高层建筑深基坑土方开挖技术探讨

2021-01-05何环环

江西建材 2020年12期

何环环

福建一建集团有限公司，福建三明 365000

土方开挖作为基坑工程中的重点项目，土方开挖作业的好坏关系着整个基坑工程质量的优劣。当前，高层建筑工程土方开挖量大，工程地质条件复杂，若继续采用传统的明挖法不利于土方开挖安全性的保证。因此，为有效解决深基坑开挖问题，确保高层建筑施工质量，本文以沁园春A 地块一期工程深基坑开挖工程为例，分析其存在的问题，提出适合本工程土方开挖的关键技术，并借助信息化技术对土方开挖施工技术进行质量监测［1-2］。

1 工程概况

沁园春A 地块一期工程场地位于三明市新市中路东南侧。经现场勘察，本工程现场地势平坦，场地内无构建物，基坑北侧距建设红线最小距离仅为1.5m，东侧临近既有住宅建筑，住宅建筑为砖混结构。南侧为市政道路，距道路边线为5m，，西侧为高层住宅建筑小区。

根据工程规划，本工程建设9 栋住宅建筑，两个相邻长方形基坑,，两个基坑长度均为65m，宽度均为45m。根据工程勘测，基坑周边环境条件良好，基坑红线内无需要保护的建(构)筑物；临近道路与地下室结构最小距离为10.0m。为确保基坑开挖和土方运输顺畅，总体上从北侧开始向南侧退挖，以形成施工平行流水作业局面；同时采用分层分段开挖，上层上层大面积开挖采用大功率挖掘机以加快施工进度，下层基础部分采用小型机械进行开挖，下层需加钢板或箱板垫防止挖机下陷。同时，基坑四周应严格控制堆载，不得超过15kN／m2，及时排除地表及基坑水，保持基坑干燥。

2 本项目土方开挖施工重点和难点

2.1 开挖工程量大，支护结构复杂多样

本工程基坑开挖工程量大，土方开挖、外运工程量大。同时，基坑支护结构包括围护桩、钢支撑、桩间喷射混凝土等结构，较其他建筑深基坑支护结构复杂，因此导致施工困难，要求施工单位加强土方开挖优化组织，合理选择土方开挖技术。

2.2 基坑周围环境复杂

本工程中，建筑红线距市政道路最小距离仅为10.0m，基坑开挖施工易造成周围构建物、道路沉降变形，需要密切关注基坑开挖期间沉降变形监测，对明挖基坑的稳定带来一定程度的威胁。此外，本工程影响范围内分布有高压电线及地下管线等。深基坑开挖过程中，可能引起基坑土体位移，破坏土体平衡，引起周围高压线路及地下管线受到破坏，如处理不当就会引发施工安全事故。为改善该问题，本工程土方开挖过程中加强基坑水平位移和支撑轴力监测，并密切关注周围构建物沉降变形情况，确保基坑开挖期间基坑及周围构建物、道路稳定。

2.3 工程紧，工程机械多

本工程中，规划土方开挖时间仅为30d，且需要与基坑围护结构同步实施，工期紧，施工现场工程机械多，部分工程机械施工作业半径不足，影响工程施工进度和施工效率。针对该问题，本工程采用分区、对称施工技术方案，按工程机械半径合理划分土方开挖区段，待本区段开挖完成后转移下一区段，满足工程现场流水作业要求。

3 土方开挖施工技术要点研究

本工程中，两个基坑同步流水施工，施工顺序为：第一阶段土方开挖→冲钻孔灌注桩→冠梁施工→冠梁锚索施工→第二阶段基坑开挖→围护桩间土支护施工→腰梁及锚索施工→第三阶段开挖至底板。本文分阶段分析土方开挖施工技术要点。

