超厚軟弱土地區(qū)基坑開(kāi)挖施工技術(shù)

藍(lán)文鵬

（中交四航局第五工程有限公司，福州350008）

1 引言

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加速推進(jìn)， 沿海城市區(qū)域發(fā)展迅速，從舊城到新區(qū)，填海造地普遍存在，且面臨的地質(zhì)條件復(fù)雜，存在含水量大、強(qiáng)度低、壓縮性大、透水性差等特點(diǎn)，為深大基坑開(kāi)挖帶來(lái)很大的挑戰(zhàn)[1]。本文對(duì)某市大型公共建筑工程基坑開(kāi)挖施工過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)題和采取的措施進(jìn)行闡述， 以供類(lèi)似項(xiàng)目參考。

2 工程概況

2.1 工程簡(jiǎn)介

某市新建大型公共建筑項(xiàng)目， 新建建筑總面積271000m2，其中，地上新建建筑面積175000m2，新建地下建筑面積96000m2。設(shè)1 層地下室，開(kāi)挖深度4.50～4.80m（坑中坑7.30～8.30m），基坑側(cè)壁安全等級(jí)為二級(jí)，重要性系數(shù)為1.0，設(shè)計(jì)使用年限1a，本基坑工程在當(dāng)?shù)貙俪４蠊こ獭ＴO(shè)計(jì)基坑南北長(zhǎng)320m，東西寬309m，支護(hù)采用排樁體系（間距2.7m）+局部轉(zhuǎn)角設(shè)一道鋼筋混凝土內(nèi)支撐+三軸水泥攪拌樁加固和止水體系。

2.2 施工環(huán)境

據(jù)調(diào)查， 場(chǎng)地原地貌單元屬浙江東南沿海潮間帶潮灘地貌，俗稱(chēng)“海涂”。 2012 年前后經(jīng)吹填為建設(shè)用地，表部為吹填土，場(chǎng)地四周總體地勢(shì)基本平坦。

1）氣象及水文情況：根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料統(tǒng)計(jì)表明，年平均氣溫17.9 ℃，日最大降雨量256.61 mm，降雨集中于4～6 月的梅雨期和7～9 月的臺(tái)風(fēng)期。

2）地下水：場(chǎng)內(nèi)分布的地下水主要為賦存于淺部吹填土、淤泥及淤泥質(zhì)土層中的孔隙潛水，徑流弱，水位埋藏淺，一般穩(wěn)定在1～2 m。

3）地質(zhì)條件：根據(jù)本工程地質(zhì)勘查報(bào)告，勘測(cè)范圍內(nèi)地基土劃分為6 個(gè)工程地質(zhì)層組，10 個(gè)工程地質(zhì)層，現(xiàn)自上而下分別為①0-2 吹填土、②1 淤泥、②2 淤泥。

3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施方案

3.1 開(kāi)挖場(chǎng)地布置

在基坑中部沿東西向設(shè)置2 條混凝土臨時(shí)道路， 路面寬6 m，土體采用單軸水泥攪拌樁加固，樁徑500 mm，采用梅花形布置。

沿坑內(nèi)南北向設(shè)置9 條臨時(shí)土體加固道路， 采用雙排間距4 m 三軸水泥攪拌樁進(jìn)行土體加固， 其他參數(shù)與道路兩側(cè)單排三軸水泥攪拌樁一致。 土方施工時(shí)在4 m 寬的臨時(shí)道路上，鋪筑厚度400 mm 片石，滿(mǎn)鋪3 000 mm×6 000 mm×18 mm厚鋼板，搭接500 mm。

3.2 開(kāi)挖時(shí)間選擇

原計(jì)劃開(kāi)挖時(shí)間為當(dāng)年的10 月至來(lái)年的1 月，受甲方施工圖出具滯后的影響，實(shí)際開(kāi)挖時(shí)間為4～7 月份，恰逢雨季，加大了開(kāi)挖難度。

3.3 開(kāi)挖順序及方法

本工程土方分為支護(hù)卸荷土方、 基坑土方及承臺(tái)等土方開(kāi)挖，其中，根據(jù)南、北側(cè)劃分為A、B 兩個(gè)區(qū)段獨(dú)立施工，各區(qū)段內(nèi)分為3 個(gè)施工段，總體分為3 個(gè)階段進(jìn)行土方開(kāi)挖。 設(shè)計(jì)坑底以上300 mm、 承臺(tái)等土方采用人工配合小型機(jī)械開(kāi)挖，如圖1 所示。

