深大基坑支護(hù)開挖施工技術(shù)

李 壘

(中鐵十四局集團(tuán)建筑工程有限公司，山東 濟(jì)南 250000)

0 引言

目前，城市土地資源缺乏問題日益突出，建筑行業(yè)在發(fā)展進(jìn)程中面臨著越來越大的挑戰(zhàn)[1]。隨著城市化進(jìn)程的加快，高層或超高層建筑比比皆是，基坑開挖深度隨之水漲船高，面積也越來越大，周圍環(huán)境越來越復(fù)雜，基坑施工難度越來越大，基坑工程已呈現(xiàn)“深”(開挖深度大)、“大”(規(guī)模和尺寸大)、“緊”(場地緊湊)、“近”(工程距離近)等特點[2-3]。

深大基坑開挖在高層建筑施工中占有極其重要的位置，主要包括基坑支護(hù)體系設(shè)計和土方開挖作業(yè)，綜合性很強(qiáng)。何洪波等[4]以北京地鐵9號線郭公莊站北端明挖段區(qū)間施工為例，介紹了深大基坑土方開挖及樁錨支護(hù)施工技術(shù)控制要點，并闡述了如何做好各類基坑支護(hù)的銜接；江榮華等[5]以南京金融城Ⅰ區(qū)工程基坑為例，介紹了一種在內(nèi)支撐上設(shè)置棧橋，然后分區(qū)、分層、分段進(jìn)行土方開挖的方法，解決了土方開挖量大、施工場地狹小的困難，降低了施工難度、加快了施工進(jìn)度。

1 工程實例

深圳市城市軌道交通16號線田心車輛段位于坪山區(qū)田心社區(qū)，場內(nèi)現(xiàn)狀有荒地、田頭河、廠房、民居等地物，地勢較為平坦，標(biāo)高33 m～40 m。車輛段綜合樓建筑高度116 m，地上29層，地下3層，基坑長117.6 m，寬30.3 m～47.6 m，開挖深度約13.9 m～15.4 m，安全等級為一級。

穩(wěn)定地下水位埋深0.30 m～9.30 m，施工過程中需進(jìn)行坑內(nèi)降水及排水工作。支護(hù)結(jié)構(gòu)采用套管咬合圍護(hù)樁加內(nèi)支撐的型式?；游恢锰幀F(xiàn)場平面圖見圖1。

2 施工總體部署

基坑開挖施工為本工程下部結(jié)構(gòu)施工一個最重要的工序，開挖應(yīng)遵循“豎向分層、縱向分區(qū)分段”的施工原則，且在開挖過程應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測?？傮w順序為：

1)周圍環(huán)境及地質(zhì)調(diào)查。

2)場地平整，基坑內(nèi)降水至基坑底以下1 m。

3)開挖基坑至第一道混凝土支撐底面約0.5 m，施作第一道混凝土支撐。

4)待冠梁及混凝土支撐達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，繼續(xù)向下開挖至第二道支撐以下0.5 m處，架設(shè)第二道支撐，鋼支撐架設(shè)完畢后施加預(yù)應(yīng)力。

5)繼續(xù)開挖至基坑底面，按照相關(guān)專業(yè)要求及時施作底板防水層及底板結(jié)構(gòu)、地下3層、地下2層結(jié)構(gòu)。

6)待地下2層樓板及側(cè)墻混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，拆除第二道支撐，施作地下2層、地下1層剩余結(jié)構(gòu)。

7)待地下室結(jié)構(gòu)施作至第一道支撐底面處，拆除第一道支撐，按照相關(guān)專業(yè)要求繼續(xù)施工。

基坑開挖流程圖見圖2。

3 具體施工方案

3.1 現(xiàn)場調(diào)查

深基坑施工前，應(yīng)做好周圍環(huán)境及地質(zhì)調(diào)查[6-7]，包括支護(hù)范圍內(nèi)的地層結(jié)構(gòu)、巖性、地下水位、滲透系數(shù)等；了解場地及附近地下管線、高壓線路的走向、埋深或高度等；鄰近既有建筑的深基坑施工，應(yīng)熟悉建筑物結(jié)構(gòu)類型、房屋外輪廓尺寸、基礎(chǔ)形式等；掌握深基坑施工的其他條件，如基坑周圍地面排水情況、交通狀況、障礙物等。

