超长深基坑土方开挖施工技术

摘 要：结合工程实例, 介绍了某工程软土地区超长深基坑施工，由于软土地区岩土工程的复杂性，经常会出现一些意想不到或估计不足的问题，详细介绍了软土地区超长深基坑的施工处理技术和质量控制方法。

关键词：深基坑；土方开挖；控制技术

1 工程概况

1.1 场地及支护体系情况

某超长深基坑位于厦门地区两主干道交叉口，基坑呈南北向布置，所在场地地形较为平坦，工程所处区段地貌形态单一。附近的主要建筑有商务大厦、超市、卖场、居民楼等。路面交通流量较大。基坑采用明挖顺作法施工，主体结构的围护结构选用1000mm的套管咬合桩，桩间距750mm，桩与桩之间咬合250mm，桩长平均约为31m。围护桩在使用期间通过压顶梁(桩顶冠梁)参与抗浮。基坑竖向设4道(两端头部位设置5道，另加一道倒换支撑)钢管内支撑保持稳定，钢支撑为609×16 mm钢管支撑(第一道壁厚为12mm)。水平间设置双向拉条，以增强钢支撑平面稳定性，钢管支撑设有两排临时中间支撑柱，临时支撑柱采用钢结构，其下设桩基础。

1.2 场地工程地质、水文条件

本工程场地地形平坦，现地面高程约在6.44～8.08m，原地面高程约在6.00m左右，人工堆填土约1.50m。地貌类型属长江低漫滩。工程地层特性见表1。从表中可以看出，基坑内地层大部分为淤泥质粉土，其特点是自稳性差，渗透困难，扰动后易成流塑状。场地内地下水主要有潜水、承压水两种类型。勘察期间各钻孔实测稳定水位埋深0.80～1.80m，相应高程介于5.77～6.85m。潜水位埋深介于1.10～2.10m之间，相应高程约5.77～6.08m；承压水位埋深介于2.73～3.90m，相应高程约4.18～4.24m。观测结果表明，潜水位和承压水位存在1.72m的水头差，深部地下水具一定的承压性。

地下水主要补给来源为大气降水及人工用水的补给。深部承压含水层(②一3c2―3、②一3d2―3)中的地下水与长江及外秦淮河均有一定的水力联系。基坑开挖范围内南端和中部土层以②--2b4、②--3b3―4层淤泥质、粉质粘土为主，中部局部含②--2d3粉砂薄层，北端以及中部偏西土层以②--2b4层淤泥质粉质粘土、②―2d3层粉砂层为主，降水困难。地下水位无论是上升或是下降均可以使局部的水位差增大，渗流作用增强。渗流作用可引起坑底土的潜蚀、流砂和基坑突涌等不良现象。

1.3 场地不良地质作用

场地内除②―1d4、②―3d2―3层土为液化土层外，无滑坡、泥石流等其他特殊不良地质作用，场地稳定。2超长深基坑施工深基坑工程施工的关键工序是土方开挖和降水排水，必须慎重对待。基坑的开挖势必引起基坑周围土体内地下水位的变化和应力场的改变，从而导致周围土体的变形，基坑工程对周围环境不可避免地产生不同程度的影响。而且由于软土具有流变特性，基坑暴露时间越长，则基坑支护体系的位移变形越大，这都将大大提高事故的发生几率。因此软土地区基坑开挖应特别重视时空效应问题，认真做好施工组织设计及工期安排，尽量缩短基坑暴露的时间，减少时空效应对基坑支护结构的不利影响。

