建筑工程基坑開(kāi)挖方法及應(yīng)用研究

韓定杰

（山西四建集團(tuán)有限公司 山西太原 030001）

引言

逆作法具有工期短、基坑變形小，它對(duì)周?chē)h(huán)境影響不大，節(jié)省了地下室外墻體和工程樁的成本，減少了支撐結(jié)構(gòu)的支撐，節(jié)省了挖掘成本，最大限度地提高了城市規(guī)劃紅線(xiàn)的有效面積[1]。有關(guān)逆作法的施工方式，國(guó)內(nèi)已有了一定的經(jīng)驗(yàn)與研究[2]。在城市市政建設(shè)工程中也有著一定的應(yīng)用實(shí)例[3]。本文結(jié)合某地區(qū)首個(gè)逆作法基坑，除主體結(jié)構(gòu)采取順作的施工方式外，另外的結(jié)構(gòu)均考慮使用逆作進(jìn)行。并提出了“3合1”的有效施工方式，克服了復(fù)雜巖溶地質(zhì)及承壓裂隙水的干擾，避免施工對(duì)周邊建筑及地鐵的影響，介紹了基坑關(guān)鍵施工節(jié)點(diǎn)中降水措施、巖溶裂隙水控制措施、土方開(kāi)挖措施等逆作法施工中特殊過(guò)程的處理方法。

1 工程情況

本文基于某廣場(chǎng)的基坑施工項(xiàng)目，該項(xiàng)目廣場(chǎng)建設(shè)并非完全規(guī)則形狀。具體來(lái)說(shuō)，其南北方向距離大約168.7m，東西寬約125.6m，開(kāi)挖面積約1489m2，建筑物以南北方向分布。北側(cè)塔樓有52層，高258m，南側(cè)塔樓有50層，高157m。連接臺(tái)位于場(chǎng)地中間，連接南北塔，共有5層，總高度28m。項(xiàng)目地下室有4層，地下室深度為15.7～17.8m。項(xiàng)目采用“雙塔完工，其余完成”的半反向施工方式。在基坑周?chē)忻芗默F(xiàn)有建筑物、道路、地下管道等。而且基坑緊鄰地鐵2號(hào)線(xiàn)車(chē)站，施工中對(duì)于既有地鐵隧道的保護(hù)尤其重要。

將優(yōu)選φ500和φ600鋼管應(yīng)用于本工程，為保證強(qiáng)度滿(mǎn)足要求，優(yōu)選水下C40混凝土作為樁身材料，優(yōu)選水下C60混凝土作為管內(nèi)材料。

2 地質(zhì)條件

項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)近場(chǎng)區(qū)周?chē)?00m范圍內(nèi)沒(méi)有裂縫通過(guò)。本項(xiàng)目基礎(chǔ)土分為7層：1層人工填土層埋深0.5～4.2m，厚度大概為2.0m；②粉質(zhì)、淤泥黏土層埋深2.6～4.6m，厚約1.1m；③圓粒、粉土層埋深2～6.2m，厚約2.6m；④粉質(zhì)黏土、粉土、有機(jī)質(zhì)土層埋深5.5～34m，其中上部粉質(zhì)黏土厚8m左右，下部粉土厚8m左右；⑤粉質(zhì)黏土層埋深3.1～20m，層厚3m左右；⑥殘積層埋深7.9～26.8m，具體指的是粉土以及粉質(zhì)黏土，厚約11.9m；⑦石灰系灰?guī)r埋深17.3～62.1m，具體指的是強(qiáng)風(fēng)化的灰?guī)r，其風(fēng)化程度較高，以及部分溶洞或者溶洞裂隙，其特征明顯，在場(chǎng)地范圍內(nèi)的浮動(dòng)狀況明顯。擬建場(chǎng)地上部存在厚1m左右高度流塑狀態(tài)的②1淤泥土層以及厚8.5m左右黏性極差的④2粉土層，底部存在巖溶，并伴隨局部溶洞埋藏其中，工程地質(zhì)條件復(fù)雜。

3 基坑施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 降排水技術(shù)