3.2 圍護(hù)樁施工

3.2.1 圍護(hù)樁設(shè)計

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)采用φ1 000@750 mm套管咬合樁(一葷一素咬合布置)+內(nèi)支撐的型式。套管咬合樁樁頂設(shè)置1 000 mm×1 000 mm冠梁，冠梁頂部設(shè)置鋼筋混凝土擋墻，擋墻厚200 mm，高出地面500 mm。當(dāng)冠梁頂部距離地面超過2.0 m，冠梁施工應(yīng)采用放坡開挖，錨噴支護(hù)，完成擋墻施工后分層回填，水平壓實。圍護(hù)樁平面布置如圖3所示。

3.2.2 內(nèi)支撐設(shè)計

內(nèi)支撐均為鋼筋混凝土支撐，標(biāo)準(zhǔn)段混凝土支撐截面尺寸為800 mm×1 000 mm(米字撐)、600 mm×1 000 mm(肋撐)，冠梁截面尺寸為1 000 mm×1 000 mm，圍檁截面尺寸為1 000 mm×1 000 mm。布置形式如圖4所示。

3.3 土方開挖

3.3.1 分區(qū)域劃分

將開挖區(qū)域平面劃分為四個流水段，每段長約 30 m，由第四流水段向第一流水段方向開挖，如圖5所示；豎向劃分為三大層:第一層為地表至第一道混凝土支撐底部;第二層為第一道混凝土支撐底部至第二道支撐底部;第三層為第二道支撐底部至基坑底部。

主體基坑按“豎向分層、縱向分段、逐層開挖、逐層支護(hù)”的方式，分層分段開挖，分層厚度不超過2 m。第一層土方開挖采用挖掘機(jī)在基坑內(nèi)開挖裝車外運，第二層土方開挖采用挖掘機(jī)在基坑內(nèi)開挖裝車后通過出土坡道外運，第三層土方開挖采用挖掘機(jī)在基坑內(nèi)開挖裝車后通過出土坡道外運，施工坡道收坡時三臺挖機(jī)向基坑南側(cè)倒運，最后剩余土方由長臂挖掘機(jī)或抓斗機(jī)在地面垂直挖運土方。

3.3.2 分層開挖

1)第一層土方開挖。

首層開挖為淺層開挖，即第一道支撐以上部分開挖，總開挖深度約1.2 m～1.7 m。由長臂挖機(jī)南北向拉條開挖，開挖至冠梁混凝土支撐底標(biāo)高處，剩余10 cm由人工開挖整平，然后施作混凝土支撐墊層，便道上放置渣土車裝土方外運。開挖完成區(qū)段開始破碎圍護(hù)咬合樁樁頭，冠梁及第一道混凝土支撐緊跟施作；每工作面日均出土量暫按1 000 m3，考慮交叉作業(yè)影響，土方計劃出土?xí)r間適當(dāng)富余3 d～5 d。第一層出土工序見圖6，土方開挖機(jī)械采用PC220長臂挖掘機(jī)配合渣土車出土。

2)第二層土方開挖。

第二層土方開挖為較深層開挖，開挖范圍為第一道混凝土支撐底至第二道支撐底面以下0.5 m，深度約6.5 m。第一層出土工序見圖7，采用一條1∶6出土坡道，兩臺PC220挖掘機(jī)一臺長臂挖機(jī)在開挖面由①軸～③軸，由③軸～⑦軸，由⑦軸～軸三個方向同時開挖。盡可能多的保留兩側(cè)土體，以支撐圍護(hù)結(jié)構(gòu)，減小對周邊環(huán)境的擾動，內(nèi)支撐施工緊跟開挖作業(yè)。每工作面日均出土量暫按1 500 m3，考慮地質(zhì)條件、天氣因素、交通運輸?shù)扔绊?，土方計劃出土?xí)r間適當(dāng)富余3 d～5 d。

