黃河河灘區域的深基坑土方開挖施工技術

馮立雷 楊鵬鵬

中建二局第二建筑工程有限公司 河南 鄭州 450044

1 現狀分析

鄭州中心城區地下綜合管廊金水科教園區位于鄭州市區北部，緊鄰黃河，為原黃河漁場區，屬黃河河灘區。管廊主倉截面13.20 m×3.80 m，上覆土厚度約4.0 m，底板埋深約7.80 m，其地質條件為第四紀沖洪積成因的黏性土、粉土及砂土。其地下水為上層滯水和潛水，水位高。場地土質結構松散、均勻性差，部分土層的黏聚力和剪切力為0。開挖深度為地面以下8.5 m左右，局部14.2 m，土方量約1 500 000 m3。

2 工程地質與施工條件

2.1 地下水情況

本工程水文地質條件復雜，根據沿線地下水含水介質、賦存條件、水理性質和水力特征，總結出與本工程有關的地下水主要分為2層：

第1層地下水為上層滯水，以大氣降水為主要補給方式，以蒸發為主要排泄方式，該層地下水僅在局部存在。

第2層地下水為潛水，以大氣降水和地下徑流為主要補給方式，以越流和地下徑流為主要排泄方式，該層地下水在全場地范圍均有揭露，其年變幅約2.0 m。

勘察期間穩定水位埋深2.7～5.3 m。

2.2 開挖期間的氣象條件

本工程采取分段施工法，開挖時間跨越冬期及雨季，主要集中在12月～次年10月。當地冬季漫長而干冷，月降水量約15 mm；春季大風多，月降水量約27 mm；夏季比較炎熱，降水高度集中，月降水量91 mm；秋季氣候涼爽，時間短暫，月降水量約80 mm。

2.3 施工特點

管廊沿途穿越樹林、干渠、道路、明渠、工業廠房、魚塘、園林、會所等，全線需保通。施工范圍內地形結構復雜，開挖時放坡和支護要符合設計要求，并重點監控圍護結構的變形和位移情況。

本地區處于沿黃地帶，土質屬于砂土，土質黏聚力低，易塌方。支護結構采用拉森鋼板樁，易變形和位移，施工時須密切注意位移量。本工程開挖深度大，開挖時須控制分層開挖深度。基坑開挖面較長、較寬，兩邊施工便道的動荷載頻繁，土質含水和含砂率高，基坑開挖存在局部坍塌風險，須監控支護變形和位移量。開挖中涉及河流改道、國防電纜改線、燃氣管道保護等，應按專項方案密切控制預留尺寸和范圍[1-4]。

3 施工準備

3.1 測量控制網設置

放線前與建設單位履行正規的測量基準點資料和樁位的交接手續，根據相應標準設置控制點，測定開挖邊線和支護邊線。

3.1.1 平面控制網的建立

線路中樁測量放樣間距不應大于50 m，平曲線上宜為5～10 m。機械施工中，宜在不大于50 m的段落內，距中心樁一定距離處埋設能控制標高的控制樁。發現控制樁倒伏或丟失時應及時補上。施工過程中應保護所有標志，特別是一些原控制點。根據工作需要，可測設線路起終點樁、百米樁、豎曲線的變化情況加樁。

分段施工時，平面及高程放樣應進入相鄰施工段50～100 m，以保證分段銜接處線形的平順美觀。在交叉口或其他不規則地段，高程放樣應根據設計提供的方格網進行。場區平面坐標控制網測量精度為二級。

3.1.2 高程控制網的建立

在支護邊周圍不影響施工、通視良好、易保存，且地質堅固的地方設置加密水準點，按四等水準測量的方法建立高程控制網。從業主給定的已知水準點引測高程到各加密水準點上，并和已知水準點組成一個附合水準路線。在施工時將水準點從相應的控制水準點上引測到管廊箱體附近，用紅色油漆畫出并標注其高程。

在標段施工區間范圍內，沿線路兩側的穩定位置埋水準點標志樁并與業主或設計部門提供的水準基點形成附合或閉合水準路線，將相鄰兩加密水準點間距離控制在150～200 m，以確保在進行施工測量高程放樣時能引測高程。

3.2 施工段及施工順序設計

按照管廊的結構特點，將管廊的施工分為8段（圖1）。擬訂的施工計劃為：

1）首開段1#施工區域先施工，從K2＋036方向往K1＋580施工。

2）待首開段施工完成后，再對2#和4#施工區域進行施工。

3）待2#和4#施工區域施工完畢后，再行施工3#和5#施工區域。

4）待3#和5#施工區域施工完畢后，再行施工6#和7#施工區域。

圖1 總平面施工分段

5）2#施工區域施工完畢后，再行施工8#施工區域。

4 開挖方法

4.1 方案設計

4.1.1 基坑開挖方案設計

土方開挖采用分層倒退開挖的方法，各施工段分別從一端倒退向另一端開挖（圖2）。基坑開挖共分4層進行開挖支護：第1層為路面素土層，開挖2 m（嚴禁超過2 m）；第2層開挖深度為2 m左右（嚴禁超過2 m），開挖至一級放坡的位置時，測量放線人員重新定點定位，并且放出開挖導槽位置，施工導槽和鋼板樁；第3層土方開挖至開挖坡腳位置；第4層開挖至設計開挖標高上50 cm時，采用人工進行開挖。

