軟弱土地層中超大型深基坑施工技術的應用

徐少華，陸辰濤

（浙江省建工集團有限責任公司，浙江 杭州310012）

在開展城市地下深基坑施工時，因深基坑工程量較大，施工工期長，且施工難度大，工程造價也高，因此在深基坑施工過程中每一個環節都需要引起注意和提高警惕，讓地下工程施工質量和安全得到有效保障。如果超大型深基坑位于軟弱土層中，其施工影響因素更多，施工難度更大，所以在工程開展前要編制安全可靠、科學可行的施工方案，做好充足的施工準備，盡可能采用先進可靠高效的技術工藝，不斷創新施工工藝，施工中強化對基坑開挖和圍護結構的質量管理及控制，做好施工期間的質量、安全監測工作，從而確保工程的順利實施。

1 基坑工程概況

之江文化中心建設工程為浙江省“十三五”文化基礎設施建設的領頭項目，由浙江省博物館新館、浙江圖書館新館、浙江省非物質文化遺產館、浙江文學館，以及其他配套功能空間組成。擬建建筑物設兩層地下室，采用鉆孔灌注樁基礎，根據基坑周邊環境及地質條件，本場地基坑支護結構的安全等級為一級，本工程基坑呈不規則形狀，面積約88000m2，長約467m，寬約274m，基坑周長約1745m，基坑開挖深度12.90m；本工程承臺高度為1.6m~2.7m不等，因此承臺開挖深度為13.50m~14.50m之間；電梯井和集水井等坑中坑開挖深度較深，最大開挖深度為16.6m。

2 超大型深基坑施工難點

2.1 規模大

該基坑開挖面積88000m2，為超大型基坑。大規模基坑不同于中小基坑，在開挖過程中，其水土壓力的動態變化受到施工工序、分段開挖、圍護形式、施工機械布置等各種因素影響而變得異常復雜，它是荷載作用與結構變形、施工步驟以及工程進度綜合協調的結果；另外由于土層的不均勻性和流變性更增加了問題的復雜性。

2.2 開挖深度深

本工程基坑大面開挖深度為12.9m，電梯坑等坑中坑最大開挖深度為16.6m，為超深基坑，施工風險大，需要對整個地下室施工進行科學策劃，有序的施工組織安排，確保深基坑施工安全。

2.3 工序復雜

本工程基坑圍護形式多樣，工序復雜，穿插協調施工難度大。圍護、錨索、土釘墻、降水、挖土、支撐、結構施工、拆除支撐等工序多，施工難度高。基坑施工最重要的就是保證“時空效應”，即各工序搭接及時、對稱開挖、隨挖隨撐、減少暴露時間。而多工序同時交叉施工容易造成“手忙腳亂”，而忽略了“時空效應”，造成基坑變形較大甚至威脅基坑安全。所以本次施工特別強調了信息化施工，通過實測數據及時反饋控制施工過程，保證基坑本體和周圍環境安全。

2.4 施工周期長

本工程從開始做圍護結構到開挖再到完成地下室結構頂板以下的全部隱蔽工程，工期長；期間需經歷氣候、周邊堆載、振動、基坑暴露、施工不當等許多不利條件，增加了很多安全隱患，安全度的隨機性較大。

3 土方開挖的總體部署

3.1 開挖原則

土方開挖和圍護支撐需共同進行，遵循隨挖隨撐、先撐后挖的原則，根據本工程的支撐形式和圍護方式，鑒于工程基坑面積很大，土方開挖時根據底板后澆帶位置進行分區分層開挖，每層挖土厚度控制在1.5m以內，對于淤泥質土的分層開挖深度，嚴格控制在1m以內。本工程地下兩層，基坑在集水井、電梯底坑等位置需局部下挖，最深基坑挖深為16.6m。最后30cm土采用人工開挖，基坑開挖次序嚴格遵循“分層、分塊、快挖、快撐”的原則。

