建筑工程基坑開挖方法及應(yīng)用研究

韓定杰

（山西四建集團有限公司 山西太原 030001）

引言

逆作法具有工期短、基坑變形小，它對周圍環(huán)境影響不大，節(jié)省了地下室外墻體和工程樁的成本，減少了支撐結(jié)構(gòu)的支撐，節(jié)省了挖掘成本，最大限度地提高了城市規(guī)劃紅線的有效面積[1]。有關(guān)逆作法的施工方式，國內(nèi)已有了一定的經(jīng)驗與研究[2]。在城市市政建設(shè)工程中也有著一定的應(yīng)用實例[3]。本文結(jié)合某地區(qū)首個逆作法基坑，除主體結(jié)構(gòu)采取順作的施工方式外，另外的結(jié)構(gòu)均考慮使用逆作進行。并提出了“3合1”的有效施工方式，克服了復(fù)雜巖溶地質(zhì)及承壓裂隙水的干擾，避免施工對周邊建筑及地鐵的影響，介紹了基坑關(guān)鍵施工節(jié)點中降水措施、巖溶裂隙水控制措施、土方開挖措施等逆作法施工中特殊過程的處理方法。

1 工程情況

本文基于某廣場的基坑施工項目，該項目廣場建設(shè)并非完全規(guī)則形狀。具體來說，其南北方向距離大約168.7m，東西寬約125.6m，開挖面積約1489m2，建筑物以南北方向分布。北側(cè)塔樓有52層，高258m，南側(cè)塔樓有50層，高157m。連接臺位于場地中間，連接南北塔，共有5層，總高度28m。項目地下室有4層，地下室深度為15.7～17.8m。項目采用“雙塔完工，其余完成”的半反向施工方式。在基坑周圍有密集的現(xiàn)有建筑物、道路、地下管道等。而且基坑緊鄰地鐵2號線車站，施工中對于既有地鐵隧道的保護尤其重要。

將優(yōu)選φ500和φ600鋼管應(yīng)用于本工程，為保證強度滿足要求，優(yōu)選水下C40混凝土作為樁身材料，優(yōu)選水下C60混凝土作為管內(nèi)材料。

2 地質(zhì)條件

項目現(xiàn)場近場區(qū)周圍300m范圍內(nèi)沒有裂縫通過。本項目基礎(chǔ)土分為7層：1層人工填土層埋深0.5～4.2m，厚度大概為2.0m；②粉質(zhì)、淤泥黏土層埋深2.6～4.6m，厚約1.1m；③圓粒、粉土層埋深2～6.2m，厚約2.6m；④粉質(zhì)黏土、粉土、有機質(zhì)土層埋深5.5～34m，其中上部粉質(zhì)黏土厚8m左右，下部粉土厚8m左右；⑤粉質(zhì)黏土層埋深3.1～20m，層厚3m左右；⑥殘積層埋深7.9～26.8m，具體指的是粉土以及粉質(zhì)黏土，厚約11.9m；⑦石灰系灰?guī)r埋深17.3～62.1m，具體指的是強風化的灰?guī)r，其風化程度較高，以及部分溶洞或者溶洞裂隙，其特征明顯，在場地范圍內(nèi)的浮動狀況明顯。擬建場地上部存在厚1m左右高度流塑狀態(tài)的②1淤泥土層以及厚8.5m左右黏性極差的④2粉土層，底部存在巖溶，并伴隨局部溶洞埋藏其中，工程地質(zhì)條件復(fù)雜。

3 基坑施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 降排水技術(shù)

場區(qū)地層較復(fù)雜，上部存在孔隙潛水（具有微承壓性），基巖中存在巖溶水，這些地層中的地下水都會對基坑開挖產(chǎn)生影響?？紫稘撍o基坑開挖帶來很大不便，需及時疏干以保證基坑的干開挖條件；具有微承壓性的含水層易使基坑底板或結(jié)構(gòu)變形、隆起，嚴重的話還會形成流砂或者管涌等病害問題，嚴重威脅基坑開挖的安全；巖溶水有可能導(dǎo)致涌水事故。因此，在基坑開挖前需綜合考慮各個地層對基坑安全的影響因素，對基坑做降水處理。針對場區(qū)地層特征及工程特點，本工程若完全采用管井降水，則存在眾多難點：①在灰?guī)r中施工降水井，成井鉆進難度大，影響其施工進度；②灰?guī)r中裂隙、溶洞發(fā)育，其分布的不確定性致使管井降水效果具有不確定性，較難保證含水層的水位可降至開挖面以下。針對以上特點，本工程采用管井和集水明排結(jié)合的方式進行降水。針對基坑開挖范圍內(nèi)易鉆進、含水量及厚度較大的松散土層采用管井降水；對于灰?guī)r地層采用集水明排的方式降水。根據(jù)以上分析，本工程降水總體施工部署如下：

（1）開挖深度范圍內(nèi)的土層主要為填充，粉砂，粉質(zhì)粘土，圓形砂礫，粉黏土，泥炭土和有機土。保持結(jié)構(gòu)將切除該范圍內(nèi)的土層，并應(yīng)考慮挖掘范圍，排出內(nèi)層土壤層的水分。理論上，含水層的水位控制在距基坑當前開挖面1m以下。對于松散土層的部分，脫水管井用于脫水和降水，而且降水井的深度要達到石灰?guī)r的頂部。

