流塑狀高回填土區土方開挖關鍵施工技術

周 濤 張田慶 龐 拓

1. 北京中建地產有限責任公司 北京 100071；2. 中國建筑第二工程局有限公司 北京 100071

1 工程概況

背景工程規劃總建筑面積為64 500 m2，由8棟11層、1棟24層、1棟26層和1棟2層商業配套用房組成，結構形式為框剪結構，基礎形式為樁筏基礎。

工程地位于昆明斷陷盆地北部邊沿緩坡地帶，場地整體北高南低，高差7.5 m，南側常年積水形成水潭。土方開挖深度為1.5～4.5 m，樁基深度為1.1～45.1 m，樁基混凝土強度等級為C30。

1.1 地質概況

勘探孔最大揭露深度為73.7 m。根據場地鉆探揭露表明，在勘探深度范圍內地基土構成自上而下為：第四系全新統人工堆積層（Q4ml）雜填土和素填土；第三系茨營組（N2c）粉質黏土、泥炭質土、粉土層。依據成因類型、結構特征、巖性及物理力學性質，將場地的地基巖、土劃分為3個工程地質單元層，8個亞層。其中，①1層素填土、①2層雜填土為欠固結土，其余土層為超固結土。各土層厚薄不均勻，填土較厚，均勻性極差，導致地基土的工程力學性質在水平向和豎向上不均勻，綜合判定場地地基為不均勻地基，地基土應為不均勻地基土。

1.2 水文氣象情況

工程處于低緯度高原平壩地區，屬亞熱帶高原季風氣候類型。晝夜溫差較大。降雨主要集中在5—9月，平均降水量為11.0～782.0 mm，年最大值為8月份，達161.0 mm。

1.3 不良地質情況

通過對1999年—2015年的衛星圖（圖1、圖2）對比分析，本工程場地為早期磚瓦廠的取土場地，在20世紀90年代開始取土開挖，取土時對場地及周邊進行了大面積的開挖，在場地區域范圍內形成多個人工開挖的大坑。在2011年開始進行場地回填，將整個場地除2個水潭未進行回填完以外，其余的取土坑和低洼處全部回填至現狀標高。故本場地回填土回填歷史為7—9年，場地內的成分主要有粉質黏土、圓礫及少量的建筑垃圾，場地回填期間并未進行分層碾壓，同時因填料的不均勻性、地表水的浸泡、周邊建設工程傾倒大量泥漿等作用下，在場地中央形成了沼澤地，即流塑狀填土區域，如圖3所示。

圖1 2007年衛星圖

圖2 2015年衛星圖

圖3 流塑狀填土區域分布

Ⅰ區為流塑狀填土較淺區域，該區域靠近龍溪路水潭，深度為0～5 m；Ⅱ區為流塑狀填土較深區域，該區域表層有0.5 m硬殼層，平均深度為10 m。

2 施工控制難點

針對此地質條件，如何保障土方開挖前機械設備的進場，如何布置設備線路和機械站位，如何確定土方開挖放坡比例、出土順序和方向，如何有序控制開挖過程中的施工質量、機械設備安全等，是本工程施工控制的重難點。根據以上重難點，制定出本工程土方開挖技術路線：通過對流塑狀高回填土區土方開挖關鍵施工技術進行研究，主要對土方開挖過程中機械站位、堆土范圍和高度進行計算分析，為實施提供理論依據，制定質量安全控制措施，確保土方開挖過程中的安全和樁基質量的成品保護。

3 關鍵施工技術

3.1 機械設備選擇

綜合考慮工程實際進度情況，本工程采用的機械設備如表1所示。

3.2 場地平整及測量放線

采用挖掘機卡特312B，對運輸道路位置進行場地平整，并采用全站儀測出地下室及各建筑物轉角控制點，再依據各棟號基坑土方開挖圖、剖面圖放出基坑開挖線。

因場地內存在流塑狀填土區域，地基承載力為0 kPa，而機械設備質量達到39.26 t，設備行走過程中極易側翻，無法滿足施工要求，設備安全管控風險大。為此，本工程對設備行走路線范圍內鋪設厚2 m建渣，兩邊外擴1 m。當建渣鋪設后仍無法滿足機械行走的地基剛度要求時，則再采用8 m×2 m×0.02 m鋼板鋪設。

表1 采用的機械設備情況

3.3 驗線

完成基坑開挖灰線后，項目經理應組織本項目技術、質量、安全等相關人員會同監理人員進行驗線，驗線合格后，方可進行下道工序施工。

3.4 土方開挖

基坑開挖土方厚1.5～4.5 m，且擬建場地原為磚廠，后形成溝洼地帶流塑土，故采用長臂挖機以盆式開挖的方式進行。開挖除預留人工撿底外一次開挖成形，以避免土體擠壓造成坍塌或樁位移。若存在換填，則在開挖完成后立即移交總包單位進行基底換填施工，減小對樁基的影響。

