淤泥層深基坑開挖及降排水施工方法

李卓成，趙一飛，王 超，于博揚

（1.中交第一航務工程局有限公司，天津 300461；2.中交一航局生態工程有限公司，廣東 深圳 518107）

0 引言

隨著城市化進程的加快，地下空間的開發與應用成為緩解城市用地緊張、提升土地利用效率的重要方式。水質凈化廠工程為與進水管道高程相匹配，減少提升揚程、節省能源、利于廠區排水，也多采用地下或半地下結構。近年來，隨著支護方式、機械設備的進步，基坑工程在總體規模、開挖深度、環境影響等條件的作用下，也逐步向更大、更復雜方向發展。

深圳市某水質凈化廠某建筑物下臥土質主要為淤泥、雜填土與中粗砂。軟土地區深基坑施工往往伴隨極強的環境效應，基坑開挖引起周圍土體應力場變化，使土體產生較大的變形，從而導致周邊建筑物、道路、地下管線等產生不均勻沉降或發生開裂破壞，因此，軟土地區的深基坑設計、施工難度大、風險高，對變形控制要求嚴格［1］。該建筑物受地鐵盾構下穿影響，項目中期對基坑支護形式與結構基礎進行了變更，未能在施工初期進行基礎處理與開挖，致使臨近建筑物施工完成后方開始進行基坑開挖工作，同時又涉及到雨季施工、軟土地基開挖，施工難度大，基坑降排水能力要求高，場區內協調組織困難。

1 工程概況

1.1 項目簡介

深圳市某水質凈化廠工程一構筑物基礎開挖平面尺寸約 60 m×50 m，平面面積近 3 000 m2，設計開挖底標高 -3.15 m，原地面平均標高 +3.30 m，平均開挖深度6.65 m，總挖方量近 2 萬 m3，選用攪拌樁格柵墻+微型樁、掛網噴錨的基坑支護方式。開挖區域為灌注樁群樁基礎，灌注樁設計頂標高為 -3.25 m，灌注完成后實際樁頂標高約為 -2.50 m。開挖區域受到地鐵盾構下穿影響，未能在前期進行施工，開始開挖時東、西兩側建筑物均已施工完畢，其中東側結構基礎底標高為 -2.00 m，本次開挖對其影響不大；西側為一地上四層結構，為 PHC 管樁基礎，底標高為 +4.30 m，管樁均長 27 m，開挖深度超過管樁總長的四分之一，需要合理選擇開挖方式及順序，并進行掛網噴錨支護。

1.2 地質情況

該區域地貌類型屬深圳市西部海河混合堆積地形～海積沖積平原區，根據設計勘察，場地內地層自上而下分別為：第四系人工填土層（），第四系海相沉積層（），第四系沖洪積層（），第四系殘積層（），古生代加里東期混合花崗巖、變粒巖、淺粒巖、石英巖（ηγO1），土質以雜填土、素填土、淤泥為主。各開挖高程地質勘測情況及地層描述如表 1 所示。

表1 開挖高程地質情況勘測表

2 開挖方法與設備

2.1 開挖方法及順序

依據基坑的平面、剖面特點，有分層開挖、分段（塊）開挖等一般開挖方式，另外有盆式開挖、島式開挖等特殊開挖方式。各類開挖方式的不同適用情況與特點如表 2 所示。

表2 開挖方式適用情況表

本工程基坑開挖主要開挖土質為淤泥，抗剪強度低，靠西側基坑有掛網噴錨支護要求，另外受到工期壓力，需要提前開挖至基底進行灌注樁截樁等相關工作，因此采用分層分塊開挖與盆式開挖相結合的方式進行。本工程基坑開挖方式示意圖如圖 1 所示，基坑西側分層開挖支護方式斷面示意圖如圖 2 所示。

圖1 基坑開挖方式示意圖

圖2 分層開挖支護斷面示意圖

分層分塊開挖主要是為了滿足基坑西側水泥攪拌樁格柵墻支護開挖后掛網噴錨支護要求，由于該側有一建筑物臨近基坑，因此保證該建筑物結構安全是首要考慮因素。選用分層、分塊開挖，逐段掛網噴錨支護的方式能夠有效控制基坑淤泥層變形和保護周邊環境，保證基坑穩定性。

