深基坑巖層地基先挖后撐施工技術(shù)的應用

周文兵 牛潔雯

中億豐建設集團股份有限公司 江蘇 蘇州 215131

1 工程概況

1.1 地理位置及周邊情況

蘇州市長恒置業(yè)有限公司擬建軌交1號線木瀆公交換乘樞紐項目。場地位于木瀆金山路東，廣微路南。項目總用地面積19 465.8 m2，總建筑面積約116 880 m2。擬建工程包括1幢19層辦公樓、1幢21層酒店、4層裙房、2層地下室及1層公交配套設施（位于地下室頂板上），擬建建（構(gòu)）筑物均設2層地下室。

本工程±0 m相當于85高程4.10 m，自然地面平均標高為4.00 m（相對標高－0.10 m），基坑形狀為不規(guī)則多邊形，周長約589 m，面積約16 295 m2。1#樓部分筏板厚1 700 mm，底板板面標高為－9.450 m，墊層厚100 mm，故主樓部分基坑開挖深度為11.15 m；2#樓、裙房及地下車庫部分筏板厚600 mm，底板板面標高為－9.450 m，墊層厚100 mm，基坑開挖深度為10.05 m。坑邊承臺、基礎(chǔ)落深0.5～0.7 m，坑中坑最大落深4.20 m。根據(jù)基坑開挖深度及其周邊環(huán)境條件，確定本基坑安全等級為一級。本基坑設計使用年限為1 a。

本基坑采用鉆孔灌注樁＋2道鋼筋混凝土內(nèi)支撐的支護形式，樁間采用掛網(wǎng)噴漿保護處理，支撐系統(tǒng)采用對撐加角撐和邊桁架的支撐體系。

基坑采用三軸攪拌樁（土層區(qū)域）、高壓旋噴樁（基巖區(qū)域）止水帷幕止水，坑內(nèi)采用管井降水＋明溝集水井抽水的排水方式（圖1）。

圖1 基坑支護平面示意

1.2 項目地勘情況

本工程地質(zhì)土層從上至下主要為素填土、淤泥質(zhì)填土、黏土、粉質(zhì)黏土、強風化花崗巖與中風化花崗巖。經(jīng)地勘勘探，采用“三角網(wǎng)法土石方計算法”計算，計算底標高采用－7.05 m，局部坑中坑計算底標高分別采用－10.10、－9.10、－8.25 m，開挖方量約為19 500 m3。

2 項目難點

本工程工期緊、任務重，尤其是本工程基坑支護豎向圍護施工臨近7～8月，在春節(jié)前需將底板全部澆筑完畢，避免基坑挖至基底后長期暴露產(chǎn)生風險。

根據(jù)設計要求，本工程需2道混凝土支撐澆筑完成且達到養(yǎng)護條件后，方可開挖支撐以下至基底的土石方，但由于北側(cè)2道支撐以下土石方開挖存在花崗巖，基巖強度太高（單軸抗壓強度達130 MPa以上，屬于特堅巖）且受基坑支撐梁、立柱原因，液壓破碎機作業(yè)空間受到支撐梁、鋼立柱的限制，如第2道支撐梁施工完成后再進行第2道支撐梁以下石方開挖，會導致第2道支撐梁以下石方開挖的施工機械（破碎、運輸機械）作業(yè)高度不夠，而且基坑內(nèi)支撐鋼立柱樁林立，無法對第2道支撐梁以下的基坑石方進行開挖施工，將大大影響土方開挖的施工進度。同時一旦強行開挖勢必會與支撐體系產(chǎn)生碰撞，對基坑的安全穩(wěn)定產(chǎn)生重大安全隱患[1-7]。

3 基坑方案優(yōu)化

3.1 設計優(yōu)化

本工程基巖強度特高（130 MPa），對單獨金剛石繩鋸機切割開挖、液壓破碎機破碎開挖、爆破開挖、繩鋸機先切割分塊加PC500破碎機破碎開挖等多方案進行比選，經(jīng)現(xiàn)場測試論證結(jié)果決定，必須在第2道支撐梁施工前，用金剛石繩鋸機切割分塊結(jié)合PC500液壓破碎機破碎的工法，對第2道支撐梁以下的石方進行組合式開挖。故對基坑支護及施工工況作如下調(diào)整。

1）基坑支護結(jié)構(gòu)調(diào)整。由于北側(cè)2道支撐在未形成前，土石方開挖需開挖至基底，此時為基坑最不利工況，故對原設計的支護結(jié)構(gòu)灌注樁的配筋及樁長進行適當加大。

2）施工工況調(diào)整。

工況1：土方開挖至2道混凝土支撐底，優(yōu)先施工南側(cè)非花崗巖區(qū)域支撐梁，北側(cè)花崗巖區(qū)域留土范圍內(nèi)（坑邊留土10 m范圍）角撐局部也可同步施工。

工況1：待2道混凝土支撐施工完成且達到養(yǎng)護強度后，北側(cè)花崗巖區(qū)域采用盆式開挖的方法開挖中心區(qū)域土石方至基底。南側(cè)非花崗巖區(qū)域2道混凝土支撐梁以下土方不得開挖。

工況3：排架搭設，施工北側(cè)花崗巖區(qū)域2道混凝土支撐。

工況4：待北側(cè)花崗巖區(qū)域2道混凝土支撐施工完成并達到養(yǎng)護強度后，開挖北側(cè)花崗巖區(qū)域留土區(qū)域土石方以及南側(cè)非花崗巖區(qū)域2道混凝土支撐梁以下土方（圖2）。