圖1 土方開(kāi)挖分區(qū)示意圖

1）第一階段基坑整體從-1.50 m 開(kāi)挖至-3.00 m。 共配置8 臺(tái)PC220 挖掘機(jī)位于坑內(nèi)南北向臨時(shí)道路上挖土裝車(chē)。

2） 第二階段土方開(kāi)挖為A1、B1 區(qū)段， 從-3.00 m 開(kāi)挖至-6.00 m，分兩層開(kāi)挖，每層開(kāi)挖深度1.5 m。 （1）A1 區(qū)段開(kāi)挖順序?yàn)橛杀毕蚰系雇耸介_(kāi)挖分別從東、西兩個(gè)方向向中間開(kāi)挖，配置4 臺(tái)PC220 挖掘機(jī)位于坑內(nèi)南北向臨時(shí)道路上挖土裝車(chē)， 配置8 臺(tái)PC160 挖掘機(jī)在坑內(nèi)倒土；（2）B1 區(qū)段開(kāi)挖順序?yàn)橛赡舷虮钡雇耸介_(kāi)挖，分別從東、西兩個(gè)方向向中間開(kāi)挖，挖土方式與A1 區(qū)段一致。

3） 第三階段土方開(kāi)挖為A2/A3、B2/B3 區(qū)段， 從-3.00 m開(kāi)挖至-6.00 m，分兩層開(kāi)挖，每層開(kāi)挖深度1.5 m。 其中：（1）A2、B2 區(qū)段開(kāi)挖順序?yàn)橛杀毕蚰系雇耸介_(kāi)挖，A3、B3 區(qū)段開(kāi)挖順序?yàn)橛赡舷虮钡雇耸介_(kāi)挖，各區(qū)段同時(shí)由西向東開(kāi)挖。 設(shè)備配置和挖土方式與A1 區(qū)段一致。 （2）東西向臨時(shí)混凝土道路隨挖土深度而挖除，并做放坡處理，破除混凝土道路后填筑400 mm 厚片石， 上鋪3 000 mm×6 000 mm×18 mm 厚鋼板以便自卸車(chē)通行。

4）防水基地300 mm 保護(hù)層、承臺(tái)、地梁等土方開(kāi)挖完成后，最后采用長(zhǎng)臂挖機(jī)開(kāi)始挖除東側(cè)兩個(gè)出土坡道。

4 開(kāi)挖過(guò)程遇到困難及處理措施

4.1 土體易坍塌

由于挖開(kāi)區(qū)域主要為吹填土及超厚軟弱土， 以流塑狀為主，具有高壓縮性和流動(dòng)性。 土方開(kāi)挖過(guò)程中，開(kāi)挖坡面易發(fā)生滑動(dòng)，造成土體坍塌，且多次出現(xiàn)挖掘機(jī)陷入土中，無(wú)法自行駛出的情況。 為保證開(kāi)挖作業(yè)安全，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)多次開(kāi)挖試驗(yàn)確定，放緩開(kāi)挖坡度和減少開(kāi)挖厚度。 區(qū)塊開(kāi)挖采用1∶6～1∶8 的坡度放坡，將第二、第三階段開(kāi)挖厚度調(diào)整為≤1.5 m，且相鄰區(qū)塊開(kāi)挖面高差≤1 m。