基坑東側原地面標高較低，且該側建筑物底板基礎標高基本與基坑底持平，因此可直接進行開挖。為滿足工期要求，盡早提供基底工作面進行后續施工任務，選用盆式開挖方式。同時，該開挖方式在淤泥層中對基坑變形影響較小，能夠滿足基坑穩定要求，但是該開挖方法也存在明顯的缺點，如在雨季施工中對基坑排水要求較高，需要對排水溝與集水井進行合理布置，并配備足額水泵，及時對基坑進行降水，避免因基坑積水造成開挖工作停滯。

2.2 位移監測

本工程在西側建筑物，西側、南側冠梁分別設置多個位移監測點，在施工全過程中最大位移量 6 mm，認定該開挖方法對基坑位移影響在可控范圍內。該建筑物2020 年在X、Y方向上的位移情況如表 3、表 4 所示。

表3 建筑物 X 方向位移

表4 建筑物 Y 方向位移

2.3 開挖設備選型

開挖設備選型一般遵從作業效率高、型號單一、便于管理的原則。本工程中開挖面積不大、場區空地狹小且緊張、地質情況復雜，施工歷經深圳市整個雨季，因此需要對設備選型的一般原則做出相應調整，最終根據“長短結合、大小相適”的機械選用原則，選用了包括長臂挖機、中型反鏟挖掘機、小型反鏟挖掘機三種土方開挖設備。另外，由于開挖土質主要為淤泥且為灌注樁基礎，因此不考慮使用推土機進行作業。選定的三種開挖機械的特點與主要作業內容如表 5 所示。

表5 選定機械情況對照表

中型反鏟挖掘機適用范圍廣、生產效率高，可以完成絕大部分土方開挖、倒運工作，但是在雨季淤泥層因降雨積水持力能力差，其難以行進作業，需要長臂挖掘機配合進行開挖。由于施工時間在 8～9 月，穿越深圳市雨季，使用長臂挖掘機能夠有效提高雨季施工效率。小型挖掘機則是根據灌注樁群樁基礎進行配置，其體型小巧，可以在樁間靈活穿梭作業。

3 降排水方案

深基坑的開挖常在地下水位以下含水層中進行，這給工程建設帶來很大難度，必須進行工程降水，降水對基坑邊坡支護有重要的作用［3］。本工程基坑內積水主要來源于地下滲水、施工廢水以及期間降水。開挖初期主要排水對象為雨季施工降水，基坑基本形成后排水對象主要為地下滲水以及灌注樁鉆孔取芯所產生的施工廢水。

本工程基底土質為淤泥，淤泥質軟、含水率高且變化較大，基坑開挖過程中主要采用強排法，即在開挖過程中保持基坑一側較低并在該側布置一集水坑，依靠水的重力匯流直接在集水坑內使用水泵抽排?；又黧w形成后主要以“深干溝、強排水”的原則采用明渠（排水干溝）法對基坑進行經常性排水。排水干溝應以不干擾施工、有一定坡比便于匯水自流為原則進行布置，深度為 70～100 cm，能夠高效自流排水的同時可以使土體含水滲入排水干溝內，降低含水率，提高土體持力能力。另外為保證基坑支護穩定性，不沿格柵墻支護設置排水干溝，集水井的大小一般相當于所用水泵 10～15 min 的出水量，能加大的要盡量放大，集水井深度需保證水泵工作深度，同時保持排水水面低于基坑工作面 30～50 cm［4］。本工程中降排水布置及排水干溝樣式如圖 3、圖 4 所示。

圖3 基坑降、排水布置示意圖

圖 4 排水干溝布置示意圖

4 結語

深基坑開挖針對不同土質、不同外部環境有多種開挖方案，需要考慮基坑支護安全、現有建筑物穩定、開挖效率等多方面因素。本文以深圳市某水質凈化廠工程深基坑淤泥層開挖為例，介紹了其分層分塊開挖與盆式開挖相結合的開挖方式、“長短結合、大小相適”的設備選型方案以及基坑降、排水布置方案，經過實踐證明該類方法能夠滿足預期目標，為類似工程提供參考思路。Q