基坑红泥岩开挖施工工艺分析

王原，秦富，王阳光，李志波，修俊明 （中建二局第四建筑工程有限公司，天津 300457）

1 工程概况

国际会展配套区项目1#楼位于甘肃省兰州市城关区盐场堡中心滩中段，总建筑面积约5.80万m2，其中地下0.33万m2，地上5.47 万m2。共有35 层，地上33 层，地下2 层。结构形式为型钢混凝土框架-钢筋混凝土筒体混合结构体系。

2 重难点分析

本工程筏板厚度为 2000～2500mm，属于大体积混凝土施工。混凝土强度为C45，抗渗级别为P8，基坑长约47.00m，宽为45.20m，其中核心筒位置筏板厚为2.50m，四周局部筏板厚为2.00m，总混凝土用量约为4600m3，基槽土面标高为-11.50m，筏板面高度为-9.00m，筏板内布置多个不规则集水坑及电梯基坑，其中4#、5#基坑最大深度为3.90m，施工难度极大。

图1 项目效果图

图2 结构图

图3 电梯基坑平面图

3 工艺原理

电梯井及集水坑筏板底深，需采取二次降水方案，针对红泥岩土质的特点和开挖期间气温条件，根据本工程开挖部位和开挖时间的具体情况，电梯基坑开挖采用“二次降水法+暖棚法”进行土质保护，以确保红泥岩基坑开挖顺利。

“第二次降水法”是针对深基坑施工中存在的部分明水，利用水往下流的特点，采取明沟导流明排（“导”和“排”结合）等第二次降雨技术进行排涝。

“暖棚法”建筑是在建筑物周围搭起节能日光温室，棚中设有供暖机组（如炉子等），以保持棚中气温在正温以上，保证在高水温条件下的建筑物不受冻。暖棚采用脚手管（或木杆）及彩条布（或帆布）搭设，内生无烟煤炉。

4 工艺流程

工艺流程见图4。

图4 工艺流程图

图5 钢筋网片立面图

5 施工工艺

5.1 测量放线

通过场地平面控制网对建筑内各轴线的定位钉桩，需多次校正无误后方能确定具体位置。

按照控制线进行细部放样，用白灰线洒出开挖上口线，并报监理及相关单位验收、批准后进行土方开挖。在土方开挖过程中，对基坑位置进行复核及标高控制，避免挖偏或者超挖。

5.2 打井降水

本工程基坑开挖较深，采用管井进行降排水。管井成孔采用反循环钻机进行降水井施工。施工中采用泥浆护壁，泥浆池中掺加膨润土，成井完毕后及时下放井管，回填滤料。

降水井的降水深度确定为15m，钻井成孔后的孔径达到600mm，管井的直径不小于350mm。

放进井内的过滤器一般长度为5m，孔隙率不小于0.3。一般情况下采用金属网包网，管壁与网之间设置垫筋，高度≥6mm，滤网不超过80目。

5.3 土方开挖

土方施工将与地钉墙施工交错操作，按照施工进度划分，分层分段进行，分段时间将按照土质和地钉的流水操作执行。对层次标高时，第一次为从原始地貌表面至首排土钉下40～60cm 左右，其后各层标高均为土钉的竖向距离，最后一层标高从倒数第二排土钉下40～60cm至基槽垫层标高处。