3.1 第一阶段土方开挖

开挖第一级基坑支护护坡及平台，按自然放坡形式开挖护坡喷锚工作面。整体开挖深度为2.3m，局部开挖深度为3.6m。第一阶段开挖过程中，机械开挖距桩体、承台距离≮300mm。机械开挖自桩体300mm处以倒退行驶方式开挖（如图1所示）。第一阶段开挖时，遵循分层开挖原则，淤泥层开挖深度控制在1m 以内，非淤泥层开挖厚度控制在2m 以内。

图1 土方开挖第一阶段

3.2 土方开挖第二阶段

基坑冲钻孔灌注桩、冠梁和冠梁锚索施工完成后，开展第二阶段土方开挖，分层开挖至-7.0m，分层开挖厚度2.0m。基坑围护结构附近采用人工开挖方式，其他区域采用机械开挖方式。基坑边坡按自然放坡，由第二阶段开挖土方至第一阶段平台，经第一阶段平台挖掘机械转运至土方堆放区域（如图2 所示）。

图2 土方开挖第二阶段

3.3 土方开挖第三阶段

土方开挖第三阶段，基坑开挖至设计深度，采用阶梯式开挖方法进行自然放坡，分层开挖深度不超过2.0m，基坑底部土方留300mm 人工清槽区域。基坑开挖至坑底后，基坑开挖至设计标高后，沿基坑底部按顺时针方向开挖放坡区域阶梯，以起始点位置作为土方外运收口区域，整平10m 宽台阶并填实800mm 厚废砖渣，供土方外运车辆通行。人工清槽完成后，挖机采用倒退开挖方法开挖土方外运出口（如图3 所示），其余土方经人工修整后通过塔吊设备外运。

图3 土方开挖第三阶段土方

3.4 土方堆放

本工程中，在基坑顶部距边缘5m 处设置土方临时堆场，开挖后土方当班清理，当班不能清理时停止开挖。根据工程设计，基坑顶部3m 范围内允许荷载为10kN/m，禁止土方堆放超过3m 控制线，并限制运输车辆行驶路线和区域，避免因基坑边坡荷载过大引起坡体位移。

3.5 支护桩及疏干井保护措施

为防止基坑机械开挖破坏支护桩和疏干井结构，影响基坑边坡稳定性和集水降水效果，本工程制定并落实现场保护措施：①支护桩开挖。为降低施工机械车辆施工对支护桩的挤压作用，避免引起桩位偏移，本工程对土方外运出口影响行车路线的支护桩进行开挖、割桩、回填处理，待基坑开挖至设计标高且机械退场后重新钻孔；②机械开挖统一指挥。临近支护桩和疏干井机械开挖时，由专人进行盯测，加强现场指挥，防止超挖。必要时，先由人工开挖支护桩、疏干井附近土方，再使用机械沿开挖深度倒退开挖土方；③合理划分人工开挖区域。机械开挖前，预留300mm 厚人工开挖土方，边坡人工开挖土方厚度为150～300mm，满足基坑开挖标高和边坡坡度控制要求，减少机械开挖对支护桩、边坡的扰动; ④随挖随封底，沿底板至支护桩边线浇筑毛石混凝土垫层，桩墙内边凹槽清理干净，不得夹泥。承台部位采用人工开挖方式，严禁采用机械开挖；⑤分层回填。基坑开挖后，尽可能减少基坑暴露时间，地下室施工完成后，沿地下室外墙与围护结构间隙分层回填土方，回填土方采用密实度大于0.94 的黏性土，并配合进行防水施工。

4 施工质量监测

由于本工程基坑施工环境较为复杂，基坑周围为市政道路、既有建筑，且距基坑红线较近，基坑施工可能造成周围构建物、道路不均匀沉降，进而影响构建物结构稳定性和基坑施工安全。本工程中，施工单位在基坑内布设监测点260 个，重点监测基坑土方开挖、基坑降水和注浆加固阶段基坑变形位移情况，全面、及时掌握基坑及周围构建物位移、沉降数据，为基坑施工提供有效数据支持，保证周围环境的安全和施工顺利进行［3-4］。