深大基坑支護開挖施工技術

李 壘

(中鐵十四局集團建筑工程有限公司，山東 濟南 250000)

0 引言

目前，城市土地資源缺乏問題日益突出，建筑行業在發展進程中面臨著越來越大的挑戰[1]。隨著城市化進程的加快，高層或超高層建筑比比皆是，基坑開挖深度隨之水漲船高，面積也越來越大，周圍環境越來越復雜，基坑施工難度越來越大，基坑工程已呈現“深”(開挖深度大)、“大”(規模和尺寸大)、“緊”(場地緊湊)、“近”(工程距離近)等特點[2-3]。

深大基坑開挖在高層建筑施工中占有極其重要的位置，主要包括基坑支護體系設計和土方開挖作業，綜合性很強。何洪波等[4]以北京地鐵9號線郭公莊站北端明挖段區間施工為例，介紹了深大基坑土方開挖及樁錨支護施工技術控制要點，并闡述了如何做好各類基坑支護的銜接；江榮華等[5]以南京金融城Ⅰ區工程基坑為例，介紹了一種在內支撐上設置棧橋，然后分區、分層、分段進行土方開挖的方法，解決了土方開挖量大、施工場地狹小的困難，降低了施工難度、加快了施工進度。

1 工程實例

深圳市城市軌道交通16號線田心車輛段位于坪山區田心社區，場內現狀有荒地、田頭河、廠房、民居等地物，地勢較為平坦，標高33 m～40 m。車輛段綜合樓建筑高度116 m，地上29層，地下3層，基坑長117.6 m，寬30.3 m～47.6 m，開挖深度約13.9 m～15.4 m，安全等級為一級。

穩定地下水位埋深0.30 m～9.30 m，施工過程中需進行坑內降水及排水工作。支護結構采用套管咬合圍護樁加內支撐的型式。基坑位置處現場平面圖見圖1。

2 施工總體部署

基坑開挖施工為本工程下部結構施工一個最重要的工序，開挖應遵循“豎向分層、縱向分區分段”的施工原則，且在開挖過程應加強監控量測。總體順序為：

1)周圍環境及地質調查。

2)場地平整，基坑內降水至基坑底以下1 m。

3)開挖基坑至第一道混凝土支撐底面約0.5 m，施作第一道混凝土支撐。

4)待冠梁及混凝土支撐達到設計強度后，繼續向下開挖至第二道支撐以下0.5 m處，架設第二道支撐，鋼支撐架設完畢后施加預應力。

5)繼續開挖至基坑底面，按照相關專業要求及時施作底板防水層及底板結構、地下3層、地下2層結構。

6)待地下2層樓板及側墻混凝土達到設計強度后，拆除第二道支撐，施作地下2層、地下1層剩余結構。

7)待地下室結構施作至第一道支撐底面處，拆除第一道支撐，按照相關專業要求繼續施工。

基坑開挖流程圖見圖2。

3 具體施工方案

3.1 現場調查

深基坑施工前，應做好周圍環境及地質調查[6-7]，包括支護范圍內的地層結構、巖性、地下水位、滲透系數等；了解場地及附近地下管線、高壓線路的走向、埋深或高度等；鄰近既有建筑的深基坑施工，應熟悉建筑物結構類型、房屋外輪廓尺寸、基礎形式等；掌握深基坑施工的其他條件，如基坑周圍地面排水情況、交通狀況、障礙物等。

3.2 圍護樁施工

3.2.1 圍護樁設計

基坑支護結構采用φ1 000@750 mm套管咬合樁(一葷一素咬合布置)+內支撐的型式。套管咬合樁樁頂設置1 000 mm×1 000 mm冠梁，冠梁頂部設置鋼筋混凝土擋墻，擋墻厚200 mm，高出地面500 mm。當冠梁頂部距離地面超過2.0 m，冠梁施工應采用放坡開挖，錨噴支護，完成擋墻施工后分層回填，水平壓實。圍護樁平面布置如圖3所示。

3.2.2 內支撐設計

內支撐均為鋼筋混凝土支撐，標準段混凝土支撐截面尺寸為800 mm×1 000 mm(米字撐)、600 mm×1 000 mm(肋撐)，冠梁截面尺寸為1 000 mm×1 000 mm，圍檁截面尺寸為1 000 mm×1 000 mm。布置形式如圖4所示。

3.3 土方開挖

3.3.1 分區域劃分

將開挖區域平面劃分為四個流水段，每段長約 30 m，由第四流水段向第一流水段方向開挖，如圖5所示；豎向劃分為三大層:第一層為地表至第一道混凝土支撐底部;第二層為第一道混凝土支撐底部至第二道支撐底部;第三層為第二道支撐底部至基坑底部。