圖2 施工工況平面示意

3.2 第2道支撐梁以下石方盆式開挖安全計算復核

第1道支撐已施工完畢，圍護邊留土寬度不小于10 m，留土頂面標高－8.50～－6.50 m。按最不利留土面標高－8.50 m考慮，最大位移為21.96 mm，圍護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性滿足要求，圍護灌注樁配筋滿足要求。經(jīng)計算，基坑抗傾覆、整體穩(wěn)定、基底抗隆起等也均滿足規(guī)范要求。

4 主要施工控制要點

4.1 排架支模逆作支撐

主要特點：層高大，局部坑中坑向上排架搭設高度9.65 m，底板向上排架搭設高度3.8 m；荷載大，梁截面為1.2 m×0.8 m、0.8 m×0.8 m、0.7 m×0.8 m，大于0.45 m2，根據(jù)規(guī)定，本模板工程屬高大模板工程。

本工程支撐梁模板支架采用滿堂式鋼管腳手架，考慮到搭設立桿間距的合理布置，排架搭設間距統(tǒng)一為900 mm×900 mm；水平桿步距1 500 mm，剪刀撐按照要求連貫設置，確保支架的穩(wěn)定性、剛度、整體性符合要求。中心區(qū)域排架均需與周邊已完成角撐相連，使排架形成整體穩(wěn)定的體系，同時排架持力層面若為巖層，則可直接采用巖石面作為模板支架持力層面，若為土層，則需澆筑100 mm厚C20混凝土墊層，確保該位置的基坑土層持力層面滿足模板支架承載力要求。

4.2 金剛石串珠繩鋸開采

本工程土石方開挖主要采用繩鋸開采的方式，其具有以下優(yōu)勢：

1）適應性廣，不受高度的限制。繩鋸適用于所有類型礦山、基坑石方。

2）功能強、效率高。首先，開采深度深，能達到l0～20 m甚至更深，常規(guī)開采一般只在10 m以內(nèi)；其次，切割速度快，一般能達到4～5 m2/h，是常規(guī)切割的2～3倍。

3）繩鋸能進行垂直、水平面等各個方向的切割，還能進行盲切。

4）成材率高、綜合成本低。繩鋸的切面非常平整且不會對荒料造成任何內(nèi)傷；鋸縫小，只有約11 mm，不會造成資源浪費，能有效控制與立柱樁的安全距離。

5）安全環(huán)保。繩鋸開采無噪聲、無粉塵，且自動化程度高，分離式操控，工人勞強度低、安全性高；常規(guī)切割噪聲和粉塵都非常大，且工人勞動強度大，安全性相對較低。

4.3 基坑石方開挖鋼格柵立柱部位的特殊注意事項

根據(jù)本工程基巖石方位置的特殊性，地下室基坑石方開挖位置有圍護支撐鋼格柵立柱樁，在鋼格柵立柱樁周圍進行石方破碎開挖會對鋼立柱造成侵擾，必須重點加強對鋼格柵立柱周圍石方開挖時的安全防護措施，在鋼格柵立柱周圍1 m單位外對石方進行分塊，鋼格柵立柱用2 m×2 m的石柱墩保護加強，嚴禁用液壓破碎機進行破碎開挖。采用金剛石繩鋸機進行無擾動開挖鋼格柵立柱周圍的石方時，繩鋸必須與鋼格柵保持0.5 m的安全距離，0.5 m范圍內(nèi)的石方開挖必須采取人工破碎開挖，以確保支撐系統(tǒng)鋼立柱的安全。

開挖前對開挖人員進行技術(shù)交底、安全交底，安排專人對鋼立柱的安全進行監(jiān)管，在鋼立柱位置設置明顯的防撞警示標志，編制鋼立柱1.5 m范圍的石方開挖作業(yè)指導書，安排專業(yè)技術(shù)人員對鋼格柵立柱1.5 m范圍內(nèi)石方繩鋸開挖進行作業(yè)指導，確保每根鋼格柵立柱不受基坑石方開挖的擾動影響。

在石方吊裝運輸過程中，特別注意對地下室鋼格柵立柱的保護，在鋼立柱周圍搭設安全防護措施，設置防撞標志，安全專業(yè)指揮人員對調(diào)運過程進行全過程指導監(jiān)護，直至本工程石方開挖全部結(jié)束。

5 基坑監(jiān)測數(shù)值分析

根據(jù)優(yōu)化后的基坑方案，編制詳細的基坑監(jiān)測方案。為確保基坑施工安全，沿基坑設置地表垂直位移監(jiān)測點、圍護結(jié)構(gòu)頂部垂直位移監(jiān)測點、圍護結(jié)構(gòu)頂部水平位移監(jiān)測點及支撐軸力監(jiān)測點、坑內(nèi)外水位監(jiān)測點等。

在中心區(qū)域土方開挖至基底時，本工程基坑為最不利狀態(tài)。通過實時監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，本工程在最不利條件下的各項監(jiān)測數(shù)據(jù)均在控制指標范圍內(nèi)，說明中心區(qū)域開挖留置土體護坡穩(wěn)定、優(yōu)化體系受力合理，達到了相互驗證的目的，優(yōu)化方案得到實踐證實。

6 結(jié)語

本項目為深基坑多道混凝土支撐下方特硬巖的土石方開挖，屬于特殊地質(zhì)工況。本工程通過采取先挖后撐的方式，通過支護結(jié)構(gòu)及施工工況的優(yōu)化，加快了特硬巖層的開挖，降低了基坑土方開挖過程與支撐體系碰撞的風險，降低了施工造價，為今后類似的深基坑巖層開挖提供了一定的借鑒作用。