流塑状高回填土区土方开挖关键施工技术

周 涛 张田庆 庞 拓

1. 北京中建地产有限责任公司 北京 100071；2. 中国建筑第二工程局有限公司 北京 100071

1 工程概况

背景工程规划总建筑面积为64 500 m2，由8栋11层、1栋24层、1栋26层和1栋2层商业配套用房组成，结构形式为框剪结构，基础形式为桩筏基础。

工程地位于昆明断陷盆地北部边沿缓坡地带，场地整体北高南低，高差7.5 m，南侧常年积水形成水潭。土方开挖深度为1.5～4.5 m，桩基深度为1.1～45.1 m，桩基混凝土强度等级为C30。

1.1 地质概况

勘探孔最大揭露深度为73.7 m。根据场地钻探揭露表明，在勘探深度范围内地基土构成自上而下为：第四系全新统人工堆积层（Q4ml）杂填土和素填土；第三系茨营组（N2c）粉质黏土、泥炭质土、粉土层。依据成因类型、结构特征、岩性及物理力学性质，将场地的地基岩、土划分为3个工程地质单元层，8个亚层。其中，①1层素填土、①2层杂填土为欠固结土，其余土层为超固结土。各土层厚薄不均匀，填土较厚，均匀性极差，导致地基土的工程力学性质在水平向和竖向上不均匀，综合判定场地地基为不均匀地基，地基土应为不均匀地基土。

1.2 水文气象情况

工程处于低纬度高原平坝地区，属亚热带高原季风气候类型。昼夜温差较大。降雨主要集中在5—9月，平均降水量为11.0～782.0 mm，年最大值为8月份，达161.0 mm。

1.3 不良地质情况

通过对1999年—2015年的卫星图（图1、图2）对比分析，本工程场地为早期砖瓦厂的取土场地，在20世纪90年代开始取土开挖，取土时对场地及周边进行了大面积的开挖，在场地区域范围内形成多个人工开挖的大坑。在2011年开始进行场地回填，将整个场地除2个水潭未进行回填完以外，其余的取土坑和低洼处全部回填至现状标高。故本场地回填土回填历史为7—9年，场地内的成分主要有粉质黏土、圆砾及少量的建筑垃圾，场地回填期间并未进行分层碾压，同时因填料的不均匀性、地表水的浸泡、周边建设工程倾倒大量泥浆等作用下，在场地中央形成了沼泽地，即流塑状填土区域，如图3所示。

图1 2007年卫星图

图2 2015年卫星图

图3 流塑状填土区域分布

Ⅰ区为流塑状填土较浅区域，该区域靠近龙溪路水潭，深度为0～5 m；Ⅱ区为流塑状填土较深区域，该区域表层有0.5 m硬壳层，平均深度为10 m。

2 施工控制难点

针对此地质条件，如何保障土方开挖前机械设备的进场，如何布置设备线路和机械站位，如何确定土方开挖放坡比例、出土顺序和方向，如何有序控制开挖过程中的施工质量、机械设备安全等，是本工程施工控制的重难点。根据以上重难点，制定出本工程土方开挖技术路线：通过对流塑状高回填土区土方开挖关键施工技术进行研究，主要对土方开挖过程中机械站位、堆土范围和高度进行计算分析，为实施提供理论依据，制定质量安全控制措施，确保土方开挖过程中的安全和桩基质量的成品保护。

3 关键施工技术

3.1 机械设备选择

综合考虑工程实际进度情况，本工程采用的机械设备如表1所示。

3.2 场地平整及测量放线

采用挖掘机卡特312B，对运输道路位置进行场地平整，并采用全站仪测出地下室及各建筑物转角控制点，再依据各栋号基坑土方开挖图、剖面图放出基坑开挖线。

因场地内存在流塑状填土区域，地基承载力为0 kPa，而机械设备质量达到39.26 t，设备行走过程中极易侧翻，无法满足施工要求，设备安全管控风险大。为此，本工程对设备行走路线范围内铺设厚2 m建渣，两边外扩1 m。当建渣铺设后仍无法满足机械行走的地基刚度要求时，则再采用8 m×2 m×0.02 m钢板铺设。

表1 采用的机械设备情况

3.3 验线

完成基坑开挖灰线后，项目经理应组织本项目技术、质量、安全等相关人员会同监理人员进行验线，验线合格后，方可进行下道工序施工。

3.4 土方开挖

基坑开挖土方厚1.5～4.5 m，且拟建场地原为砖厂，后形成沟洼地带流塑土，故采用长臂挖机以盆式开挖的方式进行。开挖除预留人工捡底外一次开挖成形，以避免土体挤压造成坍塌或桩位移。若存在换填，则在开挖完成后立即移交总包单位进行基底换填施工，减小对桩基的影响。