采用分層、分段、均衡的原則進行土方開挖，以減少下滑動力和周邊荷載。按照設計要求，本工程場地分3層進行開挖。第1層硬殼層開挖厚度為1 m，放坡比例1∶2；第2層硬殼層開挖完成，放坡比例1∶2；第3層回填土采用長臂挖機按1∶8放坡，由于25 m長臂挖機不能完全滿足1∶8放坡開挖的需要，故每個開挖點采用1臺卡特312B小挖機配合甩土。每10 m范圍為一段進行分段施工，采用長臂和普通挖機配合開挖、倒運。第1層硬殼層開挖時，若挖機無法進入，可采用鋪設鋼板鋪墊站位開挖；第2層、3層開挖時，挖機下鋪墊鋼板，以確保挖機站位穩定可靠。

3.5 機械站位、堆土范圍和高度計算分析

采取最不利因素對挖機站位-土坡穩定性、渣土車站位-土坡穩定性、堆土距基坑邊距離-土坡穩定性這3方面進行計算分析。工程采用日立360挖機，自重約35 t，斗容量0.45 m3。為保守計算，不考慮土體擴散角及壓力折減。采用瑞典條分法進行分析計算，假定滑動面為圓柱面且滑動土體為不變形剛體，不考慮土條兩側上的作用力。

經計算，開挖內部整體穩定性安全系數均滿足要求。采用長臂挖機進行基坑開挖時，挖機邊沿距坡頂不小于2 m；開挖后土堆至出土路線旁，土體堆高不大于1.5 m，堆土點距基坑邊距離不小于3 m；用普通挖機進行裝車運土，渣土車行駛時距基坑邊坡不小于3 m。

1）第1層土方開挖。此層開挖主要工作內容為采用SK350挖機對厚1 m的硬殼層進行開挖外運。統一由一側向另外一側推進開挖，按照1∶2放坡，要求SK350挖機距離開挖放坡上邊線為2 m，臨時堆土區離開挖放坡上邊線≥3 m，堆土區采用SK350挖機進行裝土外運，渣土車行駛時距放坡上邊線≥3 m，具體如圖4所示。

圖4 第1層開挖平面及剖面（單位：m）

2）第2層土方開挖。此層開挖主要工作內容為采用SK350挖機對第2層≤1 m厚的硬殼層進行開挖外運。挖機站位在第1層開挖后的硬殼層上，此層開挖后僅剩淤泥層，放坡及距離坡頂要求均同第1層開挖工況，如圖5所示。

圖5 第2層開挖平面及剖面（單位：m）

3）第3層土方開挖。此層開挖主要工作內容為在第2層開挖過程中，待工作面滿足施工要求時，及時插入長臂挖機SK250進行第3層土方開挖。開挖方式為：SK350挖機在前端取出最后一層硬殼層，后端SK250長臂挖機采用1∶8比例放坡開挖淤泥層，基坑內放置1臺卡特312B小挖機進行承臺、地梁開挖，由長臂挖機甩土至堆土區，放坡及距離坡頂要求均同第1層開挖工況，具體如圖6所示。

3.6 土方清運

土方開挖后棄土外運至棄土場堆放，棄土場須有相應的運營證書，是合規合法的棄土場，棄土場周邊環境確保安全，雙方簽訂棄土協議。

土方運輸線路需征得城市管理部門、交通管理部門等當地相應管理部門的同意，辦理相應的運營證件，派專人進行道路安全、衛生管理。土方運輸線路一經確認，不得隨意改變，司機必須按確定的路線行駛。

圖6 第3層開挖平面及剖面（單位：m）

4 結語

本工程因地勘報告中未針對此部位作出詳細說明和揭示，且時間較為久遠，導致在開挖淤泥區內塔吊基礎時，出現8根偏樁，偏樁距離1.1～3.2 m。因此，項目在大面積土方開挖前，針對淤泥區范圍內的208根樁基進行分類并分區制定開挖措施。在實際施工過程中成效較好，工程進度、質量、安全、經濟性得到保障，尤其是有效地控制了樁基質量。在嚴格按照此技術實施后，未出現偏樁、斷樁等質量問題。開挖后對樁基進行小應變檢測，樁基質量全部合格[1-5]。

施工過程中采取的措施和計算分析等，為在此地質條件下先施工樁基工程、再進行樁間土開挖的項目提供了新思路和理論依據，為流塑狀高回填土區土方開挖施工提供了良好的實踐經驗，具有一定的推廣價值。