圖2 土方開挖示意

4.1.2 基坑邊坡防護設計

采用二級放坡，一級放坡根據區段不同分別為1∶1、1∶2，二級放坡均為1∶1。

全線一般地質及路段的邊坡支護形式為：基坑護坡均采用C20網噴細石混凝土，噴射厚度8 cm，鋼筋網片采用φ8 mm鋼筋，間距200 mm×200 mm。第4層采用拉森鋼板樁支護。

4.2 基坑土方開挖工藝流程

施工準備→測量放樣→基坑開挖→基坑修整→基坑支護→拉森鋼板樁導槽→拉森鋼板樁→人工清槽及基坑驗槽→測量放樣→碎石換填→墊層施工

4.3 土方開挖

土方開挖與支護施工技術的要點是：沿縱向按限定長度的開挖段逐段開挖，在每個開挖段中分層、分小段開挖，按30 m為一個區段。

本著挖完一步支護一步的原則，同時做好基坑降排水，減少基坑暴露時間。基坑在開挖過程中掌握好“分層、分步、對稱、平衡、限時”5個要點，遵循“豎向分層、縱向分區分段”的施工原則[5-8]。

4.3.1 放坡開挖施工

第1層土方開挖時，根據開挖邊線直接按圖紙設置位置進行1∶1或1∶2放坡，清除2 m深度范圍內素填土層。開挖順序為從工作面縱向各配置2臺挖掘機同時倒退式向一端開挖，開挖時兩側邊坡土均先預留30 cm，開挖下臺階配置1臺挖掘機并配合人工進行邊坡修整，邊坡修整完成一段后及時進行掛網噴混凝土。每個開挖面配備技術人員1名，隨時進行開挖深度、邊坡坡度的測量（坡度尺），避免超挖。同時現場配備車輛指揮人員按順序進行倒車、裝土、運走。

第2層土方開挖前，第1層邊坡臨邊2 m范圍已完成防護并滿足護坡強度要求。第2層開挖時，挖到一級放坡位置留出2 m平臺位置，繼續向下開挖，開挖高度不超過2 m。基坑范圍內修整臨時便道，拉土車裝土后從進出口馬道通行，將土方運輸至指定場地。第2層開挖完成后，測量放線并安裝導槽，使其具備鋼板樁施工條件。

第3層土方開挖前，鋼板樁完成施工并滿足支護及擋水要求。

第4層開挖時，采用2臺小型挖掘機，挖掘機距離鋼板樁至少2 m，小幅度轉角施工，防止機械碰撞鋼板樁，對其產生損害。

當挖到距設計標高50 cm后采用人工挖土，挖到設計標高。

在每一層土方開挖完成后，均在上下坡道上并排鋪設1.5 m×2.0 m×0.2 m的雙層雙向配φ12 mm@200 mm鋼筋的C30預制混凝土塊，來作為可周轉硬化道路。

4.3.2 土方垂直開挖施工

基坑開挖前的準備工作已經就緒，圍護結構已經達到設計要求強度，噴漿作業及鋼板樁施工完成，基坑才可開挖。

4.3.3 基坑開挖施工方法及技術措施

土方開挖過程中及時修補拉森鋼板樁上的滲漏點，并注意保護坑內降水明溝和集水井，確保降水、排水系統的正常運轉。

基坑開挖應分層均衡開挖，層高不宜超過2 m。

基坑開挖到最底層后，挖掘機開挖至標高，立即進行基底檢查，迅速完成級配碎石換填及墊層施工，無墊層坑底最大暴露面積不得大于200 m2，最大暴露時間不超過6 h。

鄰近基坑邊的局部深坑（深度超過1.5 m）應在大面積墊層完成后開挖，嚴禁一次開挖到底。

土方挖機、運輸車直接進入基坑作業時，應采取保證坡度穩定的措施，坡道坡度不大于1∶8。

基坑坡頂2～6 m范圍內允許堆荷在15 kN/m2以內，并及時清運，2 m范圍內嚴禁堆載，并嚴格控制不均勻堆載，大量超載位置應另行加固。

基坑開挖過程中，應采取措施防止碰撞支護結構、工程樁或擾動基底原狀上。

機械開挖的同時輔以人工配合，特別是基底以上50 cm的土層采用人工開挖，以避免超挖，一旦出現超挖部位不得采用原土回填壓實，必須采用砂石換填等措施。

加強基坑穩定的觀察和監控量測工作，以便發現施工安全隱患，并通過監測反饋及時調整開挖程序。

開挖至坑底標高后坑底應及時滿封閉并進行基礎工程施工。

整個基坑開挖過程中采用人工配合機械開挖，機械無法開挖和開挖不到的土方，由人工進行開挖，并用手推車把土方運到機械可以挖到的地方，以便及時挖走。基坑開挖土方應運到指定的棄土場，嚴禁亂扔、亂棄。

基坑開挖至設計標高后，應及時組織基坑的報檢、驗收，基坑報檢、驗收合格后，應及時進行下一道工序的施工，嚴禁基坑長時間暴露。

5 結語

綜上所述，通過對本工程的現場條件和施工方法的分析，對線帶性工程通過有組織的施工，可以節省費用，縮短工期，確保工程安全，為今后類似工程施工提供一定的參考及指導意義。