高層建筑深基坑土方開挖技術探討

何環環

福建一建集團有限公司，福建 三明 365000

土方開挖作為基坑工程中的重點項目，土方開挖作業的好壞關系著整個基坑工程質量的優劣。當前，高層建筑工程土方開挖量大，工程地質條件復雜，若繼續采用傳統的明挖法不利于土方開挖安全性的保證。因此，為有效解決深基坑開挖問題，確保高層建筑施工質量，本文以沁園春A 地塊一期工程深基坑開挖工程為例，分析其存在的問題，提出適合本工程土方開挖的關鍵技術，并借助信息化技術對土方開挖施工技術進行質量監測［1-2］。

1 工程概況

沁園春A 地塊一期工程場地位于三明市新市中路東南側。經現場勘察，本工程現場地勢平坦，場地內無構建物，基坑北側距建設紅線最小距離僅為1.5m，東側臨近既有住宅建筑，住宅建筑為磚混結構。南側為市政道路，距道路邊線為5m，，西側為高層住宅建筑小區。

根據工程規劃，本工程建設9 棟住宅建筑，兩個相鄰長方形基坑,，兩個基坑長度均為65m，寬度均為45m。根據工程勘測，基坑周邊環境條件良好，基坑紅線內無需要保護的建(構)筑物；臨近道路與地下室結構最小距離為10.0m。為確保基坑開挖和土方運輸順暢，總體上從北側開始向南側退挖，以形成施工平行流水作業局面；同時采用分層分段開挖，上層上層大面積開挖采用大功率挖掘機以加快施工進度，下層基礎部分采用小型機械進行開挖，下層需加鋼板或箱板墊防止挖機下陷。同時，基坑四周應嚴格控制堆載，不得超過15kN／m2，及時排除地表及基坑水，保持基坑干燥。

2 本項目土方開挖施工重點和難點

2.1 開挖工程量大，支護結構復雜多樣

本工程基坑開挖工程量大，土方開挖、外運工程量大。同時，基坑支護結構包括圍護樁、鋼支撐、樁間噴射混凝土等結構，較其他建筑深基坑支護結構復雜，因此導致施工困難，要求施工單位加強土方開挖優化組織，合理選擇土方開挖技術。

2.2 基坑周圍環境復雜

本工程中，建筑紅線距市政道路最小距離僅為10.0m，基坑開挖施工易造成周圍構建物、道路沉降變形，需要密切關注基坑開挖期間沉降變形監測，對明挖基坑的穩定帶來一定程度的威脅。此外，本工程影響范圍內分布有高壓電線及地下管線等。深基坑開挖過程中，可能引起基坑土體位移，破壞土體平衡，引起周圍高壓線路及地下管線受到破壞，如處理不當就會引發施工安全事故。為改善該問題，本工程土方開挖過程中加強基坑水平位移和支撐軸力監測，并密切關注周圍構建物沉降變形情況，確保基坑開挖期間基坑及周圍構建物、道路穩定。

2.3 工程緊，工程機械多

本工程中，規劃土方開挖時間僅為30d，且需要與基坑圍護結構同步實施，工期緊，施工現場工程機械多，部分工程機械施工作業半徑不足，影響工程施工進度和施工效率。針對該問題，本工程采用分區、對稱施工技術方案，按工程機械半徑合理劃分土方開挖區段，待本區段開挖完成后轉移下一區段，滿足工程現場流水作業要求。

3 土方開挖施工技術要點研究

本工程中，兩個基坑同步流水施工，施工順序為：第一階段土方開挖→沖鉆孔灌注樁→冠梁施工→冠梁錨索施工→第二階段基坑開挖→圍護樁間土支護施工→腰梁及錨索施工→第三階段開挖至底板。本文分階段分析土方開挖施工技術要點。

3.1 第一階段土方開挖

開挖第一級基坑支護護坡及平臺，按自然放坡形式開挖護坡噴錨工作面。整體開挖深度為2.3m，局部開挖深度為3.6m。第一階段開挖過程中，機械開挖距樁體、承臺距離≮300mm。機械開挖自樁體300mm處以倒退行駛方式開挖（如圖1所示）。第一階段開挖時，遵循分層開挖原則，淤泥層開挖深度控制在1m 以內，非淤泥層開挖厚度控制在2m 以內。

圖1 土方開挖第一階段

3.2 土方開挖第二階段

基坑沖鉆孔灌注樁、冠梁和冠梁錨索施工完成后，開展第二階段土方開挖，分層開挖至-7.0m，分層開挖厚度2.0m。基坑圍護結構附近采用人工開挖方式，其他區域采用機械開挖方式。基坑邊坡按自然放坡，由第二階段開挖土方至第一階段平臺，經第一階段平臺挖掘機械轉運至土方堆放區域（如圖2 所示）。

