高層建筑基坑土方開挖施工技術(shù)要點研究

梁 紅

（甘肅柏誠毅通建筑有限責(zé)任公司，甘肅 平?jīng)?744000）

土方開挖是高層建筑基礎(chǔ)施工體系的重要組成部分，土方開挖施工是保證工程總體建設(shè)質(zhì)量、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)性能以及建筑物使用安全的重要環(huán)節(jié)?，F(xiàn)代建筑工程建設(shè)規(guī)模大，對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和基坑土方開挖作業(yè)質(zhì)量提出了更高的要求。傳統(tǒng)基坑土方開挖施工技術(shù)體系存在滯后性，面對復(fù)雜的施工現(xiàn)場會有諸多難點。為此，需要在施工期間加強基坑土方開挖施工技術(shù)的實踐研究，保證基坑土方開挖質(zhì)量滿足工程建設(shè)要求。

1 高層建筑基坑土方開挖施工難點

1.1 現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜

高層建筑主要分布在城區(qū)范圍內(nèi)，現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，周邊密集分布建筑物、市政道路、橋梁等構(gòu)筑物，并且現(xiàn)場土層中分布著市政給排水管網(wǎng)、燃氣管網(wǎng)、輸電線路等地下設(shè)施。如果盲目開展基坑土方開挖作業(yè)，不但會影響鄰近建筑物與構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和正常使用，還有可能挖斷地下設(shè)施，從而造成嚴重的經(jīng)濟損失，若挖斷燃氣管線、輸電線路還會造成重大安全隱患，易出現(xiàn)燃氣泄漏、人員觸電等安全事故。

1.2 工程機械多

現(xiàn)代高層建筑工程為追趕工期進度，避免建筑基礎(chǔ)施工時間過長、成本上漲、工程無法如期竣工交付，會在現(xiàn)場布置大量的工程機械，通過增加機械設(shè)備數(shù)量來提高作業(yè)效率，雖然取得了顯著效果，但是由于現(xiàn)場機械設(shè)備數(shù)量過多，對施工組織能力提出了更嚴格要求，一旦管理不當，就會出現(xiàn)機械設(shè)備作業(yè)半徑不足、相互干擾的問題，不利于基坑土方開挖作業(yè)的有序開展。

1.3 支護結(jié)構(gòu)復(fù)雜

在高層建筑基坑土方開挖期間，所選用的支護結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜多樣，常見形式包括鋼支撐、噴錨網(wǎng)、鋼板樁、地下連續(xù)墻等，不同支護形式的功能效用、作用機理和適用范圍存在差異，需要根據(jù)工程實際情況進行選擇，避免盲目選擇支護形式導(dǎo)致安全隱患。同時，單一支護形式存在明顯的局限性，多數(shù)情況下的實際支護效果并不理想，存在一定的風(fēng)險系數(shù)，因此，需要搭配多種支護形式，維持基坑結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定狀態(tài)，保證現(xiàn)場作業(yè)安全。

2 高層建筑基坑土方開挖施工技術(shù)要點

2.1 施工前期準備

建筑基坑土方開挖作業(yè)是一項綜合性活動，具有涉及方面和影響因素眾多的特征。因此，為保證基坑土方開挖作業(yè)順利開展，避免在施工期間出現(xiàn)各類突發(fā)狀況和工程事故，需要提前做好施工準備工作，具體包括開挖圖紙會審、場地勘察、清理表土、測量放線、機具設(shè)備就位等工作。

（1）開挖圖紙會審環(huán)節(jié)應(yīng)全面審查開挖圖紙中的線條符號使用情況、參數(shù)指標標注情況、圖紙編號和數(shù)量，如果存在信息標注不全、錯漏遺缺、圖紙數(shù)量不足等問題，應(yīng)將問題反饋給設(shè)計單位，重新繪制開挖圖紙，直至通過圖紙會審。