（2）石灰?guī)r，巖溶水和凹陷沉積物中的裂縫在不受石灰?guī)r或管井影響的情況下降水。

（3）石灰?guī)r具有較深的埋藏深度，并且在挖掘表面的下部分布有淤泥層。根據(jù)計算，有必要進行減壓和降水。對于這部分地層，由于其分布不均勻，部分透鏡體分布，部分脫水井加深到下部含水層，同時脫水和減壓降低水位高度。

3.2 巖溶裂隙水控制技術(shù)

（1）樁基礎(chǔ)施工時的控制方法在樁基礎(chǔ)施工時通過合理確定樁基作業(yè)面，保持樁孔與地下水位平衡，保持在靜水狀態(tài)下成孔，并通過對成孔泥漿比重控制、孔底沉渣清理、水下混凝土澆筑、樁底注漿改進等方面進行控制地下水對樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量的影響。由于樁基礎(chǔ)施工在坑內(nèi)進行，遇到大量地下涌水，為保證成樁質(zhì)量，采用樁底注漿控制沉渣厚度，樁底注漿必須保證能充滿整個基礎(chǔ)底部。傳統(tǒng)注漿器為單點注漿，通過大量試驗表明，單點注漿有效注漿半徑約為0.5m。如采用傳統(tǒng)單點注漿器，將不能滿足要求。項目通過對柱底注漿器研究改進，形成環(huán)形多點注漿器，顯著提高了底柱注漿質(zhì)量。

（2）土方開挖控制方法土方開挖階段采取分層分區(qū)集水明排。

（3）筏板施工控制方法基礎(chǔ)筏板施工時，采用明溝轉(zhuǎn)換為盲溝+穿越筏板式可封閉抗浮鋼質(zhì)集水井進行抽排的施工措施，控制地下巖溶裂隙水對施工的影響，保證工程順利施工。

3.3 土方開挖技術(shù)

在逆作施工進行開始前，需要預(yù)先進行降水工序，將地下水位下降到開挖面以下2.0m后，方可開展每道土方的挖掘任務(wù)。由于項目的逆作工程，尤其是地表以下的部分跨度很大，東西方向約110m，南北方向約145m，項目基坑外幾乎沒有施工場地。為確保施工現(xiàn)場所需的各類交通和施工機械設(shè)備及物料場，將流水的建設(shè)需求劃分為6個施工區(qū)，按街區(qū)順序施工，加快施工進度，確保了施工效率。當施工推進到地下1層的時候，工程的頂板結(jié)構(gòu)此時已推進到第5施工區(qū)，地面交通基本形成后，為加快施工進度，將第1，3區(qū)塊組成第1組進行平行施工，將第2，4區(qū)塊組成第2組進行平行施工，將第5，6區(qū)塊為第3組。地下2～4層施工時，為加快施工進度，將第1，3，4區(qū)塊組成第1組進行平行施工，將第2，5，6區(qū)塊組成第2組進行平行施工。

根據(jù)地下施工分區(qū)情況，計劃在B0板上設(shè)置13個取土口，其中第1分區(qū)布置5，7，9，10號取土口；第2分區(qū)布置2，3號取土口；第3分區(qū)設(shè)4，6，8號取土口；第4分區(qū)設(shè)11，12號取土口；第5分區(qū)設(shè)1號取土口。

由于本工程采用逆作法施工，為滿足施工技術(shù)要求，前期開挖地下1，2層時設(shè)置3～4臺長臂挖掘機取土。對地下室頂板車輛行走處的樓板采取措施加強，以滿足運土車輛荷載要求。

下層土方開挖必須在上層樓板混凝土強度達到100%后，經(jīng)報審批準，才可進行下層支架拆除及土方開挖。本工程挖土采用“分層、分段”挖土的方法，挖掘工作在設(shè)計規(guī)定的時間內(nèi)完成，還要做到盡快澆注混凝土墊層，達到控制土體位移的目的。

項目地下室內(nèi)地鐵出入口先期施工并投入使用，項目采用鋼支撐支護施工技術(shù)，有效、快捷地完成建設(shè)任務(wù)。

3.4 深基坑監(jiān)測與變形控制

逆作法施工過程尤其是從地下1層板到大底板階段的施工過程中，地下連續(xù)墻與鋼管柱之間、鋼管柱與鋼管柱之間的不均勻沉降是客觀存在的，采取有效措施可防止不均勻沉降，滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

4 結(jié)語

（1）針對工程中遇到的巖溶發(fā)育區(qū)，水控和排水是確保安全平穩(wěn)施工的關(guān)鍵節(jié)點。在整個基礎(chǔ)施工過程中，應(yīng)加強這方面的重視程度，研究可行的分區(qū)操作和排水方法，與此同時，利用好各設(shè)備間的銜接工作。

（2）施工過程中，對周圍的有關(guān)環(huán)境、地下連續(xù)墻以及鋼管立柱樁的形變情況進行持續(xù)性、細致性的監(jiān)控，以確保其不至于產(chǎn)生過大形變，這是整個基坑施工過程中保證安全的重要措施。此外，在基坑施工過程中，通過事先嚴密的施工組織設(shè)計及人員調(diào)度，對特殊問題采用科學有效的辦法，按時按質(zhì)地完成了工程施工，縮短了工期，在經(jīng)濟上取得了巨大效益，也是對逆作法在云南地區(qū)的首次成功實踐，為以后類似工程提供了良好借鑒。