國幅員遼闊，有些地區(qū)地質(zhì)情況復(fù)雜，地下水資源豐富，土方開挖時(shí)需要注意地下水深度，避免影響土方開挖施工，破壞當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境。對于土層結(jié)構(gòu)復(fù)雜地區(qū)在挖土?xí)r徐亞注意安全性，尤其是機(jī)械設(shè)備對周邊的振蕩影響，必要時(shí)采用人工開挖方式，以保障施工安全和人員安全。

3.3 加大監(jiān)管力度

深基坑土方開挖操作時(shí)，需要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行組織設(shè)計(jì)，施工時(shí)要加強(qiáng)現(xiàn)場監(jiān)管。首先，工作人員需要根據(jù)支護(hù)方式進(jìn)行土方開挖操作，保證支護(hù)質(zhì)量，并嚴(yán)格遵循操作流程施工，以便后續(xù)施工順利開展。而在施工時(shí)，還需要圍繞施工現(xiàn)場協(xié)調(diào)好人員關(guān)系，科學(xué)安排樁基施工、邊坡支護(hù)和降排水施工，盡可能縮短工期。此外，根據(jù)工程建設(shè)情況劃分工作人員具體工作職責(zé)、范圍、內(nèi)容等，對工作人員加大監(jiān)管力度，以保障施工工作能夠順利開展。

4 結(jié)束語

綜上所述，高層建筑深基坑施工十分重要，其中土方開挖作為施工基礎(chǔ)，直接影響著和整個工程質(zhì)量。因此，施工企業(yè)需要根據(jù)操作流程以及設(shè)計(jì)規(guī)范準(zhǔn)備好土方開挖施工，制定科學(xué)的組織計(jì)劃，明確施工重點(diǎn)，合理安排施工流程，提高土方開挖質(zhì)量，確保施工順利。而為保證高層建筑深基坑土方開挖質(zhì)量，還需要保證施工質(zhì)量、注意挖土安全、加大監(jiān)管力度。