深基坑土方開挖實(shí)踐與研究

□張風(fēng)彩（河南省工程咨詢中心）

1.深基坑定義

一般規(guī)定為開挖深度超過5m（含5m）的基坑，開挖深度雖未超過5m，但地質(zhì)條件、周圍環(huán)境和地下管線復(fù)雜，或影響毗鄰建筑（構(gòu)筑）物安全的基坑。

2.工程概況

某車站基坑總長192.6m，外包寬度為18.5m，總高12.76m，局部14.85m。主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁，樁徑Φ1000m m，間距1250m m，有效樁長25～30m（局部34m）；支撐系統(tǒng)采用Φ600、壁厚14m m的鋼管3道作為內(nèi)支撐，局部較深部位加設(shè)一道換撐。支撐間距約為3.0m。排樁外測20cm采用三軸攪拌樁施工止水帷幕，三軸攪拌樁樁徑為850cm，深29.32m，水泥摻量為20%，深入不透水層。底板主要位于粉質(zhì)粘土上，為高壓縮性土層，為滿足結(jié)構(gòu)基坑開挖變形控制要求，基坑基底采用Φ600m m高壓旋噴樁裙邊+抽條加固，加固體控制深度為基底下3m，基坑底部以上開挖范圍內(nèi)采用空鉆。加固體平面范圍為：裙邊采用4排Φ600m m雙管高壓旋噴樁密排加固，抽條加固采用Φ600@1100m m（梅花型布置）加固。要求旋噴加固土體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不得＜1M pa。

車站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂端設(shè)置鋼筋混凝土冠梁，冠梁設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸為1.4m×0.8m，混凝土標(biāo)號為C30，在四周陰角內(nèi)側(cè)設(shè)置鋼筋混凝土角撐，結(jié)構(gòu)尺寸為2.5m×2.5m×0.4m，同鋼支撐布置平面位置。冠梁上設(shè)置擋土墻，擋土墻設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸1.2m×0.3m，混凝土標(biāo)號為C25。

周邊環(huán)境：

基坑周邊均為高層建筑，地下管網(wǎng)復(fù)雜，主要有雨水、通訊、電力、污水、熱力、燃?xì)狻⒔o水等。

3.基坑開挖控制的重點(diǎn)及難點(diǎn)

3.1 基坑降水。

3.2 開挖過程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲水，圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)采用連續(xù)水泥土墻作為止水帷幕，在樁間處易產(chǎn)生滲漏。

3.3 鋼支撐的架設(shè)及預(yù)應(yīng)力的施加。

3.4 基坑檢測。包括基坑周邊沉降、鋼支撐軸力、鉆孔灌柱樁樁體的水平位移、鉆孔灌柱樁樁后土體水平位移、鉆孔灌柱樁樁頂水平位移、基坑外地下水位、灌柱樁鋼筋應(yīng)力以及管線的沉降和位移。

3.5 攪拌樁的成樁質(zhì)量檢測。

3.6 基坑失穩(wěn)控制。

3.7 可能出現(xiàn)涌水、涌砂、管涌以及基底隆起等安全隱患。

3.8 基坑開挖過程中，必須采取措施防止開挖機(jī)械等碰撞支護(hù)結(jié)構(gòu)、格構(gòu)柱、降水井點(diǎn)或擾動基底原狀土。

4.土方開挖前的準(zhǔn)備

4.1 方案論證。

按建質(zhì)2009〔87〕號文件的規(guī)定，開挖深度超過5m（含5m）的基坑，（槽）的土方開挖、支護(hù)、降水工程。開挖深度雖未超過5m，但地質(zhì)條件、周圍環(huán)境和地下管線復(fù)雜，或影響毗鄰建筑（構(gòu)筑）物安全的基坑（槽）的土方開挖、支護(hù)、降水工程。

4.2 在基坑開挖前需提前14d排水固結(jié)，以提高土體強(qiáng)度，設(shè)置降水觀察井，降水深度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并不得少于坑底以下1m。

4.3 在車站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)鉆孔灌注樁、地基加固、止水帷幕、墻頂冠梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求、降水井施工完成，方案經(jīng)專家論證通過后，方可進(jìn)入基坑土方開挖。

