市政工程深基坑开挖方案研究

沈正龙

0 引言

深基坑的挖掘工作是市政工程施工的基础环节，也是市政工程施工的重要内容之一。对于基坑土方的挖掘方案设计与基坑当中的挖掘深度和当地地质条件等密切相关，在设计基坑挖掘方案时，还应当考虑到资金投入力度和工期的长短等问题，否则基坑挖掘方案在实施过程当中可能会面临各种各样的阻碍。因此在市政工程施工中建设深基坑时，需要综合考虑基坑支护结构的变形程度以及支护挡板无支撑暴露面积的大小等因素，从而确保市政工程施工项目能够顺利进行。

1 常见的基坑开挖方式

1.1 分层开挖

1.1.1 放坡开挖方法

在对基坑进行挖掘时，如果基坑所在位置的地质条件整体较好，并且场地允许，那么可以使用放坡开挖的方式对基坑进行挖掘。放坡开挖主要包括两种常见的情况：（1）使用一次性放坡开挖的方式，直接挖掘至基坑底部。这种放坡开挖的方式主要适合一些需要挖掘深度较浅的基坑，在使用一次性放坡开挖的方式时，不需要对基坑采用分层开挖的形式，但是需要密切关注基坑边坡的稳定性，确保在开挖过程中能够使放坡保持绝对的安全性。（2）对于部分地质条件较差，并且深度较大的基坑，可以采用一级放坡形式对基坑进行挖掘，但是考虑到基坑的深度较大，为了确保施工过程的安全性和高效性，需要对基坑采取分层挖掘的形式。

1.1.2 有围护的基坑开挖方法

在对有围护的基坑进行挖掘时，需要根据有围护的基坑当中的基本情况确定具体的挖掘方法，主要的判断依据是基坑内是否有内支撑。对于有围护但是却没有内支撑的基坑而言，需要根据基坑的具体特点，综合考虑基坑挖掘的深度以及本地的地质条件等因素，对基坑采取分层划分，有效挖掘的形式。例如有锚杆、土钉的基坑，都是需要开挖一层后施工锚杆、土钉。对于有内支撑的基坑而言，在开挖时仍然需要综合考虑本地的具体地质条件以及现场施工的基本条件等因素，然后再确定具体的挖掘模式。

1.2 分段开挖

在某些大型基坑以及隧道工程的施工过程当中，会出现部分边界很长，且跨度较大的基坑，为了能够对这一部分基坑进行有效的挖掘，需要对基坑的变形情况和流水施工作业情况进行严格控制，对基坑的施工过程进行分段开挖，确保施工效率的不断提高。

1.3 分块开挖

在对基坑进行分块开挖时，需要根据基坑的具体情况按照基坑边界的不同形状综合考虑基坑周围的环境，从而有效地对基坑进行分块开挖。在进行具体施工时可以根据基坑挖掘面积的大小，对基坑变形问题进行合理控制，从而对基坑进行高效地分块，进而提高施工效率。

2 基坑开挖方案设计流程

基坑开挖方案设计流程：

（1）从基坑的支护形式和开挖深度考虑分层开挖方式，具体设计流程如下图1 所示。

根据2006～2016年的水质监测数据，通过计算所选评价因子的年均内梅罗综合污染指数，并与相应的分级标准进行对比，对该水库的水质质量状况进行评价，结果见表3。

图1 分层开挖的设计流程图

（2）根据基坑的支护形式与开挖深度考虑分层开挖的方式，即确定某一子块或子段的具体开挖方式，具体设计流程如图2 所示。

图2 分层开挖的设计流程图

3 工程案例应用

3.1 项目概况

基坑长度178m，最小宽度31.5m，最大宽度108m，开挖深度11.15～15.8m，共包括进水闸、进水间、格栅间、前池和泵房五部分。

泵站基坑的支护分为两部分：第一部分为泵房、前池和格栅间，支护结构设计采用桩长35m（含冠梁）的钻孔灌注桩，桩径1.6m，桩间距1.9m，支撑截面尺寸为1000mm×1000mm，桩顶设置冠梁连接，冠梁规格为BH=1.2m×1.1m。第二部分为进水闸和进水间，这部分支护结构设计采用直径1.0m 钻孔灌注桩，桩间距1.3m，桩长25m（含冠梁）。桩顶设置冠梁连接，冠梁规格为BH=1.2m×1.1m，基坑侧壁采用100mm 厚C20 喷射混凝土挂φ6.5@200mm×200mm 钢筋网护面。

为减小内支撑和连系梁的挠度，在内支撑和连系梁的每一个交叉点均设置了格构柱共计106 根。

3.2 开挖方案的初步探讨与选定

从泵站基坑平面形状上分析，该泵站基坑呈喇叭状，从东侧进水闸区域到西侧泵房逐渐阶梯型变宽，上下两侧居中对称。该泵站基坑平面形状既不同于长条形的地铁基坑也不同于一般的矩形、方形或者近圆形建筑基坑，而又与一般的基坑有相似的地方。从支护结构方面进行分析，泵站基坑采用了钻孔灌注桩+内支撑的形式。对基坑的开挖方案影响较大的是内支撑的布置。