4.2 基坑轉(zhuǎn)角處壓頂板和支撐梁開(kāi)裂、圍護(hù)樁斷樁

基坑開(kāi)挖施工中，轉(zhuǎn)角處的開(kāi)挖出現(xiàn)支撐梁開(kāi)裂、圍護(hù)樁斷樁的情況。經(jīng)研究分析，其主要原因有：（1）地質(zhì)條件差，環(huán)形道路下沉。重載車(chē)輛在基坑周?chē)h(huán)形道路上行駛造成道路嚴(yán)重下沉，土體持續(xù)對(duì)冠梁造成擠壓，出現(xiàn)支撐梁開(kāi)裂。基坑內(nèi)側(cè)土方開(kāi)挖后，圍護(hù)樁上部露出，外側(cè)側(cè)壓力仍持續(xù)加壓，圍護(hù)樁上下部受力不均，出現(xiàn)斷樁。 （2）基坑周?chē)呐R時(shí)設(shè)施荷載加重。根據(jù)場(chǎng)地平面布置， 在基坑轉(zhuǎn)角處設(shè)有1 個(gè)臨時(shí)鋼筋加工場(chǎng)，鋼筋堆載過(guò)多，造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)側(cè)壓力過(guò)大。（3）轉(zhuǎn)角處與地下室出入口土方同步開(kāi)挖。 根據(jù)施工圖紙顯示，西南角、西北角、東北角與地下室出入口距離較近，屬于支撐系統(tǒng)薄弱區(qū)。現(xiàn)場(chǎng)同步進(jìn)行轉(zhuǎn)角處和地下室出入口土方開(kāi)挖，導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)壓力差急劇增大，造成圍護(hù)樁斷裂、支撐結(jié)構(gòu)開(kāi)裂。

針對(duì)上述原因造成的冠梁和支撐梁開(kāi)裂、圍護(hù)樁斷樁等，除了提高基坑監(jiān)測(cè)頻率外，協(xié)同設(shè)計(jì)單位提出了下列措施，以保證基坑穩(wěn)定。 （1）采用反壓和增加PC 工法樁。 起初監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和裂縫寬度變化大時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)立即采用成捆鋼筋、土袋進(jìn)行反壓，待監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定后， 對(duì)圍護(hù)樁開(kāi)裂區(qū)域主動(dòng)區(qū)三軸攪拌樁外側(cè)施打1 排PC 工法樁，鋼管樁φ630 mm×14 mm，長(zhǎng)14 m，間距1.5 m，鋼管樁之間采用FSP-Ⅳ拉森鋼板樁，長(zhǎng)12 m，以降低土體對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)壓力。 （2）拆除設(shè)在基坑周?chē)匿摻罴庸づ铮z查其余基坑周?chē)演d情況，避免再次加載，嚴(yán)禁基坑邊10 m 范圍內(nèi)增加荷載，開(kāi)挖期間道路禁止通行。 （3）調(diào)整開(kāi)挖分塊。 將轉(zhuǎn)角處與地下室出入口分2 次開(kāi)挖，并采用跳倉(cāng)開(kāi)挖，控制開(kāi)挖距離。 基坑倉(cāng)格開(kāi)挖到位后，縮短間隔，及時(shí)進(jìn)行澆筑墊層和底板。 待地下室出入口兩側(cè)底板澆筑完成后，再進(jìn)行地下室出入口土方開(kāi)挖。

4.3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形

基坑西側(cè)和東側(cè)邊線(xiàn)中部區(qū)域在開(kāi)挖過(guò)程中出現(xiàn)向內(nèi)側(cè)傾斜，位移最大部位侵入地下室側(cè)墻90 cm。 基坑外側(cè)環(huán)形道路長(zhǎng)期受動(dòng)荷載影響嚴(yán)重，出現(xiàn)大面積的路面沉陷，擠壓基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)向內(nèi)側(cè)傾斜。 基坑邊線(xiàn)中部所受彎矩較大，故出現(xiàn)中部向內(nèi)側(cè)傾斜。

基坑西側(cè)邊線(xiàn)第二階段開(kāi)挖4 d 后， 監(jiān)測(cè)出現(xiàn)測(cè)斜報(bào)警，位移達(dá)53 mm。報(bào)告各參建單位后，立即組織墊層施工，并加大墊層強(qiáng)度和厚度，基坑邊線(xiàn)10 m 范圍內(nèi)采用C25 素混凝土增厚20～30 cm。 封底后，墊層開(kāi)始隆起，測(cè)斜數(shù)據(jù)顯示繼續(xù)向坑內(nèi)傾斜，采用土袋對(duì)侵入?yún)^(qū)域反壓，同時(shí)施打一排PC 工法樁。待圍護(hù)結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定后， 在基坑外側(cè)14 m 范圍內(nèi)按照1∶2 放坡卸土， 將圍護(hù)結(jié)構(gòu)與PC 樁之間土方挖至地下室底板標(biāo)高，并同步移走基坑內(nèi)部反壓土袋。 卸載后，挖除侵入地下室側(cè)墻部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)（冠梁、圍護(hù)樁），及時(shí)進(jìn)行底板和側(cè)墻施工[2-3]。