（2）場地勘察環(huán)節(jié)應(yīng)委派專人前往現(xiàn)場進行實地考察，重點收集水文地質(zhì)條件、地下設(shè)施、鄰近建筑物分布情況等方面的資料，并對開挖圖紙內(nèi)容與現(xiàn)場環(huán)境進行對照檢查，根據(jù)考察結(jié)果制定基坑土方開挖技術(shù)方案，如現(xiàn)場地下水位偏高，需要組織降排水施工，并選用地下連續(xù)墻等具備一定擋水防滲能力的支護結(jié)構(gòu)。

（3）清理表土環(huán)節(jié)需要施工人員使用機具設(shè)備清除基坑土方開挖現(xiàn)場表面15cm厚表土層，同時，清理現(xiàn)場地表植被、各類垃圾雜物、堅硬碎石等障礙物，并檢查現(xiàn)場地表平整度、壓實度是否達標。若現(xiàn)場土層中分布給排水管線等地下設(shè)施，需要在圖紙中標注各處地下設(shè)施的位置和埋深值，繞開地下設(shè)施開展土方開挖作業(yè)，必要時可臨時遷移地下設(shè)施。

（4）在測量放線環(huán)節(jié)，測量人員需參照施工圖紙，攜帶全站儀、水準儀等儀器設(shè)備前往現(xiàn)場，標記土方開挖輪廓邊線，打入木樁或撒布白灰進行標識，并在后續(xù)重復(fù)測量基坑底部標高、基坑坑壁垂直度等參數(shù)，以此把控土方開挖精度。

（5）在機具設(shè)備就位環(huán)節(jié)，施工單位應(yīng)將正鏟挖掘機、抓鏟挖掘機等機具設(shè)備運輸就位，詳盡檢查設(shè)備位置、平整度，并開展多項功能性試驗，避免后續(xù)因設(shè)備位置錯誤、故障頻發(fā)而影響基坑土方開挖作業(yè)效率。

2.2 土方分層開挖

高層建筑基礎(chǔ)體積較大，需要開展大量的土方開挖作業(yè)。因此，施工單位必須嚴格遵循“分層開挖”原則，根據(jù)土方開挖深度劃分作業(yè)階段，分層完成土方開挖作業(yè)，并在上層土方開挖完畢后，全面檢查基坑底部標高、邊坡穩(wěn)定性、支護結(jié)構(gòu)變形量，確定一切無誤后，再開展下一階段土方開挖作業(yè)。同時，需要嚴格把控土方開挖厚度與開挖順序，嚴禁出現(xiàn)超挖、欠挖問題，通常按照從上到下的順序開挖土方，若以基坑中心為開挖起始點，應(yīng)按照從中間延伸至兩邊的開挖順序。土方開挖完畢后，需要檢查坑底平整度、坑底標高，如果存在超挖、欠挖的情況，需對超挖部位進行人工回填與夯實處理，對欠挖部位進行人工補挖作業(yè)，待土方開挖驗收通過后立即進入下道工序，土方暴露時間控制在24h以內(nèi)。一般情況下，可以分三階段開展基坑土方開挖作業(yè)，并搭配采取多種開挖方法和支護形式。

（1）第一階段，可采取倒退行駛的方法開展開挖作業(yè)，正常地層條件土層單層開挖厚度不得超過2.0m，淤泥質(zhì)土層單層開挖厚度控制在1.0m內(nèi)，并采取錨噴網(wǎng)等支護形式。

（2）第二階段，需要提前采取冠梁錨索等支護形式，將分層開挖厚度控制在2.0m左右，在支護結(jié)構(gòu)部位和其他部位分別采取人工開挖和機械開挖的方式，按照自然放坡的形式處理邊坡，直至開挖至第一階段平臺后，即可停止開挖作業(yè)。

（3）第三階段，優(yōu)先采取階梯式開挖方法，將分層開挖深度控制在2.0m以內(nèi)，采取機械開挖的方式開挖上部土方，在坑底臨近設(shè)計標高時，切換至人工開挖方式。同時，要求施工人員在底部按照順時針的方向挖設(shè)放坡階梯，將開挖起始點當作土料外運收口部位，并填實廢磚渣等材料作為臨時通道。