采用分层、分段、均衡的原则进行土方开挖，以减少下滑动力和周边荷载。按照设计要求，本工程场地分3层进行开挖。第1层硬壳层开挖厚度为1 m，放坡比例1∶2；第2层硬壳层开挖完成，放坡比例1∶2；第3层回填土采用长臂挖机按1∶8放坡，由于25 m长臂挖机不能完全满足1∶8放坡开挖的需要，故每个开挖点采用1台卡特312B小挖机配合甩土。每10 m范围为一段进行分段施工，采用长臂和普通挖机配合开挖、倒运。第1层硬壳层开挖时，若挖机无法进入，可采用铺设钢板铺垫站位开挖；第2层、3层开挖时，挖机下铺垫钢板，以确保挖机站位稳定可靠。

3.5 机械站位、堆土范围和高度计算分析

采取最不利因素对挖机站位-土坡稳定性、渣土车站位-土坡稳定性、堆土距基坑边距离-土坡稳定性这3方面进行计算分析。工程采用日立360挖机，自重约35 t，斗容量0.45 m3。为保守计算，不考虑土体扩散角及压力折减。采用瑞典条分法进行分析计算，假定滑动面为圆柱面且滑动土体为不变形刚体，不考虑土条两侧上的作用力。

经计算，开挖内部整体稳定性安全系数均满足要求。采用长臂挖机进行基坑开挖时，挖机边沿距坡顶不小于2 m；开挖后土堆至出土路线旁，土体堆高不大于1.5 m，堆土点距基坑边距离不小于3 m；用普通挖机进行装车运土，渣土车行驶时距基坑边坡不小于3 m。

1）第1层土方开挖。此层开挖主要工作内容为采用SK350挖机对厚1 m的硬壳层进行开挖外运。统一由一侧向另外一侧推进开挖，按照1∶2放坡，要求SK350挖机距离开挖放坡上边线为2 m，临时堆土区离开挖放坡上边线≥3 m，堆土区采用SK350挖机进行装土外运，渣土车行驶时距放坡上边线≥3 m，具体如图4所示。

图4 第1层开挖平面及剖面（单位：m）

2）第2层土方开挖。此层开挖主要工作内容为采用SK350挖机对第2层≤1 m厚的硬壳层进行开挖外运。挖机站位在第1层开挖后的硬壳层上，此层开挖后仅剩淤泥层，放坡及距离坡顶要求均同第1层开挖工况，如图5所示。

图5 第2层开挖平面及剖面（单位：m）

3）第3层土方开挖。此层开挖主要工作内容为在第2层开挖过程中，待工作面满足施工要求时，及时插入长臂挖机SK250进行第3层土方开挖。开挖方式为：SK350挖机在前端取出最后一层硬壳层，后端SK250长臂挖机采用1∶8比例放坡开挖淤泥层，基坑内放置1台卡特312B小挖机进行承台、地梁开挖，由长臂挖机甩土至堆土区，放坡及距离坡顶要求均同第1层开挖工况，具体如图6所示。

3.6 土方清运

土方开挖后弃土外运至弃土场堆放，弃土场须有相应的运营证书，是合规合法的弃土场，弃土场周边环境确保安全，双方签订弃土协议。

土方运输线路需征得城市管理部门、交通管理部门等当地相应管理部门的同意，办理相应的运营证件，派专人进行道路安全、卫生管理。土方运输线路一经确认，不得随意改变，司机必须按确定的路线行驶。

图6 第3层开挖平面及剖面（单位：m）

4 结语

本工程因地勘报告中未针对此部位作出详细说明和揭示，且时间较为久远，导致在开挖淤泥区内塔吊基础时，出现8根偏桩，偏桩距离1.1～3.2 m。因此，项目在大面积土方开挖前，针对淤泥区范围内的208根桩基进行分类并分区制定开挖措施。在实际施工过程中成效较好，工程进度、质量、安全、经济性得到保障，尤其是有效地控制了桩基质量。在严格按照此技术实施后，未出现偏桩、断桩等质量问题。开挖后对桩基进行小应变检测，桩基质量全部合格[1-5]。

施工过程中采取的措施和计算分析等，为在此地质条件下先施工桩基工程、再进行桩间土开挖的项目提供了新思路和理论依据，为流塑状高回填土区土方开挖施工提供了良好的实践经验，具有一定的推广价值。