5 調(diào)整后開(kāi)挖方案

通過(guò)實(shí)踐證明，原定的實(shí)施方案存在不足，未充分考慮超厚軟土地質(zhì)對(duì)基坑開(kāi)挖的影響程度， 導(dǎo)致實(shí)施過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題較多。 經(jīng)過(guò)總結(jié)，得出后續(xù)類(lèi)似工程基坑開(kāi)挖方案，在保證開(kāi)挖總體布局變動(dòng)不大和設(shè)備配置不變的情況下，采用“盆式挖土法”，總體分為4 個(gè)階段進(jìn)行，具體實(shí)施方案如下：

1）第一階段與原方案一致，土方從-1.50 m 開(kāi)挖至-3.00 m。

2）第二階段土方從-3.00 m 標(biāo)高開(kāi)挖至-4.50 m，出土方向與原方案一致。

3）第三階段土方-4.50 m 標(biāo)高開(kāi)挖至-6.00 m，機(jī)械大面積開(kāi)挖完成后，由人工開(kāi)挖至底板、承臺(tái)及地梁底。 土方開(kāi)挖順序由基坑中部開(kāi)始向基坑四周逐步推進(jìn)， 出土方向分別從東、西兩側(cè)臨時(shí)道路運(yùn)至渣土場(chǎng)，增加西南角坑外出土道路與紅線(xiàn)外道路連通，減少西側(cè)臨時(shí)道路車(chē)輛行駛頻率。 距離基坑邊四周75～95 m 范圍參照地下室底板分塊澆筑的方式，也將土方開(kāi)挖進(jìn)行分塊，單塊面積不大于1 400 m2；臨近圍護(hù)結(jié)構(gòu)一側(cè)單塊長(zhǎng)度不大于30 m，減小分塊面積，采用跳倉(cāng)開(kāi)挖和跳倉(cāng)澆筑底板混凝土的施工方式， 完成一塊區(qū)域底板混凝土澆筑后，再進(jìn)行基坑邊相鄰兩側(cè)區(qū)塊土方開(kāi)挖施工，以此方法完成基坑四周土方開(kāi)挖，減少支護(hù)結(jié)構(gòu)暴露時(shí)間。 調(diào)整后基坑開(kāi)挖示意圖如圖2 所示。

圖2 調(diào)整后基坑開(kāi)挖示意圖

4）第四階段地下室出入口單獨(dú)開(kāi)挖。 待其兩側(cè)底板澆筑完成后，再進(jìn)行地下室出入口土方開(kāi)挖，開(kāi)挖期間加強(qiáng)施工過(guò)程監(jiān)測(cè)。

6 結(jié)語(yǔ)

在超厚軟土地區(qū)進(jìn)行大型公共建筑基坑土方開(kāi)挖施工比較煩瑣，制約施工的復(fù)雜因素較多，對(duì)開(kāi)挖技術(shù)要求高。 在施工圖紙交底前，收集地質(zhì)勘察資料和施工圖紙，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行復(fù)核。 現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖施工開(kāi)始前，結(jié)合工程實(shí)際情況具體分析施工重、難點(diǎn)，制訂具有針對(duì)性的專(zhuān)項(xiàng)施工方案，為土方開(kāi)挖的順利實(shí)施創(chuàng)造條件。 完成開(kāi)挖后，及時(shí)進(jìn)行復(fù)盤(pán)，科學(xué)地選擇開(kāi)挖機(jī)械、開(kāi)挖方式和順序。 本文通過(guò)基坑開(kāi)挖過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，及時(shí)調(diào)整基坑邊開(kāi)挖面積和采用跳倉(cāng)開(kāi)挖，論證了調(diào)整后開(kāi)挖方案的可實(shí)施性， 為后續(xù)超厚軟土地區(qū)基坑開(kāi)挖項(xiàng)目提供施工經(jīng)驗(yàn)。