場(chǎng)區(qū)地層較復(fù)雜，上部存在孔隙潛水（具有微承壓性），基巖中存在巖溶水，這些地層中的地下水都會(huì)對(duì)基坑開(kāi)挖產(chǎn)生影響。孔隙潛水給基坑開(kāi)挖帶來(lái)很大不便，需及時(shí)疏干以保證基坑的干開(kāi)挖條件；具有微承壓性的含水層易使基坑底板或結(jié)構(gòu)變形、隆起，嚴(yán)重的話(huà)還會(huì)形成流砂或者管涌等病害問(wèn)題，嚴(yán)重威脅基坑開(kāi)挖的安全；巖溶水有可能導(dǎo)致涌水事故。因此，在基坑開(kāi)挖前需綜合考慮各個(gè)地層對(duì)基坑安全的影響因素，對(duì)基坑做降水處理。針對(duì)場(chǎng)區(qū)地層特征及工程特點(diǎn)，本工程若完全采用管井降水，則存在眾多難點(diǎn)：①在灰?guī)r中施工降水井，成井鉆進(jìn)難度大，影響其施工進(jìn)度；②灰?guī)r中裂隙、溶洞發(fā)育，其分布的不確定性致使管井降水效果具有不確定性，較難保證含水層的水位可降至開(kāi)挖面以下。針對(duì)以上特點(diǎn)，本工程采用管井和集水明排結(jié)合的方式進(jìn)行降水。針對(duì)基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)易鉆進(jìn)、含水量及厚度較大的松散土層采用管井降水；對(duì)于灰?guī)r地層采用集水明排的方式降水。根據(jù)以上分析，本工程降水總體施工部署如下：

（1）開(kāi)挖深度范圍內(nèi)的土層主要為填充，粉砂，粉質(zhì)粘土，圓形砂礫，粉黏土，泥炭土和有機(jī)土。保持結(jié)構(gòu)將切除該范圍內(nèi)的土層，并應(yīng)考慮挖掘范圍，排出內(nèi)層土壤層的水分。理論上，含水層的水位控制在距基坑當(dāng)前開(kāi)挖面1m以下。對(duì)于松散土層的部分，脫水管井用于脫水和降水，而且降水井的深度要達(dá)到石灰?guī)r的頂部。

（2）石灰?guī)r，巖溶水和凹陷沉積物中的裂縫在不受石灰?guī)r或管井影響的情況下降水。

（3）石灰?guī)r具有較深的埋藏深度，并且在挖掘表面的下部分布有淤泥層。根據(jù)計(jì)算，有必要進(jìn)行減壓和降水。對(duì)于這部分地層，由于其分布不均勻，部分透鏡體分布，部分脫水井加深到下部含水層，同時(shí)脫水和減壓降低水位高度。

3.2 巖溶裂隙水控制技術(shù)

（1）樁基礎(chǔ)施工時(shí)的控制方法在樁基礎(chǔ)施工時(shí)通過(guò)合理確定樁基作業(yè)面，保持樁孔與地下水位平衡，保持在靜水狀態(tài)下成孔，并通過(guò)對(duì)成孔泥漿比重控制、孔底沉渣清理、水下混凝土澆筑、樁底注漿改進(jìn)等方面進(jìn)行控制地下水對(duì)樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量的影響。由于樁基礎(chǔ)施工在坑內(nèi)進(jìn)行，遇到大量地下涌水，為保證成樁質(zhì)量，采用樁底注漿控制沉渣厚度，樁底注漿必須保證能充滿(mǎn)整個(gè)基礎(chǔ)底部。傳統(tǒng)注漿器為單點(diǎn)注漿，通過(guò)大量試驗(yàn)表明，單點(diǎn)注漿有效注漿半徑約為0.5m。如采用傳統(tǒng)單點(diǎn)注漿器，將不能滿(mǎn)足要求。項(xiàng)目通過(guò)對(duì)柱底注漿器研究改進(jìn)，形成環(huán)形多點(diǎn)注漿器，顯著提高了底柱注漿質(zhì)量。

（2）土方開(kāi)挖控制方法土方開(kāi)挖階段采取分層分區(qū)集水明排。

（3）筏板施工控制方法基礎(chǔ)筏板施工時(shí)，采用明溝轉(zhuǎn)換為盲溝+穿越筏板式可封閉抗浮鋼質(zhì)集水井進(jìn)行抽排的施工措施，控制地下巖溶裂隙水對(duì)施工的影響，保證工程順利施工。

3.3 土方開(kāi)挖技術(shù)