主體基坑按“豎向分層、縱向分段、逐層開挖、逐層支護”的方式，分層分段開挖，分層厚度不超過2 m。第一層土方開挖采用挖掘機在基坑內開挖裝車外運，第二層土方開挖采用挖掘機在基坑內開挖裝車后通過出土坡道外運，第三層土方開挖采用挖掘機在基坑內開挖裝車后通過出土坡道外運，施工坡道收坡時三臺挖機向基坑南側倒運，最后剩余土方由長臂挖掘機或抓斗機在地面垂直挖運土方。

3.3.2 分層開挖

1)第一層土方開挖。

首層開挖為淺層開挖，即第一道支撐以上部分開挖，總開挖深度約1.2 m～1.7 m。由長臂挖機南北向拉條開挖，開挖至冠梁混凝土支撐底標高處，剩余10 cm由人工開挖整平，然后施作混凝土支撐墊層，便道上放置渣土車裝土方外運。開挖完成區段開始破碎圍護咬合樁樁頭，冠梁及第一道混凝土支撐緊跟施作；每工作面日均出土量暫按1 000 m3，考慮交叉作業影響，土方計劃出土時間適當富余3 d～5 d。第一層出土工序見圖6，土方開挖機械采用PC220長臂挖掘機配合渣土車出土。

2)第二層土方開挖。

第二層土方開挖為較深層開挖，開挖范圍為第一道混凝土支撐底至第二道支撐底面以下0.5 m，深度約6.5 m。第一層出土工序見圖7，采用一條1∶6出土坡道，兩臺PC220挖掘機一臺長臂挖機在開挖面由①軸～③軸，由③軸～⑦軸，由⑦軸～軸三個方向同時開挖。盡可能多的保留兩側土體，以支撐圍護結構，減小對周邊環境的擾動，內支撐施工緊跟開挖作業。每工作面日均出土量暫按1 500 m3，考慮地質條件、天氣因素、交通運輸等影響，土方計劃出土時間適當富余3 d～5 d。

3)第三層土方開挖。

4)基底人工開挖。

機械開挖至距基底0.3 m，距圍護咬合樁0.5 m后改為人工開挖，采用小挖機配合成堆土方的裝卸。施工時注意對基底的保護。靠近咬合樁處采用鐵鍬將土方開挖出咬合樁范圍之外，然后進行機械開挖作業。

開挖完成后基地應壓實平整，采用水準儀、2 m靠尺和楔形塞尺進行檢查，其平整度允許偏差為20 mm。由監理方會同勘察、設計、建設及施工單位進行基底驗槽，做好驗槽記錄[8-9]。

3.3.3 碴土外運

大部分基坑內土石方從基坑內挖出后，統一裝入載重自卸車外運。碴土外運根據現場道路規劃，通過進場道路外運。采用自卸翻斗車運土，每臺車輛按實際運土能力實方按8 m3/臺，虛方按11 m3/臺計算。為保證市內清潔，防止車輛漏、掉泥土，運輸車使用專用渣土運輸車。

4 施工注意事項

1)進度問題。

基坑開挖時間至關重要，直接影響主體工期，基坑開挖若不能按時完成，將無法提供主體施工工作面。

2)水的影響。

水是基坑工程的天敵，基坑事故大多數是水害直接或間接造成的。所以坑外降水、坑內排水、雨季施工防水措施尤為重要。本工程在基坑開挖之前在基坑周邊水系河道設置圍堰，進行截流，做止水第一層防護；施作咬合排樁進行截水，做止水第二層防護；基坑內打設疏干井、降壓井，做止水第三層防護，保證坑內無水作業。

3)施工過程控制。

基坑開挖應遵循“開槽支撐，先撐后挖，分層開挖，嚴禁超挖”的原則，以縮短開挖時間、減少累積變形為主要控制目標。可以說，加快施工進度、降低無支撐暴露時間是控制基坑變形、保障基坑安全最重要的環節。

施工期間，要及時對支撐施加預應力，這是控制基坑變形的重要環節，基坑開挖期間需加強對支撐的觀察，鋼支撐失穩前一般有側彎或下沉的先兆，如發現失穩跡象應迅速采取加固或補撐措施。

基坑開挖到底，進行墊層、底板施工前，一般為風險最高階段，此階段必須調集全部力量，晝夜施工。

4)充分重視監控量測工作。

由于地下工程不可預見因素多，施工過程中必須依賴現場監測。依靠現場監測提供的動態信息，可以用來指導施工全過程，及時了解施工環境(地下土層、地下管線、地下設施、地面建筑)在施工過程中所受的影響及影響程度，及時發現和預報險情的發生及發展程度，為及時采取安全補救措施提供依據。

5 效果評價

通過合理的施工組織、嚴密的過程控制，在土方開挖作業期間，基坑整體形態良好，無滲水及隆起現象，外圍支護樁無開裂，變形在可控范圍之內。施工期間，未發生安全質量問題，提前20 d完成土方開挖及外運，取得了良好的社會效益和經濟效益。