3.2 三階段開挖

本工程土方共分三個階段進行開挖，第一階段土方開挖從自然地面標高-1.80m開挖至第一道鋼筋砼支撐墊層底標高-7.00m，開挖深度5.2m；第二階段土方開挖從標高-7.00m開挖至第二道鋼筋砼支撐墊層底標高-11.70m，開挖深度4.7m；第三階段土方開挖從標高-11.70m開挖至基礎底板墊層底標高-14.70m，開挖深度3.00m。整個基坑按支撐設置分為三個階段開挖，每階段進行逐層開挖，每層開挖深度不超過1.5m，每階段開挖后立即施工鋼筋混凝土支撐，待支撐強度達到設計強度80%后再行開挖下層土。

3.3 支撐體系

本工程有兩道支撐，第一道支撐面標高為-6.10m，支撐梁高度為800mm，第二道支撐面標高為-10.80m，支撐梁高度為800mm。在開挖下層土及施工下道支撐前，必須確保上道支撐的墊層已全部鑿除，以防止墊層在施工過程中墜落造成意外。在施工過程對針對臨時出土坡道范圍內的支撐梁，不得擾動支撐梁下部原土，并在支撐梁上方采用性能好的粘土回填至支撐面上方30cm，并鋪設路基箱，已確保內支撐結構安全。施工要點如下：

（1）挖土至壓頂梁底標高，進行壓頂梁和第一道支撐的施工。

（2）待已施工的壓頂梁和第一道支撐達到80%設計強度后，應分層分塊開挖基坑土方，挖土至第二道支撐墊層底標高；施工第二道支撐、圍檁；其中每層挖土深度不得超過1.5m，涉及到淤泥質土分層開挖深度控制在1m，開挖放坡平臺寬度不得小于15m。

（3）待已施工的圍檁和第二道支撐達到80%設計強度后，按要求分層分塊開挖至坑底。

（4）開挖至基礎墊層底后，應立即澆筑底板墊層；基底無墊層暴露時間不得超過12h。

3.4 注意事項

除出土坡道外，挖掘機、土方車禁止在懸空或未經保護的支撐梁上行走。對于部分區域必須在支撐梁上工作時，支撐空間回填至支撐上方30cm再鋪設路基箱，確保支撐上基本部承受施工荷載。

4 土方開挖分區情況及施工要點

4.1 土方分區開挖

根據出土口位置以及結構底板后澆帶的布置，同時結合基坑圍護設計施工工況要求，將地下室施工階段劃分為9大施工區塊，各區塊之間以小節拍快節奏的流水施工。區塊之間施工先后順序為1、4、2、5、3、6、7、8、9。其中8、9區塊-10.8m以下標高部位為留土區域，需要在2-2，3-2區塊底板混凝土澆筑完畢并達到相應強度后方可開挖。（見圖1）

圖1 各分區土方開挖工序平面圖

4.2 第一階段土方開挖

本階段土方從自然地坪（-1.80m）開挖至第一道支撐墊層底（-7.00m），開挖深度5.20m，共分4層開挖，每層的開挖深度為1.3m，開挖量約51萬方。第一階段土方開挖（第一道支撐以上土方）車輛通過就近出土口進行挖運，具體安排為：1、3、5、6、7區塊利用南側碧波路出入口；2、4、6、7區塊利用北側文景路出入口；8、9區塊利用東側江函路出入口。第一階段土方開挖時應先挖至壓頂梁墊層底，待壓頂梁混凝土養護完成達到80%設計強度后繼續向下開挖。

4.3 第二階段土方開挖

第二階段土方開挖在相應第一道支撐強度達到80%后介入，根據第一階段土方開挖及第一道支撐梁的施工養護進度適當穿插，總的開挖施工順序為南北兩側往中間，自西向東進行退挖。第二階段土方前期開挖通過第一階段挖土坡面修筑1：7臨時出土坡道下基坑，在坑內-7.0m標高面修筑臨時出土道路車輛到達指定點裝土，后期隨著第一階段挖土進程的推進，在8區塊南北錨索區域修筑1：7臨時出土通道下基坑，土方通過出土通道經場內道路周轉至碧波路、江函路、文景路出入口進行土方外運。