在逆作施工進(jìn)行開(kāi)始前，需要預(yù)先進(jìn)行降水工序，將地下水位下降到開(kāi)挖面以下2.0m后，方可開(kāi)展每道土方的挖掘任務(wù)。由于項(xiàng)目的逆作工程，尤其是地表以下的部分跨度很大，東西方向約110m，南北方向約145m，項(xiàng)目基坑外幾乎沒(méi)有施工場(chǎng)地。為確保施工現(xiàn)場(chǎng)所需的各類(lèi)交通和施工機(jī)械設(shè)備及物料場(chǎng)，將流水的建設(shè)需求劃分為6個(gè)施工區(qū)，按街區(qū)順序施工，加快施工進(jìn)度，確保了施工效率。當(dāng)施工推進(jìn)到地下1層的時(shí)候，工程的頂板結(jié)構(gòu)此時(shí)已推進(jìn)到第5施工區(qū)，地面交通基本形成后，為加快施工進(jìn)度，將第1，3區(qū)塊組成第1組進(jìn)行平行施工，將第2，4區(qū)塊組成第2組進(jìn)行平行施工，將第5，6區(qū)塊為第3組。地下2～4層施工時(shí)，為加快施工進(jìn)度，將第1，3，4區(qū)塊組成第1組進(jìn)行平行施工，將第2，5，6區(qū)塊組成第2組進(jìn)行平行施工。

根據(jù)地下施工分區(qū)情況，計(jì)劃在B0板上設(shè)置13個(gè)取土口，其中第1分區(qū)布置5，7，9，10號(hào)取土口；第2分區(qū)布置2，3號(hào)取土口；第3分區(qū)設(shè)4，6，8號(hào)取土口；第4分區(qū)設(shè)11，12號(hào)取土口；第5分區(qū)設(shè)1號(hào)取土口。

由于本工程采用逆作法施工，為滿(mǎn)足施工技術(shù)要求，前期開(kāi)挖地下1，2層時(shí)設(shè)置3～4臺(tái)長(zhǎng)臂挖掘機(jī)取土。對(duì)地下室頂板車(chē)輛行走處的樓板采取措施加強(qiáng)，以滿(mǎn)足運(yùn)土車(chē)輛荷載要求。

下層土方開(kāi)挖必須在上層樓板混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%后，經(jīng)報(bào)審批準(zhǔn)，才可進(jìn)行下層支架拆除及土方開(kāi)挖。本工程挖土采用“分層、分段”挖土的方法，挖掘工作在設(shè)計(jì)規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成，還要做到盡快澆注混凝土墊層，達(dá)到控制土體位移的目的。

項(xiàng)目地下室內(nèi)地鐵出入口先期施工并投入使用，項(xiàng)目采用鋼支撐支護(hù)施工技術(shù)，有效、快捷地完成建設(shè)任務(wù)。

3.4 深基坑監(jiān)測(cè)與變形控制

逆作法施工過(guò)程尤其是從地下1層板到大底板階段的施工過(guò)程中，地下連續(xù)墻與鋼管柱之間、鋼管柱與鋼管柱之間的不均勻沉降是客觀存在的，采取有效措施可防止不均勻沉降，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）針對(duì)工程中遇到的巖溶發(fā)育區(qū)，水控和排水是確保安全平穩(wěn)施工的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。在整個(gè)基礎(chǔ)施工過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)這方面的重視程度，研究可行的分區(qū)操作和排水方法，與此同時(shí)，利用好各設(shè)備間的銜接工作。

（2）施工過(guò)程中，對(duì)周?chē)挠嘘P(guān)環(huán)境、地下連續(xù)墻以及鋼管立柱樁的形變情況進(jìn)行持續(xù)性、細(xì)致性的監(jiān)控，以確保其不至于產(chǎn)生過(guò)大形變，這是整個(gè)基坑施工過(guò)程中保證安全的重要措施。此外，在基坑施工過(guò)程中，通過(guò)事先嚴(yán)密的施工組織設(shè)計(jì)及人員調(diào)度，對(duì)特殊問(wèn)題采用科學(xué)有效的辦法，按時(shí)按質(zhì)地完成了工程施工，縮短了工期，在經(jīng)濟(jì)上取得了巨大效益，也是對(duì)逆作法在云南地區(qū)的首次成功實(shí)踐，為以后類(lèi)似工程提供了良好借鑒。