軟弱土地層中超大型深基坑施工技術(shù)的應(yīng)用

徐少華，陸辰濤

（浙江省建工集團(tuán)有限責(zé)任公司，浙江 杭州310012）

在開展城市地下深基坑施工時(shí)，因深基坑工程量較大，施工工期長，且施工難度大，工程造價(jià)也高，因此在深基坑施工過程中每一個(gè)環(huán)節(jié)都需要引起注意和提高警惕，讓地下工程施工質(zhì)量和安全得到有效保障。如果超大型深基坑位于軟弱土層中，其施工影響因素更多，施工難度更大，所以在工程開展前要編制安全可靠、科學(xué)可行的施工方案，做好充足的施工準(zhǔn)備，盡可能采用先進(jìn)可靠高效的技術(shù)工藝，不斷創(chuàng)新施工工藝，施工中強(qiáng)化對(duì)基坑開挖和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量管理及控制，做好施工期間的質(zhì)量、安全監(jiān)測(cè)工作，從而確保工程的順利實(shí)施。

1 基坑工程概況

之江文化中心建設(shè)工程為浙江省“十三五”文化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的領(lǐng)頭項(xiàng)目，由浙江省博物館新館、浙江圖書館新館、浙江省非物質(zhì)文化遺產(chǎn)館、浙江文學(xué)館，以及其他配套功能空間組成。擬建建筑物設(shè)兩層地下室，采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，根據(jù)基坑周邊環(huán)境及地質(zhì)條件，本場(chǎng)地基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為一級(jí)，本工程基坑呈不規(guī)則形狀，面積約88000m2，長約467m，寬約274m，基坑周長約1745m，基坑開挖深度12.90m；本工程承臺(tái)高度為1.6m~2.7m不等，因此承臺(tái)開挖深度為13.50m~14.50m之間；電梯井和集水井等坑中坑開挖深度較深，最大開挖深度為16.6m。

2 超大型深基坑施工難點(diǎn)

2.1 規(guī)模大

該基坑開挖面積88000m2，為超大型基坑。大規(guī)?；硬煌谥行』?，在開挖過程中，其水土壓力的動(dòng)態(tài)變化受到施工工序、分段開挖、圍護(hù)形式、施工機(jī)械布置等各種因素影響而變得異常復(fù)雜，它是荷載作用與結(jié)構(gòu)變形、施工步驟以及工程進(jìn)度綜合協(xié)調(diào)的結(jié)果；另外由于土層的不均勻性和流變性更增加了問題的復(fù)雜性。

2.2 開挖深度深

本工程基坑大面開挖深度為12.9m，電梯坑等坑中坑最大開挖深度為16.6m，為超深基坑，施工風(fēng)險(xiǎn)大，需要對(duì)整個(gè)地下室施工進(jìn)行科學(xué)策劃，有序的施工組織安排，確保深基坑施工安全。

2.3 工序復(fù)雜

本工程基坑圍護(hù)形式多樣，工序復(fù)雜，穿插協(xié)調(diào)施工難度大。圍護(hù)、錨索、土釘墻、降水、挖土、支撐、結(jié)構(gòu)施工、拆除支撐等工序多，施工難度高?；邮┕ぷ钪匾木褪潜ＷC“時(shí)空效應(yīng)”，即各工序搭接及時(shí)、對(duì)稱開挖、隨挖隨撐、減少暴露時(shí)間。而多工序同時(shí)交叉施工容易造成“手忙腳亂”，而忽略了“時(shí)空效應(yīng)”，造成基坑變形較大甚至威脅基坑安全。所以本次施工特別強(qiáng)調(diào)了信息化施工，通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)反饋控制施工過程，保證基坑本體和周圍環(huán)境安全。

2.4 施工周期長

本工程從開始做圍護(hù)結(jié)構(gòu)到開挖再到完成地下室結(jié)構(gòu)頂板以下的全部隱蔽工程，工期長；期間需經(jīng)歷氣候、周邊堆載、振動(dòng)、基坑暴露、施工不當(dāng)?shù)仍S多不利條件，增加了很多安全隱患，安全度的隨機(jī)性較大。