2.3 基坑支護

建筑基坑土方開挖作業(yè)存在較高的風(fēng)險系數(shù)，易受到施工擾動、地表水、地下水滲透等多方面因素影響，在基坑開挖期間可能出現(xiàn)基坑塌陷等工程事故，存在安全隱患。因此，為保證現(xiàn)場作業(yè)安全，需要遵循“先支后挖”原則，根據(jù)工程情況提前選定基坑支護形式，在土方開挖期間同步開展基坑支護作業(yè)，由支護結(jié)構(gòu)維持坑壁和邊坡的穩(wěn)定性。此外，還需要掌握各種支護形式的工藝做法，以錨噴網(wǎng)和鋼板樁為例。

（1）錨噴網(wǎng)施工環(huán)節(jié)應(yīng)提前準備適當規(guī)格的螺紋鋼筋作為錨桿材料，對鋼筋進行矯直處理，清理表面灰塵、銹跡，涂刷防銹保護漆層，使用連接接頭連接各節(jié)段錨桿，并在軸線方向布置若干對中器。隨后，在邊坡和坑壁指定位置鉆設(shè)孔洞，要求孔徑、孔深略大于錨桿的桿徑、長度，清理孔內(nèi)沉渣，在孔內(nèi)放入錨桿，確定錨桿放置就位、露出長度達標后，灌注水泥漿，靜置一段時間，待漿液成型，重復(fù)上述操作施作剩余土釘。最后，在土釘露出部位使用鉛絲綁扎鋼筋網(wǎng)片，在鋼筋網(wǎng)表面分多次噴射混凝土面層，將面層抹壓整平，待面層強度達標后即可完成噴錨網(wǎng)施工。

（2）鋼板樁施工環(huán)節(jié)需提前準備帶鎖口冷彎型鋼或是熱軋型鋼材料，檢查型鋼是否存在變形、連接鎖口銹蝕等問題，矯直彎曲型鋼、清理鎖口部位殘留銹跡，必要時更換銹蝕鎖口、過度變形的型鋼。待型鋼預(yù)處理完畢后，施工人員按順序依次在各處樁位打入鋼板樁，重點檢查是否存在咬口脫縫、打入深度不足的情況。若咬口脫縫，需在開口部位補插鋼板樁；若打入深度不達標，需使用轉(zhuǎn)角樁繞開障礙物，并檢查鋼板樁垂直度，如果樁身偏斜程度超標，可將樁身上拔一段高度后重新錘入，糾正樁身。在基坑回填環(huán)節(jié)，施工人員可采取沖擊拔樁、精力拔樁或是振動拔樁的方法按順序拔除先期打入的鋼板樁，清理拔除鋼板樁表面灰塵、污漬，留待后用。

2.4 土方堆放

在土方堆放環(huán)節(jié)，為方便現(xiàn)場土方開挖作業(yè)和后續(xù)基坑回填，施工單位可選擇在工程現(xiàn)場臨時堆放挖取土料，但禁止在基坑邊緣堆放土料，避免由于基坑坑壁上部荷載引發(fā)基坑變形、塌陷等安全事故。一般情況下，需要在基坑頂部邊緣外側(cè)5m處規(guī)劃土方臨時堆放區(qū)域，禁止在基坑邊緣3.0m范圍內(nèi)堆放土方，且該區(qū)域?qū)嶋H荷載不得超過10kN/m2。

3 高層建筑基坑土方開挖施工優(yōu)化控制

3.1 優(yōu)選基坑土方開挖的方法與方式

現(xiàn)代高層建筑工程中，基坑土方開挖的方法與方式多種多樣，各類方法、方式的適用條件、施工效果存在明顯差異，施工單位應(yīng)根據(jù)工程實際情況選擇恰當?shù)拈_挖方法與方式。