4.4 在基坑周圍設(shè)置截水溝，防止雨水等地表明水侵入基坑內(nèi)及周邊土體。

4.5 布設(shè)好各種監(jiān)測點(diǎn)，并記錄初始讀數(shù)。

4.6 配備滿足基坑開挖進(jìn)度要求的鋼支撐、鋼圍檁、圍檁支架，堆放場地及開挖所用的挖掘機(jī)。

4.7 土方開挖前做到交底清楚，目標(biāo)明確。

4.8 制定應(yīng)急救援預(yù)案，配備應(yīng)急救援物資。

5.土方開挖及鋼支撐架設(shè)

基坑開挖應(yīng)運(yùn)用“時(shí)空效應(yīng)”原理指導(dǎo)施工，遵循“分層、分段開挖，嚴(yán)禁超挖”以及“先支護(hù)、后開挖”等原則，每段開挖寬度控制在主體結(jié)構(gòu)流水作業(yè)寬度以內(nèi)，及時(shí)安裝該段鋼支撐和鋼斜撐，并施加預(yù)應(yīng)力。土方開挖期間應(yīng)派專人定時(shí)檢查邊坡的穩(wěn)定性。做到施工機(jī)械的通道、挖土順序、材料堆放場地等平面布置，確?；又車?0m范圍內(nèi)堆載不得超過20kPa，端頭井處30kPa。分段開挖長度要與主體結(jié)構(gòu)流水作業(yè)相一致，坑內(nèi)相鄰?fù)馏w高差不得＞2m，坡度控制在1∶1左右。

鋼支撐安裝應(yīng)緊隨土方開挖，做好隨挖隨撐，確?；觾?nèi)外側(cè)受力平衡，安裝好的鋼支撐及時(shí)施加預(yù)應(yīng)力，保證基坑開挖臨空時(shí)間不超過6h。

6.土方開挖

6.1 土方開挖原則

嚴(yán)格遵循“從上到下、分層分塊、階梯流水開挖”的總原則，落實(shí)“分層、分步、對稱、平衡、限時(shí)”五個(gè)要點(diǎn)，保證“豎向分層、縱向分區(qū)分段、先撐后挖”及“大基坑，小開挖”的原則。

6.2 施工方法

基坑土方以機(jī)械開挖為主，人工開挖為輔。采用反鏟挖掘機(jī)進(jìn)行土方的開挖和裝渣，自卸汽車運(yùn)渣至臨時(shí)堆土場。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，采取“拉槽實(shí)施出土、挖掘機(jī)分層倒土、長臂垂直挖土”相結(jié)合的開挖施工方法。

由于基坑較深，長臂挖機(jī)不易觀察到基底情況，在長臂挖機(jī)操控室內(nèi)安裝攝像頭，使司機(jī)隨時(shí)可以觀察到基底情況。

7.鋼支撐架設(shè)及土方開挖質(zhì)量安全保證措施

7.1 鋼支撐架設(shè)質(zhì)量安全保證措施

7.1.1 在土方施工做到分層分區(qū)開挖的同時(shí)，支撐安裝必須及時(shí)跟上，一般情況下，在區(qū)段的土方挖好后，鋼支撐應(yīng)在24-26h內(nèi)發(fā)揮作用。當(dāng)采取分區(qū)拆除支撐時(shí)，應(yīng)注意未拆區(qū)支撐的整體性和穩(wěn)定性。

7.1.2 鋼支撐結(jié)構(gòu)焊接均應(yīng)遵照規(guī)范進(jìn)行，焊縫長度、厚度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，做到豐滿牢固，并隨時(shí)加強(qiáng)電焊的質(zhì)量檢查。

7.1.3 鋼支撐事先在基坑外分段拼裝，減少鋼支撐在基坑內(nèi)的安裝節(jié)點(diǎn)，有利于提高支撐的整體剛度，減少受力后節(jié)點(diǎn)變形而引起的基坑位移，因此安裝長度宜大一些。通常應(yīng)大于相鄰橫向支撐的中心距，在相鄰橫向支撐之間的縱向支撐不宜多于2個(gè)安裝節(jié)點(diǎn)，使用法蘭盤螺栓要確保每顆擰緊。