流水施工操作，可以在距四周边坡约8～10m 深的地基中独立实施，但应与分层作业区的施工相互配合。

在土方挖掘或施工时，应严防侧壁超挖以及侧墙混凝土的整体松散，同时机械施工也要和人工清坡结合，确保路基平顺、坡度符合规定、路面上无虚土。

不得在坑边堆积土方、建材，重载机械设备也不得在坑边施工，渣土运输车尽量不要靠近基坑边行驶。若必须行驶要先进行受力分析，对重型机械可考虑建立专门基础。

开挖过程中，混凝土垫层底面红泥岩层若出现强风化现象，清槽时应将强风化部位全部挖去，卵石回填，并用机械压实，作为地基处理层。

在出现淤泥坑的地方暂不继续往下挖掘，将表层用卵石遮盖进行防护，待基础垫层完成后，再进行红泥岩挖掘，为避免风化，淤泥坑红泥岩侧壁在水泥喷铺前需用抗暴雨材质遮盖。

红泥岩建设应连续施工，尽量缩短裸露时段，在红泥岩清槽完毕后立即开展基础建设，避免滞后导致红泥岩风化。

5.4 土钉墙支护

5.4.1 施工顺序

为各个层次混凝土板对应的土方开挖→修坡→进行混凝土板→注浆→编网设计并加强混凝土直径→喷射混凝土→保护。

在卵石层和砂土层中，若实施后边坡土体剥落严重，应把施工次序调整为土方挖深→修坡→薄喷约4cm 的面层混凝土→安装土钉→编网制作并加强钢筋直径→在地面喷洒约4cm 混凝土→注浆→养护。

5.4.2 设置土钉

现场制作混凝土，并严格按照工程设计图纸和有关技术标准进行浇筑。与混凝土的连接则采用中搭设连接方式，每隔2m 设计一个中支架，对中支架的材质采用φ6.5 的钢焊接于混凝土板中，每群对中支架共3 个，且每个群对中支架之间的相对角度均为10°。同时为确保锚管的注浆质量良好并能提高锚管的硬度，在锚管壁内直径宽度的三等分三条直线上交叉钻孔。

根据设计条件确定孔深后再进行复测，为保证混凝土模板和锚管倾斜度符合设计条件，应调节好导轨倾斜度，安装前做好成孔标记。

混凝土浇筑时应避让周围地下管道及其它障碍物，如遇地下施工障碍物造成混凝土无法达到原设计条件，视具体情况做相应调整。

5.4.3 注浆

使用ZSNS 系列的注浆机械泵，混凝土水灰比约为0.40～0.45，泥浆要拌和均匀并及时使用，在注浆、中间暂停和操作结束时都应及时用水清洗管道。

注浆可采用低压（0.4～0.6MPa）注浆料，注浆工艺是孔底注浆法。将注浆料导管伸入孔底，出浆口位于孔内浆体的表层以内，在灌注浆料的时候将管道匀速、慢慢地抽出。当浆液返回到孔内后，先将混凝土袋纸等捣入孔内，再用湿润泥土封闭孔内，并维持加压数分钟。在向孔内灌注前，必须事先计算所需要的浆液容量并与实际灌注容量进行对比，向孔内灌注浆液的充盈系数应等于1。

5.4.4 铺设面层钢筋网片

面层的网片网格之间最大偏差为10mm，且保护层厚度必须满足设计要求。钢筋直径网施工中各边的搭接直径不得低于250mm。

设置加强钢筋与土钉焊接牢固，具体做法为纵横向各设置1Φ16 钢筋与锚杆焊接牢固，在土钉端头设置3 根16 的锁定筋，表面与土钉双面焊接，底面与加强筋焊接，表面再设置1 根16 的加强短筋，加强短筋置于钢筋网之上。

5.4.5 喷射混凝土面层

喷射混凝土面层使用的是HPZU-5B 混凝土喷射泵。喷射水泥厚80mm，硬度级为C20。粗骨料最大尺寸不得超过15mm，水泥灰比不得超过0.45。

喷射混凝土应按照自上而下的顺序，喷头与受喷面距离宜控制在0.6～1.0m，喷射方向应垂直指向喷射面。

本工程混凝土面层厚度为80mm，为保证喷射厚度，在土面应做厚度标记。喷射混凝土终凝后2h 需洒水养护，保养日期依据天气决定，通常为3～7d。

5.5 支护桩及冠梁

排桩桩身混凝土等级为C25，桩径0.8m，中心间距2.0m，桩顶标高为自然地面2.5m，桩顶通长设置800mm×500mm 压顶梁使各桩连接在一起形成整体，排桩主筋伸入冠梁长度45cm。排桩不均匀配筋，钢筋保护层厚度50mm。