圖2 土方開挖第二階段

3.3 土方開挖第三階段

土方開挖第三階段，基坑開挖至設計深度，采用階梯式開挖方法進行自然放坡，分層開挖深度不超過2.0m，基坑底部土方留300mm 人工清槽區域。基坑開挖至坑底后，基坑開挖至設計標高后，沿基坑底部按順時針方向開挖放坡區域階梯，以起始點位置作為土方外運收口區域，整平10m 寬臺階并填實800mm 厚廢磚渣，供土方外運車輛通行。人工清槽完成后，挖機采用倒退開挖方法開挖土方外運出口（如圖3 所示），其余土方經人工修整后通過塔吊設備外運。

圖3 土方開挖第三階段土方

3.4 土方堆放

本工程中，在基坑頂部距邊緣5m 處設置土方臨時堆場，開挖后土方當班清理，當班不能清理時停止開挖。根據工程設計，基坑頂部3m 范圍內允許荷載為10kN/m，禁止土方堆放超過3m 控制線，并限制運輸車輛行駛路線和區域，避免因基坑邊坡荷載過大引起坡體位移。

3.5 支護樁及疏干井保護措施

為防止基坑機械開挖破壞支護樁和疏干井結構，影響基坑邊坡穩定性和集水降水效果，本工程制定并落實現場保護措施：①支護樁開挖。為降低施工機械車輛施工對支護樁的擠壓作用，避免引起樁位偏移，本工程對土方外運出口影響行車路線的支護樁進行開挖、割樁、回填處理，待基坑開挖至設計標高且機械退場后重新鉆孔；②機械開挖統一指揮。臨近支護樁和疏干井機械開挖時，由專人進行盯測，加強現場指揮，防止超挖。必要時，先由人工開挖支護樁、疏干井附近土方，再使用機械沿開挖深度倒退開挖土方；③合理劃分人工開挖區域。機械開挖前，預留300mm 厚人工開挖土方，邊坡人工開挖土方厚度為150～300mm，滿足基坑開挖標高和邊坡坡度控制要求，減少機械開挖對支護樁、邊坡的擾動; ④隨挖隨封底，沿底板至支護樁邊線澆筑毛石混凝土墊層，樁墻內邊凹槽清理干凈，不得夾泥。承臺部位采用人工開挖方式，嚴禁采用機械開挖；⑤分層回填。基坑開挖后，盡可能減少基坑暴露時間，地下室施工完成后，沿地下室外墻與圍護結構間隙分層回填土方，回填土方采用密實度大于0.94 的黏性土，并配合進行防水施工。

4 施工質量監測

由于本工程基坑施工環境較為復雜，基坑周圍為市政道路、既有建筑，且距基坑紅線較近，基坑施工可能造成周圍構建物、道路不均勻沉降，進而影響構建物結構穩定性和基坑施工安全。本工程中，施工單位在基坑內布設監測點260 個，重點監測基坑土方開挖、基坑降水和注漿加固階段基坑變形位移情況，全面、及時掌握基坑及周圍構建物位移、沉降數據，為基坑施工提供有效數據支持，保證周圍環境的安全和施工順利進行［3-4］。

4.1 地下水位

基坑開挖過程中，基坑圍護周邊地下水位變化幅度一般在0.51～0.72m，反映出圍護止水效果良好。

4.2 水平位移

按照土方開挖的3 個階段進行圍護樁體的水平位移監測，可見最大水平位移-26mm，在報警范圍之內，留土護壁措施對圍護結構的位移控制有效

4.3 支撐軸力

水平環形梁和支撐梁混凝土澆筑完成后，隨著挖土加深，支撐軸力很快增大，挖土到第3 階段軸力達到峰值，普遍在10000～11000kN，均在報警值 16000kN 范圍內)。

5 結語

從土方開挖過程及各方面數據分析來看，土方保質保量的完成了基本工作，基坑監測數據良好，基坑這戶穩定，達到了基坑降水的基本要求，通過本工程總結以下結論：

（1）開挖方式選分區、分段開挖原則，組合采用機械開挖和人工開挖方法，嚴禁超挖，防止土方開挖破壞邊坡穩定性和圍護結構完整性。

（2）加強基坑土方開挖過程中施工監測是保障施工安全的重要措施。施工單位應根據基坑周圍環境、施工進度、施工技術方案等因素合理確定監測基準點，布設各構建物、基坑邊坡、基坑底部監測點，確保基坑監測數據準確性、完整性，預防和控制基坑變形失穩風險。