深基坑中土方开挖应对措施

1 工程概况

工程拟建地下3层、地上117层，建筑高约600m。A塔楼基坑面积约15 300m2，周长504m，场地自然地坪标高为-0.95m，基坑底标高为-19.65m，普遍开挖深度为18.7m，塔楼区开挖深度20.25m。围护结构采用两墙合一的地下连续墙，墙厚1 000mm，支撑体系采用2道钢筋混凝土环撑＋2道对撑的形式。

2 地质概况

拟建场地位于华北平原东部滨海平原地区，属海相与陆相交互沉积地层。整体地形基本平坦，局部有小型冲沟及堆土。原分布有鱼塘，深度一般3～4m，勘察期间已回填完成；填土以建筑垃圾、混凝土块为主。根据现场勘探、原位测试及室内土工试验成果，按地层沉积年代、成因类型，将最大勘探深度为120m范围内的土层划分为人工堆积层和第四纪沉积层两大类。

工程场区地表下约40m深度范围内主要分布2个相对含水层。第1相对含水层：底板埋深约20m，岩性以粉砂和粉土为主。第2相对含水层：赋存于埋深32～38m的粉砂（局部粉土）层中。地下水为承压水，补给方式以地下水侧向径流和越流为主，排泄方式以侧向径流和越流为主。

3 支撑设计

基坑竖向设置2道钢筋混凝土水平支撑与栈桥结合，支撑形式为环撑＋对撑的形式。钢筋混凝土水平支撑在后续施工过程中需进行拆除。

支撑体系在前期施工中非常重要，相关数据需要仔细计算论证，见表1和表2。

表1 第1道支撑参数

表2 第2道支撑参数

4 土方开挖重点与难点分析及主要应对措施

1）土方开挖深度大，最深达20.25m，需要降低地下水位的幅度较大。场区内第一承压含水层埋深较浅，承压水层隔水顶板底标高约为-23.95m，第一承压含水层距离坑底2.75m，同时地下连续墙未将第二承压含水层完全隔断，基底隆起、突涌的风险较大。

2）填土以建筑垃圾、混凝土块为主，根据前期地下连续墙、桩基施工经验，破旧桩头、临近基坑的护坡、三轴搅拌桩均在场地内出现，给后续的土方开挖造成很大的难度。

3）必须最大程度降低基坑开挖过程对周边环境的影响。

5 土方开挖

5.1 施工步骤

基坑开挖具体施工步骤见图1。

图1 开挖施工步骤

5.2 施工方法

1）压顶圈梁施工。先将内侧导墙挖除并沿基坑周边开挖至-3.35m.。压顶圈梁模板支设完成后，进行压顶圈梁混凝土浇筑。

2）第1步土方开挖与第1道水平支撑施工。第1道对撑养护期间，开挖第1道环撑上土方并施作第1道环撑。

由于土方开挖时，栈桥及第1道支撑可能尚未达到设计强度，因此需在栈桥边预留临时出土坡道，此时以栈桥为分隔，形成2个半圆形中心岛，直径约45m，中心周边按照1∶1.5进行放坡，坡脚与环梁内皮之间留出1.5～2.0m的作业空间，然后从基坑周边向中心岛退挖第1道支撑以上的土体。

3）第2步土方开挖与第2道水平支撑施工。开挖环撑内侧3m宽的水平作业面，开挖足够深度时，侧向掏挖第1道环撑下的土体。在土坡上-7.85m标高处修一停机平台，负责将第1道撑下的土方通过-3.35m停机平台装车运走。

在完成第2道环撑位置下的土方后，即开始环撑梁的施工。完成第2道环撑梁施工后，对中心岛土方开挖，同时掏挖第1道对撑下的土方，通过栈桥两侧的2个堆土点进行外运。

4）第3步土方开挖。基坑内的挖掘机将土方倒运到栈桥两侧的堆土点，每个堆土点设置1台长臂挖掘机装车运土。

5.3 土方开挖质量控制要点

1）基坑开挖以履带式液压挖掘机挖土为主，人工修挖为辅，开挖顺序、方法必须与设计工况一致并遵循“开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则。

2）土方开挖前应将分层层厚、位置、分段长度、作业面开挖顺序向施工人员做书面技术交底，现场做出明显标记，以控制挖土深度、长度，严禁超挖。

3）基坑土方开挖施工必须遵循分区、分层开挖。挖每一层土，土层底面保持大致平整，以利于流水施工展开。

4）机械开挖禁止碰撞工程桩、已施工好的深井管等设施，在上述设施附近的土方采用人工翻挖，配合挖掘机。

5）基坑随深度的加深，应密切注意观察所有降水设备的运行情况，及时排除故障，确保基坑呈现无水状态下作业，若有局部湿土或地面水及排出水局部影响，采用设置400mm×300mm排水明沟及集水坑并应迅速用泵排除积水，使基坑始终处于无水状态。

6）在最后一层开挖中应特别注意，当机械挖土离坑底标高30 cm左右时，一律改用人工修整坑底，确保混凝土垫层能铺在原状土层上。

7）土方开挖的同时，应加强对基坑支撑体系水平位移、坑底回弹和隆起量、支撑体系裂缝变形、工程桩移位的监测，确保基坑及周边环境的稳定与安全。

8）尽量缩短围护结构暴露时间，采取措施加快地下结构部分施工速度。土方开挖满足混凝土结构施作条件后，即展开混凝土工程的施工，尽量缩短基坑晾槽时间。

9）合理安排开挖时间及顺序，确保按照分段分层一个作业面要么不开挖，一旦开挖确保一个工作面完整，不影响下道工序的施工。

10）应注意施工前需要做好地面排水和降低地下水位的工作。人工开挖时，操作间距应保持2～3m并应从上而下逐层挖掘。

6 结语

当下建筑主张集约化与功能化，大型建筑物正日趋频繁地出现于建筑施工中，基坑土方开挖为大型建筑工程中极其关键的组成部分之一，土方开挖对建筑物的施工质量及速度直接起着制约影响。故此，建筑基坑土方开挖问题是施工各方务必深入思考的问题。