第二階段土方從第一道支撐梁墊層底（-7.00m）開挖至第二道支撐梁墊層底（-11.70m），其中8、9區塊開挖至留土面標高-10.80m。開挖深度為4.7m，第二階段土方分層開挖每層深度為1.2m，開挖量約38萬方。

4.4 第三階段土方開挖

第三階段土方開挖在相應第二道支撐強度達到80%后介入，根據第二階段土方開挖及第二道支撐梁的施工養護進度適當穿插，第三階段土方開挖通過第二階段挖土坡面修筑1：7臨時出土坡道下基坑，在坑內-11.70m標高面修筑臨時出土道路車輛到達指定點裝土。

第三階段土方從第二道支撐梁墊層底（-11.70m）開挖至基礎底板墊層底（-14.7m），開挖深度約為3.0m，第三階段土方開挖分兩層開挖，每層深度為1.5m，分層分塊對稱開挖至坑底，支撐梁下方土方由PC120挖機進行傳遞外翻運土，開挖量約16萬方。

第三階段土方最后30cm土方人工開挖，嚴禁超挖，盡量減少對坑底土的擾動，挖土至坑底24h內施工完成素混凝土墊層；素混凝土墊層延伸至圍護體邊，并施工承臺及基礎底板。

挖掘機在支撐上行走時，在支撐兩側先填土，填土高度高出支撐頂面0.3m，然后在其上鋪設路基板，方可通行。土方車最小回轉半徑10m，最大載重量45t。支撐梁間挖土采用PC120型挖機進行往外轉土，支撐間凈高不滿足土方車行車要求。

4.5 留土區域土方開挖

8區塊、9區塊-10.8m以下留土區土方開挖需要待2-2區及3-2區底板混凝土澆筑完成并達到100%混凝土強度后方可開挖。留土區域土方開挖從-10.80m開挖至基礎底板墊層底-14.7m，開挖深度約為3.90m，留土區土方開挖分四層開挖，每層開挖深度為1m，分層分塊對稱開挖至坑底，支撐梁下方土方由PC120挖機進行傳遞外翻運土，開挖量約8萬方。

留土區域土方開挖先開挖8、9區塊第二道支撐梁下部土方，開挖至第二道支撐梁墊層底-11.70m，待第二道支撐強度達到設計強度的80%后再進行支撐梁下部土方開挖。出土通道利用原出土口坡道修筑至-10.80m留土區標高位置，留土區土方開挖順序為先從東西兩側向中間開挖，再從中間往南北兩側退挖，并逐步廢除坑內坡道，利用長臂挖機和坑內挖機、塔吊配合吊運等方式運出坑內剩余三角土。留土區土方開挖平面、剖圖示意如圖2。

圖2 留土區土方開挖平面圖

4.6 出土坡道土方開挖

當土方退挖至出土口以后，多余機械利用坡道先行爬出基坑，通道及坡道土方最后挖掘外運，沿通道隨挖隨退，最后在出土口處的基坑邊上布置一臺長臂挖機。承臺、坑中坑土方采用PC120型挖機及人工清運至基坑邊，由長臂挖機裝車運出基坑。基坑內土方全部結束后，用汽車吊把基坑內小挖機吊出基坑。

5 結束語

隨著城市化建設的不斷推進，地下工程施工項目越來越多，深基坑施工作業也不斷得到關注和重視。在深基坑施工作業中要嚴格執行安全生產規范，確保施工作業的每一個環節有效推進，實現深基坑作業安全、穩定的開展。通過本工程的實踐，得出如下結論：（1）該區域工程順利完工，施工過程中，始終對基坑進行嚴格監測，基坑變形、沉降等控制始終低于預警值水平，基坑始終處于穩定狀態。（2）因工程地質條件復雜，采用樁錨撐聯合支護體系，取得很好的施工效果，工程進度得到保障的同時，也實現安全施工，并保證工程質量，通過這種支護方式，可有效控制基坑開挖對周圍環境產生的影響，同時也有效對基坑支護結構的變形進行控制。（3）在軟弱土地層中，深基坑開挖技術是地下工程施工的關鍵環節，基坑開挖次序嚴格遵循“分層、分塊、快挖、快撐”的原則，采用三階段開挖，取得很好的施工效果。