（1）常見的基坑土方開挖方法包括放坡挖土、逆作開挖、中心島挖土和盆式挖土四種。其中，放坡挖土是將建筑基礎(chǔ)邊坡開挖成斜面，根據(jù)土層性質(zhì)確定放坡坡度?，F(xiàn)場分布為普通土層、堅土層和砂礫層時，放坡坡度應(yīng)控制為1∶0.5、1∶0.33和1∶0.25，此方法多用于挖土深度小于4.0m的建筑工程，有著成本低廉、易于操作的優(yōu)勢。逆作開挖是同步開展土方開挖和土建結(jié)構(gòu)施工，將土方開挖過程劃分為若干階段，當基坑開挖至一定深度后，施作主體結(jié)構(gòu)，重復(fù)上述操作完成基坑土方開挖作業(yè)。在施工期間需要準備小型挖土機械，選擇地下連續(xù)墻作為支護形式，以承受結(jié)構(gòu)荷載和施工荷載，此方法有著受力結(jié)構(gòu)良好、作業(yè)效率高的優(yōu)勢，可以在現(xiàn)場立體開展上部結(jié)構(gòu)和地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工。

（2）基坑土方開挖方式分為機械開挖、人工開挖兩種。其中，機械開挖是施工人員操縱正鏟挖掘機等設(shè)備在現(xiàn)場挖設(shè)土方。采取機械化施工模式有著作業(yè)效率高的優(yōu)勢，但土方開挖精度較差，容易出現(xiàn)超挖、欠挖問題，且需要根據(jù)土方開挖的方法與現(xiàn)場水文地質(zhì)條件選擇機械設(shè)備型號，明確規(guī)定開挖坡度等工藝參數(shù)。人工開挖是由施工人員使用便攜式挖土設(shè)備開展土方開挖作業(yè)，作業(yè)精度較高，但土方開挖效率較低，往往需要采取機械開挖和人工開挖兩種形式配合施工，待土方開挖至坑底設(shè)計標高0.2～0.3m處后，由機械開挖模式切換至人工開挖模式。

3.2 降排水施工

若基坑土方開挖環(huán)節(jié)的作業(yè)安全受到地表水、地下水的影響，當工程現(xiàn)場流經(jīng)地表徑流或地下水位超標時，容易引發(fā)坑底突涌水、坑壁滑塌、基坑變形等多項問題，存在質(zhì)量安全隱患。因此，在基坑施工前，需要提前掌握現(xiàn)場水文條件，在基坑周邊挖設(shè)截水溝、排水溝、布置若干輕型降水井點，由截水溝阻止地表徑流進入基坑作業(yè)區(qū)域，在地下水位過高時啟動降水井點內(nèi)泵機抽采地下水，以此控制地下水位。在必要時還需要采用地下連續(xù)墻作為基坑圍護結(jié)構(gòu)，在基坑外圍挖設(shè)溝槽，清理槽內(nèi)灰塵、污漬，平整槽壁，在槽內(nèi)放置鋼筋籠，澆筑混凝土，再將各節(jié)段導(dǎo)墻進行連接，成型的地下連續(xù)墻具備擋水、擋土的作用，能夠保持基坑土方開挖作業(yè)面的干燥狀態(tài)。

3.3 基坑監(jiān)測

為全面把控基坑土方開挖過程，及時發(fā)現(xiàn)質(zhì)量安全隱患并處理，施工單位需要同步開展基層監(jiān)測作業(yè)，在現(xiàn)場布置若干監(jiān)測點位，設(shè)立地下水位、水平位移、支撐軸力等監(jiān)測項目，定期采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)變化趨勢掌握施工現(xiàn)場情況。

同時，需要設(shè)定報警值與動態(tài)調(diào)整監(jiān)測頻率。

4 結(jié)語

綜上所述，為保證建筑基坑土方作業(yè)順利開展，營造穩(wěn)定、安全、高效的施工環(huán)境，施工單位需要進一步提高對基坑土方開挖施工的重視程度，從技術(shù)角度著手，全面掌握基坑土方開挖施工技術(shù)要點，嚴格把控土坑開挖、基坑圍護等施工環(huán)節(jié)的作業(yè)質(zhì)量，積極落實優(yōu)選土方開挖方法、方式，降排水施工，基坑監(jiān)測等質(zhì)量控制策略，提高基坑土方開挖施工水準。