（1）放坡开挖方式适用于土质较好、空间较为充裕、无内支撑情况，适合本项目。

（2）分段开挖适用于长条形空间，不适合本项目。

（3）岛式开挖指先开挖基坑四周一定范围的土方，形成中间高、四周低的环式岛屿，并同时进行基坑支护结构的施工，然后再开挖基坑中部预留的土方。由于本项目内密布的内支撑，采用岛式开挖不仅土方开挖困难，场地内也难以形成道路，出渣困难。

综上所述，初步确定采用：分层分块的开挖方案。

4 开挖方案初定

4.1 分块区域

分块开挖中需要遵循两个原则：一是分块的平衡性。二是分块的对称性。

由于基坑深度从左到右逐渐变化，因此基坑分层后每一层含有的分块区域并不相同。例如开挖到最后一层土时只有区域1 和区域2，没有区域3，如图3 所示。

图3 江南泵站开挖方案分块示意图

4.2 分层厚度确定

按照《建筑深基坑工程施工安全技术规范》（JGJ311-2013）内容8.1.8 第二条：分层厚度按土层确定，开挖过程中的临时边坡坡度按计算确定；在对基坑进行分层挖掘时，对于分层厚度的设计需要满足诸多方面的要求，确保在对基坑进行挖掘时，不会出现基坑整体变形或过度挖掘的情况，应采用“分层、分区、分块、分段、抽条开挖，留土护壁，快挖快撑，先形成中间支撑，限时对称平衡形成端头支撑，减少无支撑暴露时间”等方式开挖，在确保施工质量的同时，也要确保施工的安全性。

5 开挖方案的确定

经过上述分析确定开挖方案采用分层分块开挖，分层厚度5m，主要分为5 个开挖阶段，具体开挖方案如下：

（1）第一层区域1 即开挖泵房及前池部分区域即角撑区域第一层5m（EL21m～EL16m 范围内）的土方。

（2）第一层区域2 和区域3 即开挖前池其余部分和格栅间区域即对撑区域、进水间和进水闸区域的第一层5m（EL21m～EL16 范围内的）土方。

（3）第二层区域1 和区域2 即开挖泵房及前池部分区域即角撑区域、前池其余部分和格栅间区域即对撑区域的第二层5m（EL16m～EL11m）范围内的土方。

6 开挖方案的优化

6.1 施工顺序优化

分析本项目基坑平面布置特点，可以发现基坑轴向方向较长且南北对称，基于该特点可进行开挖区域的开挖顺序优化，增加开挖作业面、增设机械与人工的方法加快进度。同时由于基坑沿轴线对称，在开挖各个区域时，可另增设机械与人工同时对称开挖两侧土方。

6.2 场内道路布置

道路在基坑开挖过程中逐步形成。在开挖泵房及前池部分区域即角撑区域时，开始修建两侧的下基坑道路；在开挖进水间、进水闸、格栅间和前池时，同时修建另外两条下基坑道路；道路均在第一层开挖完成后基本成型，且在泵房前池区域交汇。场地内道路具体如图4 所示。

图4 第一层土体开挖过程道路布置

当第一层土体开挖完成后，泵房修建的下基坑道路与在开挖进水间、进水闸、格栅间和前池时修建的两条下基坑道路已贯通，已形成了完善的土渣外运通道，并且可以形成多个开挖面同时开挖第二层土体当中的对撑开挖区域1、区域2 和区域3。此时为土方开挖作业高峰期。场地内道路具体如下图5 所示。

图5 第二层土体开挖过程道路布置

当第二层土体开挖结束开始开挖第三层土体时，泵站及对撑区域修建的下基坑道路已随着土方的外运而消失，场地内只剩下由进水闸、进水间修建的道路。由于此道路贯通基坑，可利用该道路同时开通多个施工面，对称开挖第三层土体的区域1、区域2 和区域3。土渣的外运则由区域1 向区域2、区域3逐渐推进，最后开挖区域4。第三层土体开挖时场地内道路如图6 所示。

图6 第三层土体开挖过程道路布置

6.3 优化后开挖方案

经过区域开挖顺序及开挖道路布置优化后，将本项目开挖方案调整如下。

第1 层土体：首先采用挖掘机从第一层钢筋混凝土支撑平面上掏挖区域1，同时采用长臂挖掘机在基坑顶部利用场内环形道路辅助开挖。与此同时从进水闸方向开始修建下基坑道路，小型挖掘机在区域2 和区域3 内支撑间空隙进行掏挖。

第2 层土体：利用布置在基坑内的4 条开挖道路，同时对称开挖区域1、区域2 和区域3，同时采用长臂挖掘机在基坑顶部，利用场内环形道路辅助开挖。格构柱间土采用挖掘机掏挖后转至宽阔区，自卸汽车直接沿下基坑道路至宽阔区装土出渣。

第3 层土体：利用布置在基坑内的4 条开挖道路，同时依次开挖区域1、区域2 和区域3，每个区域开挖时采用对称开挖。挖掘机和自卸汽车进入基坑底部，采用水平向前推进的方式进行开挖。同时采用长臂挖掘机在基坑顶部，利用场内环形道路辅助开挖。

7 结语

综上所述，在市政工程深基坑开挖过程中，需要技术人员和管理人员结合施工地点实际情况，采取科学的方法，合理地设置开发方案，从而确保深基坑开挖工作能够在开发方案的指导下顺利进行并达到预期施工效果。