浅谈淤泥深基坑土方开挖施工技术

2015-03-23诸永明

浙江建筑 2015年3期

诸永明

ZHU Yongming

(浙江省一建建设集团有限公司，浙江杭州310013)

1 工程概况

阿里巴巴“淘宝城”二期工程位于余杭区五常街道，工程由T6#、T7#楼组成，共用一个地下室，建筑面积145199.41 m2，地下2 层，地上6～7 层，其中地下部分建筑面积59832.9 m2，基坑土方开挖面积约29000 m2。本工程地下室近似“］”形，基坑的边长为225 m×185 m，周长约860 m，基坑开挖深度为7～8 m［1］，总土方开挖量约25 万m3。本工程基坑围护采用一排φ900@1100 钢筋混凝土灌注桩，结合一道混凝土支撑支护，钻孔桩外侧采用两排φ850@200 的三轴水泥搅拌桩止水止土，坑内(标高-8.0～-14.40 m)被动区加固为φ850 三轴水泥搅拌桩。拟建基坑在T7#楼南侧临近河道，开挖边缘距离河道岸堤约8 m 左右，西侧为池塘，河道水位标高约2. 00 m、水深1～2. 5 m，池塘水面标高约2.23 m，水深1～2 m;北侧临近已投入使用的“淘宝城”一期工程，该工程无地下室，距基坑边约17 m。

2 工程地质与水文条件

根据钻探揭露，本场地地基土的构成按其成因类型和物理力学性质差异，可划分为8 个工程地质层，细分为18 个亚层，基坑开挖面底部为⑥淤泥质黏土，相应开挖所涉及的土层特征自上而下分述为①杂填土、②素填土、③塘泥、④粉质黏土、⑤黏质粉土、⑥淤泥质黏土。

拟建场区地下水类型为孔隙水，其中孔隙水又分为孔隙潜水和承压水二类。孔隙潜水赋存于上部填土、淤泥质土和粉质黏土中，透水性能差(基底土渗透性系数1.17E-4 至1.2E-7 cm/s)，孔隙潜水受大气降水及地表水补给，向地势低洼处及河道排泄，地下水位受季节性及气候影响变化大，根据收集到的区域水文地质资料，地下水位年变化幅度1.00～2.00 m。承压水赋存于淤泥质黏土层以下砂层中，其承压水头距地表约1.00～3.00 m。

3 软土基坑施工难点

(1)由于本基坑平面尺寸较大，平面形状不太规则，挖土深度较大，土质性质差，总挖土量达25 万m3，仅设一道水平支撑制约，且又因本工程地处知名互联网公司阿里巴巴集团的总部所在地内，基坑不宜暴露太久，工期要求较紧，因此土方开挖施工难度大;

(2)基坑北侧有一幢5 层楼办公楼(“淘宝城”一期工程)，距坑边17.22 m，该楼无地下室，基础埋深较浅，对原建筑物保护尤为重要;

(3)基坑南侧有一条长年有水流的河道，最狭处距坑边约8 m，在西侧有多个池塘，易引起塘、河水倒灌和渗透，为土方施工带来难度。

4 基坑开挖方案

4.1 土方开挖总体部署

根据基坑实际情况，本着“先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”及“大基坑、小开挖，对称开挖”的原则［2］，本工程土方采取南T6 部分与北T7 部分同时开挖，以地下室底板的后浇带布置为依托，进行土方开挖的分块分区划分，考虑到T6#和T7#楼部分不同的工期节点要求，拟通过轴K○和Ⓙ轴间的后浇带将整体基坑分为T6 和T7 两部分，相互流水施工。T6部分再细分成T6-1～T6-14 共14 个小区块，T7 部分再细分成T7-1～9 共9 个小区块。T6 部分各区块从东北侧的出土口1 出土。T7 部分各区块从东南侧出土口2 出土。所有出土口位置都为结构支撑的空隙。各区块分区及出土示意见图1。各层土方开挖互相交叉，实现台阶式流水施工，基坑施工顺序:基坑开挖前的准备工作→第一层土方开挖→基坑第一道混凝土内支撑施工→第二层土方开挖(坑中坑土方开挖)→地下室底板施工。

图1 基坑坑底平面分区及出土方向示意图

4.2 土方开挖准备

因本基坑面积较大，为确保施工质量和进度，挖土计划投入PC200 型挖土机10 台，PC100 挖土机2 台，PC60 挖土机2 台，运土15 t 的大卡车50 辆，同时根据现场实际施工情况，随时增加挖土机及运土车辆，边挖边运，确保一天最大外运土方可达5000 m3。在开挖过程中，PC200 型挖土机为大面积土方开挖的机械，PC100 型挖土机负责部分阴角、边缘区域的土方开挖，PC60 型挖机负责部分坡道和相邻开挖区域间高差边坡的修整。土方开挖前根据地质勘测报告及基坑设计要求，进行10 d 以上全面降水，将地下水位降至开挖面以下500 mm;由于本工程场地内部分经过回填，现场实际标高较原设计高约1.5 m，基坑开挖前先对场地一周进行卸土，卸土范围为基坑边线外偏移20 m 内的全部区域，卸土过程在基坑土方开挖前完成，确保土方开挖时整个场地标高降至原设计标高。