环境的实际状况，车站标准段主体及围护结构施工工序如下：交通疏解一管线改移、场地平整一围护桩、抗拔桩、基坑内支撑中支点临时桩柱、地基加固施工一基坑内降水一开挖至第一道支撑位置以下一设第一道支撑，开挖至第二道支撑位置以下一设第二道支撑，开挖至第三道支撑位置以下一设第三道支撑，开挖至第四道支撑位置以下一设第四道支撑，开挖至基坑底面一及时施筑接地网、垫层一施筑车站底板防水层及底板结构、部分站台层侧墙，拆除第四道支撑一施筑第三道支撑以下的侧墙结构一设倒换支撑，拆除第三道支撑一施筑车站其余部分站台层侧墙、中板结构，拆除倒换支撑、第二道支撑一施做车站站厅层侧墙、顶板结构及防水层，拆除第一道支撑一恢复地面。

2.2 土方开挖原则及方法

2.2.1 土方开挖原则

本工程基坑开挖采用明挖法，因在淤泥质土中开挖，为确保安全，开挖作业必须遵循以下原则：(1)土方开挖和支撑架设方案根据基坑周边环境允许的变形限度来控制；(2)根据“时空效应”的原理来确定基坑开挖与支撑架设按照“先支后挖”的原则组织施工；(3)施工中必须严格按照施工规范操作，在开挖过程中掌握好“分层、分步、对称、平衡、限时”五个要点，遵循“竖向分层、纵向分区分块、随挖随支”的施工原则；(4)基坑开挖从上到下分层、分段、分块进行。分层开挖厚度不大于3.0m，分块长度根据土方开挖能力、钢围檩长度及支撑安装速度确定。基坑抽槽横向坡度为(1∶2)～(1∶2.5)，纵向坡度为1∶5，满足车辆坡道运输；(5)针对开挖淤泥质土的特点，提前一个月设置疏干井，开挖时采用集水井明排，必要时铺设钢板以利机械和车辆作业。

2.2.2 土方开挖方法基坑开挖采取分层分段施工的方法，施工由南向北开挖，见土方开挖见图1。

每个单元分东西两施工区，土方开挖一般按先挖中间(先抽槽)架设支撑，后挖两边的土体，尽量减少围护结构的位移。端头部分由于中间无支撑的面积较大，为减小基坑无支撑暴露时间采用先开挖边角的斜撑区域的土体，最后开挖中间的土体并逐步退到标准段的开挖。土方开挖原则上中间抽槽至第一道支撑以下1m位置，待达到一定长度后，台阶法开挖第二层，台阶长度不小于10m，每层厚度不大于3m。根据对基坑稳定性及围护结构侧向位移监测情况调整抽槽参数或将开挖方法调整为水平分层开挖，若结构变形超过警戒值，立即启动应急预案，采取钢支撑局部加密等措施。

2.3 降排水方法

(1)基坑开挖过程中对坑底隔水层以下进行管井减压降水，降低坑底承压水头高度，按开挖深度的不同，分段进行减压降水，确保坑底稳定。基坑开挖前，进行减压降水，确保基坑地下水位在开挖面以下3.0m。降水开始后，定期对基坑内外的水位观测孔的水位进行观测，以检查水位降落，降落值较大时，考虑用回灌法以防止对周围环境的影响。深井井点滤头底端与围护结构之间距离不小于3m。

(2)为保证工地环境整洁，达到文明标准化施工要求，在基坑四周建明沟排水系统。明沟设置在沿施工便道靠结构侧，每隔50m左右设一沉淀池。施工期间，生产污水降水排水、雨水引入排水?勾，排水经过多次沉淀净化后，排人邻近的市政排水系统。

