高層建筑深基坑土方開挖技術(shù)探討

王靜敏

（山西三建集團(tuán)有限公司，山西長治 046000）

0 引言

基坑施工是土方開挖與基坑圍護(hù)體系形成的過程，土方開挖破壞了原本的土層受力平衡，然而由于建筑高度的增加，基坑開挖深度不斷增大，若是開挖方法選擇不當(dāng)、支護(hù)體系承載力不夠，極易導(dǎo)致基坑變形超標(biāo)，甚至引發(fā)基坑坍塌事故。對此，需進(jìn)一步加強(qiáng)深基坑開挖技術(shù)研究，切實(shí)保證深基坑工程安全性。

1 深基坑土方開挖概述

深基坑土方開挖時(shí)，需嚴(yán)格遵循“分層、分段、分塊、對稱、平衡、限時(shí)、間隔”等施工方針，做到先撐后挖、限時(shí)支撐、嚴(yán)禁超挖，嚴(yán)格按規(guī)范要求編制土方開挖方案，專家評審論證合格后方可正式進(jìn)行開挖作業(yè)。我國常見基坑土方開挖方法如表1 所示，根據(jù)不同基坑規(guī)格、地質(zhì)特點(diǎn)，需合理選擇土方開挖方法，兼顧基坑施工經(jīng)濟(jì)性、便利性、安全性，加強(qiáng)深基坑土方開挖技術(shù)研究具有重要意義。

表1 常見基坑土方開挖方法

2 高層建筑深基坑土方開挖技術(shù)

目前隨著高層建筑的推廣，基坑開挖深度持續(xù)增大，為有效控制基坑變形、保證基坑安全施工，合理選擇土方開挖技術(shù)十分重要，下文主要從分層、分段、分塊開挖的角度出發(fā)展開詳細(xì)分析。

2.1 分層開挖

高層建筑深基坑是否采用分層開挖方法，主要取決于基坑剖面，同時(shí)考慮周邊建筑、水文地質(zhì)情況等，具體開挖技術(shù)應(yīng)用如下：

（1）放坡開挖技術(shù)：此開挖方法主要運(yùn)用于地質(zhì)條件好且場地允許的基坑工程，分為三種情況：①一次放坡開挖至基坑底，但是僅適用于淺基坑，且需進(jìn)行基坑邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算；②分層開挖，適用于深基坑或是地質(zhì)條件復(fù)雜的情況；③多次放坡開挖至基坑底，適用于基坑周邊場地開闊的情況，分層開挖。

（2）有圍護(hù)基坑開挖技術(shù)：①無內(nèi)支撐情況下，分層開挖，如：錨桿（索）施工情況下，開挖一層施工一排土釘、錨桿，開挖至板樁拉錨工藝可正常施工的深度，若是下方土層較深，在考慮是否分層開挖；②有內(nèi)支撐情況下，也需根據(jù)相關(guān)施工工藝、開挖深度、現(xiàn)場條件確定分層開挖方法。

（3）放坡+圍護(hù)開挖技術(shù)：分為兩部分探討分層開挖方法，分別是放坡段、圍護(hù)段。

2.2 分段開挖

在大型基坑施工中，為有效控制基坑變形、組織流水施工，可分段進(jìn)行基坑開挖。根據(jù)基坑深度主要分為不分層分段開挖方法、分層分段開挖方法，分段開挖順序有多種，具體如下：①基坑分段順序開挖；②基坑分段跳挖，包括順序跳挖、中間向兩頭跳挖、兩頭向中間跳挖。

2.3 分塊開挖

分塊開挖在多數(shù)基坑工程中均可適用，先開挖土塊優(yōu)先支護(hù)，有效抑制、減緩基坑變形。分塊開挖中可包含分段開挖，根據(jù)工程實(shí)際情況對子塊進(jìn)行分段處理，有利于保證基坑安全。此外，針對一些大型、不規(guī)則基坑，可采用島式、盆式開挖方法。