3 土方開挖的總體部署

3.1 開挖原則

土方開挖和圍護(hù)支撐需共同進(jìn)行，遵循隨挖隨撐、先撐后挖的原則，根據(jù)本工程的支撐形式和圍護(hù)方式，鑒于工程基坑面積很大，土方開挖時(shí)根據(jù)底板后澆帶位置進(jìn)行分區(qū)分層開挖，每層挖土厚度控制在1.5m以內(nèi)，對(duì)于淤泥質(zhì)土的分層開挖深度，嚴(yán)格控制在1m以內(nèi)。本工程地下兩層，基坑在集水井、電梯底坑等位置需局部下挖，最深基坑挖深為16.6m。最后30cm土采用人工開挖，基坑開挖次序嚴(yán)格遵循“分層、分塊、快挖、快撐”的原則。

3.2 三階段開挖

本工程土方共分三個(gè)階段進(jìn)行開挖，第一階段土方開挖從自然地面標(biāo)高-1.80m開挖至第一道鋼筋砼支撐墊層底標(biāo)高-7.00m，開挖深度5.2m；第二階段土方開挖從標(biāo)高-7.00m開挖至第二道鋼筋砼支撐墊層底標(biāo)高-11.70m，開挖深度4.7m；第三階段土方開挖從標(biāo)高-11.70m開挖至基礎(chǔ)底板墊層底標(biāo)高-14.70m，開挖深度3.00m。整個(gè)基坑按支撐設(shè)置分為三個(gè)階段開挖，每階段進(jìn)行逐層開挖，每層開挖深度不超過1.5m，每階段開挖后立即施工鋼筋混凝土支撐，待支撐強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%后再行開挖下層土。

3.3 支撐體系

本工程有兩道支撐，第一道支撐面標(biāo)高為-6.10m，支撐梁高度為800mm，第二道支撐面標(biāo)高為-10.80m，支撐梁高度為800mm。在開挖下層土及施工下道支撐前，必須確保上道支撐的墊層已全部鑿除，以防止墊層在施工過程中墜落造成意外。在施工過程對(duì)針對(duì)臨時(shí)出土坡道范圍內(nèi)的支撐梁，不得擾動(dòng)支撐梁下部原土，并在支撐梁上方采用性能好的粘土回填至支撐面上方30cm，并鋪設(shè)路基箱，已確保內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)安全。施工要點(diǎn)如下：

（1）挖土至壓頂梁底標(biāo)高，進(jìn)行壓頂梁和第一道支撐的施工。

（2）待已施工的壓頂梁和第一道支撐達(dá)到80%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，應(yīng)分層分塊開挖基坑土方，挖土至第二道支撐墊層底標(biāo)高；施工第二道支撐、圍檁；其中每層挖土深度不得超過1.5m，涉及到淤泥質(zhì)土分層開挖深度控制在1m，開挖放坡平臺(tái)寬度不得小于15m。

（3）待已施工的圍檁和第二道支撐達(dá)到80%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，按要求分層分塊開挖至坑底。

（4）開挖至基礎(chǔ)墊層底后，應(yīng)立即澆筑底板墊層；基底無墊層暴露時(shí)間不得超過12h。

3.4 注意事項(xiàng)

除出土坡道外，挖掘機(jī)、土方車禁止在懸空或未經(jīng)保護(hù)的支撐梁上行走。對(duì)于部分區(qū)域必須在支撐梁上工作時(shí)，支撐空間回填至支撐上方30cm再鋪設(shè)路基箱，確保支撐上基本部承受施工荷載。

4 土方開挖分區(qū)情況及施工要點(diǎn)