3)第三層土方開挖。

4)基底人工開挖。

機(jī)械開挖至距基底0.3 m，距圍護(hù)咬合樁0.5 m后改為人工開挖，采用小挖機(jī)配合成堆土方的裝卸。施工時注意對基底的保護(hù)?？拷Ш蠘短幉捎描F鍬將土方開挖出咬合樁范圍之外，然后進(jìn)行機(jī)械開挖作業(yè)。

開挖完成后基地應(yīng)壓實平整，采用水準(zhǔn)儀、2 m靠尺和楔形塞尺進(jìn)行檢查，其平整度允許偏差為20 mm。由監(jiān)理方會同勘察、設(shè)計、建設(shè)及施工單位進(jìn)行基底驗槽，做好驗槽記錄[8-9]。

3.3.3 碴土外運

大部分基坑內(nèi)土石方從基坑內(nèi)挖出后，統(tǒng)一裝入載重自卸車外運。碴土外運根據(jù)現(xiàn)場道路規(guī)劃，通過進(jìn)場道路外運。采用自卸翻斗車運土，每臺車輛按實際運土能力實方按8 m3/臺，虛方按11 m3/臺計算。為保證市內(nèi)清潔，防止車輛漏、掉泥土，運輸車使用專用渣土運輸車。

4 施工注意事項

1)進(jìn)度問題。

基坑開挖時間至關(guān)重要，直接影響主體工期，基坑開挖若不能按時完成，將無法提供主體施工工作面。

2)水的影響。

水是基坑工程的天敵，基坑事故大多數(shù)是水害直接或間接造成的。所以坑外降水、坑內(nèi)排水、雨季施工防水措施尤為重要。本工程在基坑開挖之前在基坑周邊水系河道設(shè)置圍堰，進(jìn)行截流，做止水第一層防護(hù)；施作咬合排樁進(jìn)行截水，做止水第二層防護(hù)；基坑內(nèi)打設(shè)疏干井、降壓井，做止水第三層防護(hù)，保證坑內(nèi)無水作業(yè)。

3)施工過程控制。

基坑開挖應(yīng)遵循“開槽支撐，先撐后挖，分層開挖，嚴(yán)禁超挖”的原則，以縮短開挖時間、減少累積變形為主要控制目標(biāo)。可以說，加快施工進(jìn)度、降低無支撐暴露時間是控制基坑變形、保障基坑安全最重要的環(huán)節(jié)。

施工期間，要及時對支撐施加預(yù)應(yīng)力，這是控制基坑變形的重要環(huán)節(jié)，基坑開挖期間需加強(qiáng)對支撐的觀察，鋼支撐失穩(wěn)前一般有側(cè)彎或下沉的先兆，如發(fā)現(xiàn)失穩(wěn)跡象應(yīng)迅速采取加固或補(bǔ)撐措施。

基坑開挖到底，進(jìn)行墊層、底板施工前，一般為風(fēng)險最高階段，此階段必須調(diào)集全部力量，晝夜施工。

4)充分重視監(jiān)控量測工作。

由于地下工程不可預(yù)見因素多，施工過程中必須依賴現(xiàn)場監(jiān)測。依靠現(xiàn)場監(jiān)測提供的動態(tài)信息，可以用來指導(dǎo)施工全過程，及時了解施工環(huán)境(地下土層、地下管線、地下設(shè)施、地面建筑)在施工過程中所受的影響及影響程度，及時發(fā)現(xiàn)和預(yù)報險情的發(fā)生及發(fā)展程度，為及時采取安全補(bǔ)救措施提供依據(jù)。

5 效果評價

通過合理的施工組織、嚴(yán)密的過程控制，在土方開挖作業(yè)期間，基坑整體形態(tài)良好，無滲水及隆起現(xiàn)象，外圍支護(hù)樁無開裂，變形在可控范圍之內(nèi)。施工期間，未發(fā)生安全質(zhì)量問題，提前20 d完成土方開挖及外運，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。