4.3 出土口的加固

考虑本基坑开挖范围内土体性状较差，运土坡道长期重车碾压可能造成下部土体对周边工程桩的损伤，出土口处坡道加强，具体做法为:出土口宽度6 m，坡度为1∶6，面铺200 mm 厚宕渣面层，坡道顶端遇到相邻排水沟时，设置300 mm 厚，10 m 宽混凝土面层保护，该坡道分两级放坡，中间平台标高为-6.350 m，平台宽度6 m;汽车运土坡道，两侧以1∶1坡度放坡，同时挂网后喷射50 mm 厚C20 素混凝土护坡，在坡道两侧加设钢板桩支撑，见图2。

图2 运土坡道平面图

4.4 挖土方法

本基坑土方开挖分三个阶段进行:

第一阶段，将场地内土体分层、分区开挖至-5.350 m 标高后施工支撑梁和地冠梁，本阶段T6和T7 部分同时开始开挖，分别从T6、T7 的西侧区块自西向东开挖至出土口1、土口2 出土，开挖土层深度约为2 m，均为软弱土，分两层开挖，每层开挖深度为1 m，本次开挖量约为5.8 万m3。

第二阶段，各区块按照既定的分层分块要求，开挖至坑底以上300 mm，修整平台。本阶段土方开挖的深度约5.5 m，开挖量约17.1 万m3，均为淤泥土质，分四层开挖，前三层开挖深度都控制为1.5 m，第四层开挖深度为1 m;前三层开挖，将几个相邻小区块合并为几个大区块以便加快开挖进度，此阶段T6 部分开挖方向为自西向东后退开挖，通过出土口1 外运。T7 部分前三层开挖方法向同T6 部分，土方开挖方向自西向东后退挖土，通过出土口2 出土。第四层开挖各区块不再合并，参照后浇带的分格布置独立进行开挖，其中T6 部分分区较多，土方开挖顺序为:T6-1、T6-5 区→T6-3→T6-2、T6-6→T6-4 →T6-7→T6-13→T6-8、T6-9→T6-10→T6-14→T6-11→T6-12，全部土方通过出土口1 外运;T7 部分土方开挖顺序为:T7-1、T7-2 区先行开挖，再开挖T7-3、T7-7区，之后开挖T7-5、T7-4 区，随后是T7-8 和T7-6 区的开挖，最后开挖T7-9 区。所有土方通过出土口2外运(第四层土方开挖方向详见图1)。

第三阶段土方开挖，本阶段各区剩余土方采用人工结合小型挖机开挖，土方开挖量约为2.1 万m3，相应结构承台、底板垫层同步施工。出土口坡道土方开挖:各区块土方挖好运出之后，由挖掘机沿行车坡道向各出土口方向，边退边挖将坡道土方挖除，并将土方运出，剩余部分土方采用人工挖土配合塔吊的方式挖出。

4.5 坑中坑开挖

本工程部分电梯井承台，其底部垫层底标高为-13.700 m，周边底板垫层底标高为-10.40 m，之间高差为3.3 m，基坑围护设计此处坑中坑边坡使用双排直径850 mm 的三轴水泥搅拌桩作为边坡围护，围护桩底标高-18.700 m，顶标高-10.300 m。此区域土方开挖，待整体地下底板部分开挖完成后进行，先使用小型挖机开挖两层，每层高度为1.5 m，坑底最后300 mm 土体使用人工挖出。

4.6 土方开挖的安全措施

基坑开挖前，由工程技术人员按照专家论证审批后的方案向全体施工人员进行技术交底，明确每道工序质量要求和质量标准，以及可能发生的质量事故和预防措施;基坑开挖时，先沿灰线直边切出槽边轮廓线，再自上向下分层开挖，挖出的土及时装车运出场外，不宜堆在基坑周边，以保证围护结构的稳定;基坑土质若发现与地质资料不符合或有异议时，应及时通知设计单位、监理、业主共同研究对策，慎重处理;土方开挖对称施工，以利于土方应力的释放，减少对工程桩的挤应力;严格控制坑边堆载重量，严禁挖斗碰撞桩头和围护及支撑结构;在接近设计深度土层开挖，由施工员控制挖掘深度，机械挖土至基底标高以上300 mm 时，由人工修土至设计标高，严禁超挖;深基坑开挖过程中由专人对四周的围护结构进行严密监测，及时接收信息，指导施工;现场为多机作业时，施工要避免相互交叉作业;合理安排挖机及运土车辆的行走路线，必要时用钢板铺垫，确保工程桩不受到影响;土方开挖部位的工程桩上部需插小红旗，避免碰桩;机械挖土时，要专人负责指挥，发现不安全因素及时纠正。

5 基坑监测

为了及时获取基坑开挖过程中支护结构和周边环境的变形信息，掌握基坑开挖的动态情况，本工程在基坑外缘设测斜管14 根，设计报警值东侧为40 mm，其余侧为30 mm，或连续三天变形超过3 mm/d;在坑外设置地下水位观测孔，共5 个点，设计报警值为地下水变化大于0.5 m/d;在基坑周边设沉降及地表水平位移监测点18 个，设计报警值为累计沉降超过20 mm，累计地表水平位移超过40 mm;在主要受力的支撑梁设支撑轴力观测点14个，设计报警值为8000 kN。

通过基坑日常定时与不定时两种形式同时监测，及时掌握基坑位移信息，指导了土方工作的开挖，避免安全隐患出现，使得地下室施工得以顺利完成;本基坑在施工过程中位移与变形均在受控的报警数值范围内。