4.1 土方分區(qū)開挖

根據(jù)出土口位置以及結(jié)構(gòu)底板后澆帶的布置，同時(shí)結(jié)合基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)施工工況要求，將地下室施工階段劃分為9大施工區(qū)塊，各區(qū)塊之間以小節(jié)拍快節(jié)奏的流水施工。區(qū)塊之間施工先后順序?yàn)?、4、2、5、3、6、7、8、9。其中8、9區(qū)塊-10.8m以下標(biāo)高部位為留土區(qū)域，需要在2-2，3-2區(qū)塊底板混凝土澆筑完畢并達(dá)到相應(yīng)強(qiáng)度后方可開挖。（見圖1）

圖1 各分區(qū)土方開挖工序平面圖

4.2 第一階段土方開挖

本階段土方從自然地坪（-1.80m）開挖至第一道支撐墊層底（-7.00m），開挖深度5.20m，共分4層開挖，每層的開挖深度為1.3m，開挖量約51萬方。第一階段土方開挖（第一道支撐以上土方）車輛通過就近出土口進(jìn)行挖運(yùn)，具體安排為：1、3、5、6、7區(qū)塊利用南側(cè)碧波路出入口；2、4、6、7區(qū)塊利用北側(cè)文景路出入口；8、9區(qū)塊利用東側(cè)江函路出入口。第一階段土方開挖時(shí)應(yīng)先挖至壓頂梁墊層底，待壓頂梁混凝土養(yǎng)護(hù)完成達(dá)到80%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后繼續(xù)向下開挖。

4.3 第二階段土方開挖

第二階段土方開挖在相應(yīng)第一道支撐強(qiáng)度達(dá)到80%后介入，根據(jù)第一階段土方開挖及第一道支撐梁的施工養(yǎng)護(hù)進(jìn)度適當(dāng)穿插，總的開挖施工順序?yàn)槟媳眱蓚?cè)往中間，自西向東進(jìn)行退挖。第二階段土方前期開挖通過第一階段挖土坡面修筑1：7臨時(shí)出土坡道下基坑，在坑內(nèi)-7.0m標(biāo)高面修筑臨時(shí)出土道路車輛到達(dá)指定點(diǎn)裝土，后期隨著第一階段挖土進(jìn)程的推進(jìn)，在8區(qū)塊南北錨索區(qū)域修筑1：7臨時(shí)出土通道下基坑，土方通過出土通道經(jīng)場(chǎng)內(nèi)道路周轉(zhuǎn)至碧波路、江函路、文景路出入口進(jìn)行土方外運(yùn)。

第二階段土方從第一道支撐梁墊層底（-7.00m）開挖至第二道支撐梁墊層底（-11.70m），其中8、9區(qū)塊開挖至留土面標(biāo)高-10.80m。開挖深度為4.7m，第二階段土方分層開挖每層深度為1.2m，開挖量約38萬方。

4.4 第三階段土方開挖

第三階段土方開挖在相應(yīng)第二道支撐強(qiáng)度達(dá)到80%后介入，根據(jù)第二階段土方開挖及第二道支撐梁的施工養(yǎng)護(hù)進(jìn)度適當(dāng)穿插，第三階段土方開挖通過第二階段挖土坡面修筑1：7臨時(shí)出土坡道下基坑，在坑內(nèi)-11.70m標(biāo)高面修筑臨時(shí)出土道路車輛到達(dá)指定點(diǎn)裝土。

第三階段土方從第二道支撐梁墊層底（-11.70m）開挖至基礎(chǔ)底板墊層底（-14.7m），開挖深度約為3.0m，第三階段土方開挖分兩層開挖，每層深度為1.5m，分層分塊對(duì)稱開挖至坑底，支撐梁下方土方由PC120挖機(jī)進(jìn)行傳遞外翻運(yùn)土，開挖量約16萬方。

第三階段土方最后30cm土方人工開挖，嚴(yán)禁超挖，盡量減少對(duì)坑底土的擾動(dòng)，挖土至坑底24h內(nèi)施工完成素混凝土墊層；素混凝土墊層延伸至圍護(hù)體邊，并施工承臺(tái)及基礎(chǔ)底板。