排桩施工采用冲击式机械成孔，施工工序为机械就位→成孔→排渣、清孔→钢筋笼制作与安放→插入混凝土导管→浇筑混凝土→拔出导管。

5.5.1 成孔

根据排桩的总平面及布置图确定桩位置，并选择冲击式的土中成孔机械施工。

在钻孔时，根据设计要求在孔口安装钢护筒，以起到固定、防护洞内工作，护筒的内径要比钻孔磨损径大10cm，埋入的深土中深度不得低于1m，护筒长度在矿坑内使用泥浆填密，护筒的圆心与距桩的圆心误差不能超过5cm，护筒的高度也要稳定。

成孔达规定的深度后，要通过连续放置水泥进行清孔。在浇灌水泥前，孔底500mm 内的水泥比例宜小于1.25，孔底沉渣厚度≤2200mm。

合理调节冲击工艺，并采取合理的技术保护措施以防止扰动孔壁引起塌孔，影响加工精度、卡钻及落钻。

排桩施工应在浇筑混凝土24h 后，实施邻桩混凝土的成孔浇筑。如塌孔较严重，应进行隔桩法施工。

5.5.2 钢筋笼的制作与安放

钢筋笼按现行标准在施工现场进行生产，所有接头部位连接均按标准要求完成，同一水平面的主筋连接错开率不得小于50%。需对其型号、规格、接头等进行检验。

钢筋笼的安装尺寸允许偏差为±100mm。宜在钢筋笼外设有控制保护层厚度的垫片并选用与桩体钢筋等强度的钢筋垫片或用钢筋焊接于竖向主墩梁上，其宽度一般为2m，横向圆周运动不宜小于4 个且需均衡布设，钢筋顶部宜设有吊环。

钢筋笼在搬运和吊装时，应避免变形，安装时要对准孔位，就位后应立即紧固，确保在安装管道、清孔工艺和浇注混凝土的过程中不出现偏移。

5.5.3 灌注混凝土

成桩施工的质量应符合表1规定。

表1 混凝土灌注桩质量检验标准

5.5.4 冠梁施工

排桩施工完毕后，开挖冠梁工作面，并凿出桩头，根据图纸要求绑扎冠梁钢筋，排桩主筋伸入冠梁不小于45cm，在基坑内侧支模板。

冠梁应在同一平面内整浇，冠梁采用C25混凝土。

5.6 电梯基坑开挖

①开挖前对基坑开挖边线，利用CAD 进行放样，基坑开挖至标高-11.500m 时，用白灰画出电梯基坑开挖边线（如图6）。

图6 电梯基坑开挖边线

红泥岩土质坚硬，采用机械开挖，每层厚度约200mm，开挖速度较慢。按照图纸要求人工开挖至基坑槽底部300mm范围内，采用人工开挖。

②基坑上部约500mm 厚为卵石透水层，便于机械行走及排水。

距离电梯基坑边缘约500mm 开挖明沟，宽度300mm，深度500mm（至红泥岩层），向边坡中间找坡，坡度1%。沟内铺设塑料布后填充卵石滤水层。

③在基坑边坡中部开挖导流槽至基坑底部。在底部设置两个降水井，直径350mm。因为基坑四周已经采取降水措施，但基岩上部裂隙发育地下水难以彻底疏干，因此电梯基坑涌水量很小，两个降水井能够满足要求。

④搭设暖棚。在排水明沟外侧约1000mm 处搭设暖棚。暖棚采用Φ48×3.0 脚手管搭设。间距1200mm，步距1200mm，搭设高度2800mm。外侧立面防护采用彩条布，上面拉扯钢丝绳作为承重骨架，上铺彩条布。在棚内均匀设置三个煤炉，保持基坑内温度在10℃左右。

⑤剩余500mm厚采用人工清理。

5.7 流砂处基坑支护处理措施

有砂层部位土方开挖应严格分层分段进行，分层厚度0.5～1.0m，分段长度5～15m，并根据现场情况进行调整。

砂层及卵石层不得长时间暴露，开挖后应立即修坡挂网，喷射混凝土。

地表水及基坑外明水对基坑有不利影响，一定要做好基坑上口外侧地表的排水及基坑外侧地沟的防水，尽快解决基坑北侧支护桩西面电信管沟向基坑内排水的问题，以免对基坑安全造成隐患。

6 结语

本文针对基坑红泥岩开挖的施工工艺，分析其特有地形地貌条件下的施工重难点以及施工方法，为相似案例提供施工经验。