高層建筑深基坑土方開挖技術(shù)探討

關(guān)鍵詞：高層建筑；深基坑；邊坡支護；土方開挖；地下室 

　　某工商企業(yè)大廈：地下室2層，地上28層，建筑高度99.9m，上部結(jié)構(gòu)體系為現(xiàn)澆鋼筋砼框架-筒體結(jié)構(gòu)，PHC預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)，框架抗震等級三級，剪力墻抗震等級二級，抗震設(shè)防烈度7度，總建筑面積44208.9m2（地上建筑面積34869m2，地下建筑面積9339.9m2），地下室層高4.2m，建筑等級一級，地質(zhì)狀況：根據(jù)工程地質(zhì)報告：①素填土層，層頂埋深0.6～3.5m。②粉質(zhì)粘土和粉土層，層頂埋深3.0～6.5m。③泥質(zhì)砂土夾卵礫石土層，層頂埋深6.0～10.8m。④碎塊狀強風(fēng)化砂巖，層頂埋深10.～15.5m。⑤中風(fēng)化砂巖，層頂埋深15.5～21.6m。地下穩(wěn)定水位埋深為4.4～11.1m。東、北兩向緊靠城市道路，與道路相距13m，西、南兩向為新建高層建筑，相距約50m。地下室呈長方形狀，長95m，寬56m。施工條件：本大樓地處舊城改造區(qū)，舊墻基及地下管線密集，工期緊，施工難度大。工程于2009年6月開工建設(shè)，并于8月份完成東、北兩向旋挖孔灌注排樁支護施工，為滿足建設(shè)單位的工期要求，春節(jié)前完成樁基、挖土及邊坡支護的目標(biāo)，本深基坑工程土方量約65000m3，每天平均出土量需確保1500m3左右方能滿足進度要求。在工期緊迫的情況下完成深基坑的挖土作業(yè)，對挖土方案及現(xiàn)場管理提出了更高的要求。 

　　2 邊坡支護 

　　本工程基坑開挖深度約10.1m，為保證建筑基坑邊坡穩(wěn)定及安全，根據(jù)現(xiàn)場的實際情況對基坑邊坡采用土釘墻及預(yù)應(yīng)力錨桿和旋鉆孔灌注砼排樁兩種支護方案，西、南兩側(cè)鑒于有放坡條件，采用A型臺階式放坡土釘噴錨支護方案：該基坑邊坡高度9.5m，下層設(shè)置擊入式鋼管Φ48×3土釘3排，縱向間距2m，傾角15°，土釘水平間距1.5m，放坡坡比1：0.75，以梅花形布置。東、北兩側(cè)因地下室外墻邊線緊鄰用地紅線，采用B型排樁墻支護方案。根據(jù)設(shè)計該基坑邊坡高度9.5m，排樁總長度為143m，樁徑為700mm，樁長13.5m，樁間距1.4m，灌注樁混凝土強度等級C30，主筋為14Φ22，箍筋為Φ8@150；冠梁混凝土強度等級為C30，高0.5m，寬0.7m；豎向設(shè)置三排錨桿，豎向間距為1.5m，水平間距為1.4m；樁間采用掛Φ6@200×200mm鋼絲網(wǎng)噴C20混凝土止水帷幕。

　　3 降排水方案 

　　在土方開挖過程中，當(dāng)開挖底面標(biāo)高低于地下水位的基坑時，由于土的含水層被切斷，地下水會不斷滲入坑內(nèi)。地下水的存在，非但使得開挖困難，費工費時，邊坡易于塌方，而且會導(dǎo)致地基被水浸泡，擾動地基土，造成工程竣工后建筑物的不均勻沉降，使建筑物開裂或破壞。因此，基坑開挖施工中，應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)和地下水文情況，采取有效地降低地下水位的措施，使基坑開挖和施工達到無水狀態(tài)，以保證工程質(zhì)量和工程的順利進行。本場地最高地下水位-4.4m，在基坑開挖前期，主要是做好基坑及周邊的截水、疏水和排水工作，以排水溝排水方法為主要措施，在邊坡外圍設(shè)置砼300×300mm排水溝，將地表水導(dǎo)入水溝，并排至城市排水管網(wǎng)；當(dāng)基坑第一階段土方開挖（達到標(biāo)高-2.6m）后，為保證在基本無水狀況下進行土方開挖施工，主要采取坑底輕型井點降水措施，沿基坑四周外圍1m處設(shè)置一道深于坑底的井點濾水管（@2000mm，長度10m，井管直徑50～55mm，井孔直徑300mm），直接與兩臺抽水設(shè)備連接從中抽水，使地下水位降落到基坑底0.5～1.0m以下，井點降水減小或消除了動水壓力，改善了土的性質(zhì)，大大提高了邊坡的穩(wěn)定性，改善了施工操作條件，加快了工程進度。在1～3層土方開挖過程中沿西、南兩向設(shè)置簡單排水溝、集水坑以排除基坑積水，當(dāng)?shù)谒碾A段承臺基礎(chǔ)土方開挖時，沿支護四周距50cm處設(shè)置砼U型排水溝及集水井，以排除坑壁及地下滲水、露天雨水等，并用水泵及時將集水井內(nèi)積水排出坑外。 