3 工程案例

3.1 工程概況

本項(xiàng)目為某住宅小區(qū)項(xiàng)目，住宅建筑共計(jì)9 棟，施工現(xiàn)場為兩個(gè)相鄰長方形基坑，長、寬均為65m、45m。根據(jù)現(xiàn)場勘察，施工現(xiàn)場地勢平坦，基坑紅線內(nèi)無須保護(hù)的建（構(gòu)）筑物，地下室與鄰近道路最小距離10.0m。為保證基坑開挖、土方運(yùn)輸順利，項(xiàng)目采用從北側(cè)朝南側(cè)退挖方法，形成施工平行流水作業(yè)；分層分段開挖，上層采用大功率的挖掘機(jī)進(jìn)行大面積開挖，下層采用小型機(jī)械開挖，下層增設(shè)鋼板避免挖機(jī)下陷。基坑四周控制堆載小于等于15kN/m2，及時(shí)排出地表、基坑水，保持干燥。

3.2 深基坑土方開挖重難點(diǎn)

（1）開挖工程量大、支護(hù)復(fù)雜：此工程基坑開挖量較大，需進(jìn)行大面積的土方開挖作業(yè)，并將其運(yùn)輸至規(guī)定位置。同時(shí)，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)包括圍護(hù)樁、鋼支撐與樁間噴射混凝土等，相比其他結(jié)構(gòu)來說更為復(fù)雜，為此施工難度高，施工單位必須對土方開挖作業(yè)內(nèi)容和施工流程進(jìn)行優(yōu)化，并編制專項(xiàng)土方開挖方案。

（2）基坑周圍環(huán)境復(fù)雜：此工程中建筑紅線與市政道路的間隔間距較小，經(jīng)測量最小距離為10m，若直接進(jìn)行基坑開挖施工，可能會引發(fā)道路沉降、周邊建筑物變形，施工單位應(yīng)對基坑開挖期間沉降變形進(jìn)行全程觀測。另外，工程現(xiàn)場地下分布有高壓電線與地下管線，深基坑開挖會引發(fā)基坑土體位置變動，破壞土體平衡狀態(tài)，甚至破壞高線線路與地下管線。為有效解決上述問題，該項(xiàng)目土方開挖施工中，對基坑水平位移與支撐軸力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。

（3）工程緊，工程機(jī)械多：此工程土方開挖工期為30d，與基坑維護(hù)結(jié)構(gòu)施工同時(shí)開展，時(shí)間緊、任務(wù)重，且涉及的施工設(shè)備較多。對此，本次施工采用分區(qū)、對稱作業(yè)模式，按照工程機(jī)械的半徑規(guī)劃作業(yè)范圍，按照劃分區(qū)域逐一完成。

3.3 土方開挖施工技術(shù)要點(diǎn)

此工程中兩個(gè)基坑施工同步實(shí)施，作業(yè)步驟為一階段土方開挖→沖鉆孔灌注樁→冠梁施工→冠梁錨索施工→二階段基坑開挖→圍護(hù)樁間土支護(hù)施工→腰梁與錨索施工→三階段開挖（開挖至底板），具體土方開挖施工要點(diǎn)如下。

3.3.1 第一階段土方開挖

開挖一級基坑支護(hù)護(hù)坡與平臺，護(hù)坡按照自然放坡形式進(jìn)行處理，并均勻噴錨其工作面。一級基坑開挖深度為2.3m，局部深度可達(dá)3.6m。開挖時(shí)需控制施工設(shè)備與樁體、承臺的距離，不得小于300mm。機(jī)械開挖由樁體300mm 位置處開始，倒退式行徑，如圖1 所示。需注意的是，第一階段開挖作業(yè)必須分層進(jìn)行，嚴(yán)格控制開挖深度，淤泥層深度控制標(biāo)準(zhǔn)為小于1m，非淤泥層開挖厚度控制標(biāo)準(zhǔn)為小于2m。