7.1.4 支撐與圍檁的連接節(jié)點(diǎn)受力比較復(fù)雜，應(yīng)力相對比較集中，為防止圍檁的局部失穩(wěn)，減少節(jié)點(diǎn)處的變形，在該處應(yīng)設(shè)置加勁板。

7.1.5 鋼支撐宜采用工具式接頭，并配有計(jì)量千斤頂裝置。千斤頂及計(jì)量儀表應(yīng)由專人使用管理，并定期校驗(yàn)，正常情況下每半年校驗(yàn)一次，使用中有異?，F(xiàn)象應(yīng)隨時(shí)校驗(yàn)或更換。

7.1.6 安裝鋼支撐時(shí)，應(yīng)在圍檁上用水平儀彈出鋼支撐的標(biāo)高和中心位置十字線，在十字線的上下左右按支撐的直徑畫方框，每根支撐與圍檁的接觸面按方框上、左、右三個(gè)位置控制，使兩端高差≤20m m。

7.1.7 每貫通一根鋼支撐，根據(jù)設(shè)計(jì)要求施加預(yù)應(yīng)力，支撐加力之前，迅速設(shè)定支撐軸力監(jiān)測點(diǎn)，取得初始讀數(shù)后加力，加力后測試實(shí)際預(yù)加力，以此控制預(yù)加力施加準(zhǔn)確。

7.1.8 在支撐預(yù)應(yīng)力加設(shè)前后的各12h之內(nèi)，加密監(jiān)視頻率，發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力損失或圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形速率無明顯收斂時(shí)，復(fù)加預(yù)應(yīng)力至設(shè)計(jì)值。

7.1.9 支撐安裝完畢后的使用階段，派專人值班，加強(qiáng)檢查圍護(hù)位移情況，做好維修服務(wù)工作及按工程技術(shù)要求采取必要的應(yīng)急措施。

7.1.10 支撐拆除前，應(yīng)先安裝好替代支撐系統(tǒng)。

7.1.11 應(yīng)預(yù)拼裝出不少于8根備用鋼支撐應(yīng)付可能出現(xiàn)的緊急情況。

7.1.12 架好的支撐上嚴(yán)禁人員行走和堆放物件，如發(fā)現(xiàn)撓度較大，或鋼楔松動等現(xiàn)象，立即采取措施加固或重新施加軸力。

7.1.13 整個(gè)施工過程中與基坑監(jiān)測隊(duì)伍保持密切聯(lián)系，做到信息化施工。

7.2 基坑開挖質(zhì)量安全保證措施

7.2.1 土方開挖過程中注意保護(hù)坑內(nèi)降水井，確保降水、排水系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

7.2.2 基坑開挖過程中嚴(yán)禁超挖，基坑縱向放坡不得大于安全坡度，嚴(yán)防縱向滑坡。

7.2.3 基坑開挖到最底層后，人工清底至標(biāo)高立即進(jìn)行基底檢查，在地基檢查完成后迅速完成封底墊層施工。

7.2.4 機(jī)械開挖的同時(shí)輔以人工配合，特別是基底以上30cm的土層采用人工開挖，以減少超挖，注意及時(shí)施做接地網(wǎng)。

7.2.5 加強(qiáng)基坑穩(wěn)定的觀察和監(jiān)控量測工作，以便發(fā)現(xiàn)施工安全隱患，并通過監(jiān)測反饋及時(shí)調(diào)整開挖程序。

7.2.6 開挖中須遵循“開槽支撐，先撐后挖，分層開挖，嚴(yán)禁超挖”的原則，開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后應(yīng)及時(shí)施做混凝土墊層封閉，避免坑底土方長期暴露。

7.2.7 基坑四周用鋼管設(shè)置1.2m高防護(hù)欄進(jìn)行圍護(hù)，并涂刷醒目標(biāo)記確保夜間施工安全。

7.2.8 操作時(shí)應(yīng)注意土壁的變動情況，發(fā)現(xiàn)裂紋或部分坍塌現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行躲避。