超厚軟弱土地區基坑開挖施工技術

藍文鵬

（中交四航局第五工程有限公司，福州350008）

1 引言

隨著我國城市化進程的加速推進， 沿海城市區域發展迅速，從舊城到新區，填海造地普遍存在，且面臨的地質條件復雜，存在含水量大、強度低、壓縮性大、透水性差等特點，為深大基坑開挖帶來很大的挑戰[1]。本文對某市大型公共建筑工程基坑開挖施工過程出現的問題和采取的措施進行闡述， 以供類似項目參考。

2 工程概況

2.1 工程簡介

某市新建大型公共建筑項目， 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1 層地下室，開挖深度4.50～4.80m（坑中坑7.30～8.30m），基坑側壁安全等級為二級，重要性系數為1.0，設計使用年限1a，本基坑工程在當地屬超危大工程。設計基坑南北長320m，東西寬309m，支護采用排樁體系（間距2.7m）+局部轉角設一道鋼筋混凝土內支撐+三軸水泥攪拌樁加固和止水體系。

2.2 施工環境

據調查， 場地原地貌單元屬浙江東南沿海潮間帶潮灘地貌，俗稱“海涂”。 2012 年前后經吹填為建設用地，表部為吹填土，場地四周總體地勢基本平坦。

1）氣象及水文情況：根據當地的氣象資料統計表明，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 月的臺風期。

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

3）地質條件：根據本工程地質勘查報告，勘測范圍內地基土劃分為6 個工程地質層組，10 個工程地質層，現自上而下分別為①0-2 吹填土、②1 淤泥、②2 淤泥。

3 現場實施方案

3.1 開挖場地布置

在基坑中部沿東西向設置2 條混凝土臨時道路， 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。

沿坑內南北向設置9 條臨時土體加固道路， 采用雙排間距4 m 三軸水泥攪拌樁進行土體加固， 其他參數與道路兩側單排三軸水泥攪拌樁一致。 土方施工時在4 m 寬的臨時道路上，鋪筑厚度400 mm 片石，滿鋪3 000 mm×6 000 mm×18 mm厚鋼板，搭接500 mm。

3.2 開挖時間選擇

原計劃開挖時間為當年的10 月至來年的1 月，受甲方施工圖出具滯后的影響，實際開挖時間為4～7 月份，恰逢雨季，加大了開挖難度。

3.3 開挖順序及方法

本工程土方分為支護卸荷土方、 基坑土方及承臺等土方開挖，其中，根據南、北側劃分為A、B 兩個區段獨立施工，各區段內分為3 個施工段，總體分為3 個階段進行土方開挖。 設計坑底以上300 mm、 承臺等土方采用人工配合小型機械開挖，如圖1 所示。

圖1 土方開挖分區示意圖

1）第一階段基坑整體從-1.50 m 開挖至-3.00 m。 共配置8 臺PC220 挖掘機位于坑內南北向臨時道路上挖土裝車。

2） 第二階段土方開挖為A1、B1 區段， 從-3.00 m 開挖至-6.00 m，分兩層開挖，每層開挖深度1.5 m。 （1）A1 區段開挖順序為由北向南倒退式開挖分別從東、西兩個方向向中間開挖，配置4 臺PC220 挖掘機位于坑內南北向臨時道路上挖土裝車， 配置8 臺PC160 挖掘機在坑內倒土；（2）B1 區段開挖順序為由南向北倒退式開挖，分別從東、西兩個方向向中間開挖，挖土方式與A1 區段一致。

3） 第三階段土方開挖為A2/A3、B2/B3 區段， 從-3.00 m開挖至-6.00 m，分兩層開挖，每層開挖深度1.5 m。 其中：（1）A2、B2 區段開挖順序為由北向南倒退式開挖，A3、B3 區段開挖順序為由南向北倒退式開挖，各區段同時由西向東開挖。 設備配置和挖土方式與A1 區段一致。 （2）東西向臨時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 厚鋼板以便自卸車通行。

4）防水基地300 mm 保護層、承臺、地梁等土方開挖完成后，最后采用長臂挖機開始挖除東側兩個出土坡道。

4 開挖過程遇到困難及處理措施

4.1 土體易坍塌

由于挖開區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性。 土方開挖過程中，開挖坡面易發生滑動，造成土體坍塌，且多次出現挖掘機陷入土中，無法自行駛出的情況。 為保證開挖作業安全，經現場多次開挖試驗確定，放緩開挖坡度和減少開挖厚度。 區塊開挖采用1∶6～1∶8 的坡度放坡，將第二、第三階段開挖厚度調整為≤1.5 m，且相鄰區塊開挖面高差≤1 m。

4.2 基坑轉角處壓頂板和支撐梁開裂、圍護樁斷樁

基坑開挖施工中，轉角處的開挖出現支撐梁開裂、圍護樁斷樁的情況。經研究分析，其主要原因有：（1）地質條件差，環形道路下沉。重載車輛在基坑周圍環形道路上行駛造成道路嚴重下沉，土體持續對冠梁造成擠壓，出現支撐梁開裂?；觾葌韧练介_挖后，圍護樁上部露出，外側側壓力仍持續加壓，圍護樁上下部受力不均，出現斷樁。 （2）基坑周圍的臨時設施荷載加重。根據場地平面布置， 在基坑轉角處設有1 個臨時鋼筋加工場，鋼筋堆載過多，造成圍護結構外側側壓力過大。（3）轉角處與地下室出入口土方同步開挖。 根據施工圖紙顯示，西南角、西北角、東北角與地下室出入口距離較近，屬于支撐系統薄弱區?，F場同步進行轉角處和地下室出入口土方開挖，導致圍護結構側壓力差急劇增大，造成圍護樁斷裂、支撐結構開裂。