圖1 第一階段土方開挖

3.3.2 第二階段土方開挖

基坑沖鉆孔灌注樁、冠梁與冠梁錨索作業(yè)結(jié)束后方可開始第二階段開挖，遵循分層開挖原則，工藝控制標(biāo)準(zhǔn)為開挖深度為-7.0m，開挖厚度為2.0m。基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)周邊開挖作業(yè)人工完成，其他區(qū)域?yàn)闄C(jī)械開挖。基坑邊坡為自然放坡，當(dāng)?shù)诙A段開挖土方至第一階段平臺時(shí)，挖掘機(jī)械將土方轉(zhuǎn)運(yùn)至指定區(qū)域堆放。

3.3.3 第三階段土方開挖

第三階段土方開挖，開挖深度達(dá)到設(shè)計(jì)深度則改用階梯式開挖法完成自然放坡作業(yè)，仍然采用分層開挖法，每層開挖深度小于2.0m，基坑底部土方需預(yù)留30mm 的人工清槽區(qū)域。當(dāng)開挖至基坑底部時(shí)，順著基坑底部順時(shí)針作業(yè)，開挖放坡區(qū)域階梯，將起始點(diǎn)作為土方轉(zhuǎn)運(yùn)的收口區(qū)域。為保證施工便捷，需設(shè)立運(yùn)輸通道，供運(yùn)輸車輛通行。人工清槽后，施工機(jī)械采用倒退式開挖法向外運(yùn)送土方，其他土方需經(jīng)過人工修整后安排塔吊轉(zhuǎn)運(yùn)即可。

3.3.4 土方堆放

該工程基坑的頂部距離邊緣5m 位置設(shè)有臨時(shí)土方堆放區(qū)域，在土方開挖結(jié)束當(dāng)班清理，若不能清理則必須停止作業(yè)。依據(jù)設(shè)計(jì)方案，基坑頂部3m 位置的設(shè)計(jì)允許荷載為10kN/m。土方堆放不得炒股3m，嚴(yán)格控制運(yùn)輸車輛的行使路線和停車區(qū)域。

3.4 基坑施工監(jiān)測

此工程基坑施工現(xiàn)場周邊環(huán)境復(fù)雜，基坑周邊覆蓋有市政道路和大量建筑物，與基坑紅線距離較近。施工單位在基坑內(nèi)均勻布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，共260 個(gè)，對土方開挖、坑內(nèi)降水與基坑變形位移等進(jìn)行監(jiān)測，確保施工安全。

（1）地下水位：基坑開挖時(shí)，地下水位變化范圍為0.51～0.72m。

（2）水平位移：土方開挖分為三個(gè)施工階段，各階段均需對圍護(hù)樁體水平方向的位移情況進(jìn)行觀測，由觀測數(shù)據(jù)可知最大位移為-26mm，在安全范圍內(nèi)，依此分析留土護(hù)壁措施的應(yīng)用對于控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移效果顯著。

（3）支撐軸力：水平環(huán)形梁與支撐梁部分完成混凝土澆筑作業(yè)后，隨著開挖深度的增長，支撐軸力隨之提升，挖至第三階段軸力達(dá)到最大值，為10000～11000kN，均在安全范圍。

4 結(jié)語

綜上所述，基于現(xiàn)代建筑高度、體量的增大，基坑尺寸、深度快速增加，在土方開挖方面的施工要求越來越高，保證基坑工程安全。深基坑工程開挖施工中，需根據(jù)基坑情況、土質(zhì)條件合理選擇開挖方法，并制定土方開挖施工計(jì)劃，同時(shí)注意做好支護(hù)結(jié)構(gòu)、排水系統(tǒng)的協(xié)調(diào)管理，為建筑工程后續(xù)施工夯實(shí)基礎(chǔ)。