2.4 质量控制

在基坑开挖之前，对相关已有工程项目的调查研究发现，已往施工的类似深基坑工程中基坑坡顶水平位移存在不足与缺陷所占的比例最高，为72.50。究其因由，主要是地面超载、基坑降排水不当造成的，与土方开挖顺序不合理、开挖速度过快及支撑混凝土养护时间不足也存在一定的相关关系。结合本工程的实际，在基坑开挖期间对不同的工序采取对应的施工预防措施：(1)根据施工场地周围建筑物和地下管线、现行技术标准、地质资料做好深基坑施工方案和施工操作规程，通过技术交底，使全体施工人员认识到：深基坑开挖支撑施工是整个基坑施工中的关键工序；基坑开挖应严格按照“时空效应”理论，采用分区、分层、分段挖土，并遵循“开槽支撑、随挖随撑、分层开挖、严禁超挖”的原则，沿支撑横向按规定长度逐段开挖，随挖随撑，并及时加设支撑轴力；(2)采用拉槽开挖时，必须留护壁土；每层拉槽高度不超过3m，护壁土顶部支撑紧跟拉槽工作面；(3)因基坑开挖面以上为粉质粘土和淤泥质粘土，在基坑开挖前15d及开挖过程中对基坑内进行轻型井点疏干降水，疏干粘土层中的潜水或上部滞水，达到地基加固目的，以提高土体的抗剪强度，便于基坑抽槽开挖时倒运土方车辆行走；(4)在基坑开挖过程中，要紧跟支撑的进展，对围护结构变形和地层移动进行监测，根据监测资料及维护结构变形警标，及时采取措施改进，控制变形；(5)开挖至坑底时，应避免人为及自然因素对坑底土体造成扰动，减少坑底土的暴露时间，及时在坑底形成“水平支撑”，避免发生支护桩“踢脚”及坑底土体隆起等现象，确保基坑的整体稳定。

3 施工中出现的问题及对策

3.1 基坑突涌

于2010年12月24日21：30浇注底板时在端头井中间的一根立柱桩周围发生突涌，共涌出泥砂120m3左右。本次突涌造成南端距基坑约17m的1幢6层点式居民楼向西倾斜，路面最大下沉量约30cm，立柱桩最大下沉量为6cm。管涌发生后，在抢险过程中进行了全面的检查发现，原在南端头井部位正常工作的12口降水井由于土方开挖坡度不合理，导致坑内土体滑移，造成其中8口井连续遭剪切破坏，至12月24日仅有4口井正常作业。对策：突涌采用了以渗漏点为中心，在四周堆码土袋反压封堵，同时迅速抢修部分破坏的降水井，恢复其降水功能，又增补4口降水井，达到13口井同时降水，解除了险情。

3.2 管涌

在2011年1月13日下午，土方挖至628号和629号桩间时，开始有一股小涌泉出现，当挖机沿桩边向下再挖除一斗土后，突然发生管涌。本次共涌出泥砂45m3左右，造成最近的一处路面下沉40cm左右，交通中断3d。经检查施工记录，628号、629号桩成桩过程中未控制好垂直度，造成咬合桩开叉，但后来又进行了高压旋喷桩处理，旋喷深度达开挖面以下3m，当时未进行抗管涌验算，仅凭经验而已。对策：管涌也是在渗漏点上堆码砂袋反压，同时在外部迅速进行双液注浆封堵，注浆深度达底板标高以下6m，2d后成功地完成了堵漏工作。

4 监测结果

整个基坑的施工历时较长，最后的监测结果如下：桩顶水平位移及支撑轴力值远小于报警值，表明支护结构稳定性较好，基坑处于相对安全的状态。而周边道路、深层水平位移累计值分别为445.4mm及132.5mm，相对较大，表明基坑降水对周边环境及围护体有一定的不良影响。

5 结束语

(1)在软土中进行如此深大工程的施工，从项目开始就十分重视土方开挖和地下水问题，项目部事前做好了应急预案，应对复杂的问题，由于各项措施有效，技术保障到位，基坑施工基本取得成功。

(2)由于基坑降水措施，对周边产生较大影响，采用坑外回灌措施后，周边环境变形得到一定控制。

(3)基坑开挖过程中，考虑“时空效应”进行施工极大地保证了基坑的安全性。基坑南部的施工经验对基坑北部的施工起到了极其重要的指导作用，为整个基坑工程的顺利完成提供了有力的技术保障。