針對上述原因造成的冠梁和支撐梁開裂、圍護樁斷樁等，除了提高基坑監測頻率外，協同設計單位提出了下列措施，以保證基坑穩定。 （1）采用反壓和增加PC 工法樁。 起初監測數據和裂縫寬度變化大時，現場立即采用成捆鋼筋、土袋進行反壓，待監測數據穩定后， 對圍護樁開裂區域主動區三軸攪拌樁外側施打1 排PC 工法樁，鋼管樁φ630 mm×14 mm，長14 m，間距1.5 m，鋼管樁之間采用FSP-Ⅳ拉森鋼板樁，長12 m，以降低土體對圍護結構的側壓力。 （2）拆除設在基坑周圍的鋼筋加工棚，并檢查其余基坑周圍堆載情況，避免再次加載，嚴禁基坑邊10 m 范圍內增加荷載，開挖期間道路禁止通行。 （3）調整開挖分塊。 將轉角處與地下室出入口分2 次開挖，并采用跳倉開挖，控制開挖距離。 基坑倉格開挖到位后，縮短間隔，及時進行澆筑墊層和底板。 待地下室出入口兩側底板澆筑完成后，再進行地下室出入口土方開挖。

4.3 圍護結構變形

基坑西側和東側邊線中部區域在開挖過程中出現向內側傾斜，位移最大部位侵入地下室側墻90 cm。 基坑外側環形道路長期受動荷載影響嚴重，出現大面積的路面沉陷，擠壓基坑圍護結構向內側傾斜。 基坑邊線中部所受彎矩較大，故出現中部向內側傾斜。

基坑西側邊線第二階段開挖4 d 后， 監測出現測斜報警，位移達53 mm。報告各參建單位后，立即組織墊層施工，并加大墊層強度和厚度，基坑邊線10 m 范圍內采用C25 素混凝土增厚20～30 cm。 封底后，墊層開始隆起，測斜數據顯示繼續向坑內傾斜，采用土袋對侵入區域反壓，同時施打一排PC 工法樁。待圍護結構趨于穩定后， 在基坑外側14 m 范圍內按照1∶2 放坡卸土， 將圍護結構與PC 樁之間土方挖至地下室底板標高，并同步移走基坑內部反壓土袋。 卸載后，挖除侵入地下室側墻部分圍護結構（冠梁、圍護樁），及時進行底板和側墻施工[2-3]。

5 調整后開挖方案

通過實踐證明，原定的實施方案存在不足，未充分考慮超厚軟土地質對基坑開挖的影響程度， 導致實施過程中出現問題較多。 經過總結，得出后續類似工程基坑開挖方案，在保證開挖總體布局變動不大和設備配置不變的情況下，采用“盆式挖土法”，總體分為4 個階段進行，具體實施方案如下：

1）第一階段與原方案一致，土方從-1.50 m 開挖至-3.00 m。

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

3）第三階段土方-4.50 m 標高開挖至-6.00 m，機械大面積開挖完成后，由人工開挖至底板、承臺及地梁底。 土方開挖順序由基坑中部開始向基坑四周逐步推進， 出土方向分別從東、西兩側臨時道路運至渣土場，增加西南角坑外出土道路與紅線外道路連通，減少西側臨時道路車輛行駛頻率。 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，也將土方開挖進行分塊，單塊面積不大于1 400 m2；臨近圍護結構一側單塊長度不大于30 m，減小分塊面積，采用跳倉開挖和跳倉澆筑底板混凝土的施工方式， 完成一塊區域底板混凝土澆筑后，再進行基坑邊相鄰兩側區塊土方開挖施工，以此方法完成基坑四周土方開挖，減少支護結構暴露時間。 調整后基坑開挖示意圖如圖2 所示。

圖2 調整后基坑開挖示意圖

4）第四階段地下室出入口單獨開挖。 待其兩側底板澆筑完成后，再進行地下室出入口土方開挖，開挖期間加強施工過程監測。

6 結語

在超厚軟土地區進行大型公共建筑基坑土方開挖施工比較煩瑣，制約施工的復雜因素較多，對開挖技術要求高。 在施工圖紙交底前，收集地質勘察資料和施工圖紙，對支護結構設計參數進行復核。 現場開挖施工開始前，結合工程實際情況具體分析施工重、難點，制訂具有針對性的專項施工方案，為土方開挖的順利實施創造條件。 完成開挖后，及時進行復盤，科學地選擇開挖機械、開挖方式和順序。 本文通過基坑開挖過程中出現的問題，及時調整基坑邊開挖面積和采用跳倉開挖，論證了調整后開挖方案的可實施性， 為后續超厚軟土地區基坑開挖項目提供施工經驗。