挖掘機(jī)在支撐上行走時(shí)，在支撐兩側(cè)先填土，填土高度高出支撐頂面0.3m，然后在其上鋪設(shè)路基板，方可通行。土方車最小回轉(zhuǎn)半徑10m，最大載重量45t。支撐梁間挖土采用PC120型挖機(jī)進(jìn)行往外轉(zhuǎn)土，支撐間凈高不滿足土方車行車要求。

4.5 留土區(qū)域土方開挖

8區(qū)塊、9區(qū)塊-10.8m以下留土區(qū)土方開挖需要待2-2區(qū)及3-2區(qū)底板混凝土澆筑完成并達(dá)到100%混凝土強(qiáng)度后方可開挖。留土區(qū)域土方開挖從-10.80m開挖至基礎(chǔ)底板墊層底-14.7m，開挖深度約為3.90m，留土區(qū)土方開挖分四層開挖，每層開挖深度為1m，分層分塊對(duì)稱開挖至坑底，支撐梁下方土方由PC120挖機(jī)進(jìn)行傳遞外翻運(yùn)土，開挖量約8萬方。

留土區(qū)域土方開挖先開挖8、9區(qū)塊第二道支撐梁下部土方，開挖至第二道支撐梁墊層底-11.70m，待第二道支撐強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后再進(jìn)行支撐梁下部土方開挖。出土通道利用原出土口坡道修筑至-10.80m留土區(qū)標(biāo)高位置，留土區(qū)土方開挖順序?yàn)橄葟臇|西兩側(cè)向中間開挖，再從中間往南北兩側(cè)退挖，并逐步廢除坑內(nèi)坡道，利用長臂挖機(jī)和坑內(nèi)挖機(jī)、塔吊配合吊運(yùn)等方式運(yùn)出坑內(nèi)剩余三角土。留土區(qū)土方開挖平面、剖圖示意如圖2。

圖2 留土區(qū)土方開挖平面圖

4.6 出土坡道土方開挖

當(dāng)土方退挖至出土口以后，多余機(jī)械利用坡道先行爬出基坑，通道及坡道土方最后挖掘外運(yùn)，沿通道隨挖隨退，最后在出土口處的基坑邊上布置一臺(tái)長臂挖機(jī)。承臺(tái)、坑中坑土方采用PC120型挖機(jī)及人工清運(yùn)至基坑邊，由長臂挖機(jī)裝車運(yùn)出基坑?；觾?nèi)土方全部結(jié)束后，用汽車吊把基坑內(nèi)小挖機(jī)吊出基坑。

5 結(jié)束語

隨著城市化建設(shè)的不斷推進(jìn)，地下工程施工項(xiàng)目越來越多，深基坑施工作業(yè)也不斷得到關(guān)注和重視。在深基坑施工作業(yè)中要嚴(yán)格執(zhí)行安全生產(chǎn)規(guī)范，確保施工作業(yè)的每一個(gè)環(huán)節(jié)有效推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)深基坑作業(yè)安全、穩(wěn)定的開展。通過本工程的實(shí)踐，得出如下結(jié)論：（1）該區(qū)域工程順利完工，施工過程中，始終對(duì)基坑進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)測(cè)，基坑變形、沉降等控制始終低于預(yù)警值水平，基坑始終處于穩(wěn)定狀態(tài)。（2）因工程地質(zhì)條件復(fù)雜，采用樁錨撐聯(lián)合支護(hù)體系，取得很好的施工效果，工程進(jìn)度得到保障的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)安全施工，并保證工程質(zhì)量，通過這種支護(hù)方式，可有效控制基坑開挖對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生的影響，同時(shí)也有效對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形進(jìn)行控制。（3）在軟弱土地層中，深基坑開挖技術(shù)是地下工程施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，基坑開挖次序嚴(yán)格遵循“分層、分塊、快挖、快撐”的原則，采用三階段開挖，取得很好的施工效果。