　　4 土方開挖方法 

　　4.1 深基坑土方開挖總體布置 

　　高層建筑深基坑工程的土方開挖，在解決了地下水和邊坡穩(wěn)定問題之后，還要解決土方如何開挖的問題，由于基坑自土方開挖就處于活動狀態(tài)，隨著開挖深度的增加，支護結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)、大小、位移變形都相應(yīng)地增加，稍有不慎隨時都可能發(fā)生邊坡垮塌事故。因此在深基坑施工過程中要認(rèn)真做好施工組織設(shè)計及科學(xué)安排工期，選用什么方法、什么機械、如何組織施工等一系列問題在基坑土方開挖之前都要進行詳細(xì)的了解，在開挖過程中還要全面考慮人工和機械開挖的配合問題以及一些特殊地基的處理問題，同時合理安排各工序緊密搭接，以保證基坑暴露的時間盡量縮短，減少基坑支護結(jié)構(gòu)因時空效應(yīng)產(chǎn)生的不利影響。各層土方開挖以從①→④的平面順序進行。 

　　4.2 深基坑土方開挖順序 

　　根據(jù)支護體系的設(shè)計特點及要求，本工程基坑土方開挖共分五層進行，施工順序如下：平整場地、修筑臨時便道→第一層土方開挖→東、北向旋噴支護樁施工→西、南向第一道土釘噴錨施工→井點降水施工→第二層土方開挖→西、南向第二道土釘噴錨施工→第三層土方開挖→東、北向排樁第一道錨桿及止水帷幕施工→基礎(chǔ)樁基施工→第四層土方開挖→西、南向第三道土釘噴錨施工→東、北向排樁第二道錨桿及止水帷幕施工→基礎(chǔ)承臺土方開挖→封底墊層→地下室結(jié)構(gòu)施工。

　　4.3 深基坑土方開挖組織 

　　本工程由于支護體系外錨桿設(shè)計充分考慮到基坑挖運土機械化施工的需要，為挖運土的機械化施工提供了良好的作業(yè)條件。按深基坑土方開挖平面布置修建基坑土方臨時運輸?shù)缆�，考慮到車輛交匯，設(shè)置7m寬便道，上鋪30cm厚磚、石道渣，挖掘機平整碾壓成型，配備20片1cm厚2×6m鋼板，基坑開挖采用3臺CAT320型反鏟挖掘機和3臺PC200小型挖掘機，土方隨挖隨運，8噸、12噸自卸汽車根據(jù)土方運距及現(xiàn)場需要量調(diào)配。 

　　4.3.1 深基坑土方開挖按開挖平面布置分階段、分層進行，第一層開挖至標(biāo)高-2.6m，西、南向從上邊坡起往基坑約8m開挖至標(biāo)高-4.2m，第一層開挖完成安排東、北向旋噴樁施工及西、南向第一道土釘噴錨施工和井點降水施工。 

　　4.3.2 第二層土方開挖待東、北向旋噴樁施工及井點降水施工完成，砼強度達到70%后進行，開挖至標(biāo)高-4.2m。 

　　4.3.3 組織第三層土方開挖，開挖至標(biāo)高-6.2m，安排基礎(chǔ)樁基施工。 

　　4.3.4 基礎(chǔ)樁基施工完成，第四層土方開挖，安排西、南向第三道土釘噴錨施工，東、北向排樁第二道錨桿及止水帷幕施工。 

　　4.3.5 最后完成基礎(chǔ)承臺土方開挖，封底墊層。 

　　5 深基坑土方施工的關(guān)鍵要點 

　　經(jīng)過對本深基坑土方開挖施工方案的具體實施，工期緊湊，降低了工程成本，達到了預(yù)期的效果，滿足了工期、質(zhì)量和安全的要求，高層建筑深基坑土方施工，雖施工難度大，但也并非沒有辦法，只要通過合理組織、精心安排，就能取得令人滿意的效果，現(xiàn)就深基坑土方開挖施工要點總結(jié) 

　　如下： 

　�。�1）根據(jù)工程的特點、施工條件以及地質(zhì)狀況科學(xué)合理地制定邊坡支護方案、降排水方案、土方開挖方案是深基坑土方施工成敗的關(guān)鍵。 

　�。�2）高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求保證邊坡支護的施工質(zhì)量，落實降排水措施到位是深基坑土方施工的必要條件。 

　�。�3）建立以項目業(yè)主為主導(dǎo)的現(xiàn)場項目管理體系，充分協(xié)調(diào)各方關(guān)系，最大限度地將邊坡支護、降排水、樁基施工等各工序穿插施工，有效縮短工期。 

　�。�4）土方開挖必須嚴(yán)格按施工方案的順序均衡推進，嚴(yán)禁無序開挖，以保證支護體系均勻受力。施工中配備專職人員進行測量控制，及時將基坑開挖下口線測放到坑底，以控制開挖標(biāo)高，避免超挖。為防止超挖和保持邊坡坡度正確，機械開挖至接近設(shè)計坑底標(biāo)高或邊坡邊界時，應(yīng)預(yù)留20～30cm厚土層，用人工開挖和修坡。 

　�。�5）視施工場地及作業(yè)面的情況，合理調(diào)配土方機械，實現(xiàn)挖、運平衡，避免造成機械閉置誤工，進行大面積的開挖后，土方隨挖隨運，以實現(xiàn)基坑四周的零堆載，同時基坑周邊嚴(yán)禁停滯大型機械。在支護樁邊、基底及承臺地梁等處無法進行機械開挖部位人工配合對開挖部分邊角進行修邊、平整。 

　�。�6）為減少基坑支護結(jié)構(gòu)變形和荷載的積累，各層排樁支護結(jié)構(gòu)前土方應(yīng)待基坑內(nèi)側(cè)土方開挖完畢后再挖除。 

　�。�7）建立測量控制網(wǎng)，土方開挖前，對鄰近道路、建筑物的資料進行收集、分析，對已有的裂縫等問題事先設(shè)置標(biāo)記并備案，在基坑開挖過程中，加強對支護結(jié)構(gòu)體系、基坑穩(wěn)定性和鄰近道路、建筑物的監(jiān)測，做到每一深挖一層就要進行及時監(jiān)測，然后對監(jiān)測值（樁頂位移、樁側(cè)斜、沉降等）進行分析并反饋，若監(jiān)測值發(fā)生突變，說明基坑支護結(jié)構(gòu)承受過大的壓力，需要放慢挖土速度或立即停止挖土，待基坑變形穩(wěn)定后，方可繼續(xù)進行施工。 

　�。�8）運土汽車按施工組織設(shè)計指定運土路線行駛，指定棄土地點卸土，并按城建、環(huán)保部門規(guī)定在工地大門出口處設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)洗車臺，配備沖洗設(shè)備，安排專人對路面進行清掃，確保路面清潔干凈。 

　　（9）必須加強現(xiàn)場安全措施的有效落實，如基坑防護欄、水平安全網(wǎng)、基坑安全爬梯、基坑照明、配電箱設(shè)置等；要求編制詳細(xì)的專項方案，審查通過后嚴(yán)格執(zhí)行。 

　　6 結(jié)語 

　　深基坑作為高層建筑基礎(chǔ)施工的重要環(huán)節(jié)，對保證高層建筑施工質(zhì)量有著積極的影響。因此，在新的建設(shè)環(huán)境下加強對高層建筑深基坑施工技術(shù)的研究和總結(jié)，有助于改善深基坑施工的現(xiàn)狀，提升建筑工程的施工質(zhì)量，確保施工安全。 

　　本工程通過科學(xué)組織、合理計劃，從施工方案入手，因地制宜地組織施工，有效地完成了深基坑的土方開挖任務(wù)，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，總結(jié)了高層建筑在復(fù)雜環(huán)境下深基坑土方開挖的施工經(jīng)驗，具有一定的參考價值。