浅谈复杂支撑系统下深基坑土方开挖

高鹏飞蔡海振陈峰黄志红

中建二局第三建筑工程有限公司天津分公司天津300300

摘要：随着经济的持续的发展和人口的不断增长，建构筑物对地下空间的使用程度越来愈大。因此建筑物基坑面积及开挖深度也越来越大，基坑的支护形式也越来越复杂。如何选择适宜的开挖方案，在保障施工工期的前提下，确保基坑开挖工程安全质量，成为当今施工技术人员关注的问题。本文基于湖北省武汉市某大型小区工程，针对开挖面积大，开挖深度深，支撑形式复杂的深基坑，遵循“先撑后挖，均衡对撑，分层开挖”的原则，制定了正确的土方分层开挖方案，确保了复杂支撑系统下深基坑土方开挖的顺利完成。

关键词：深基坑、先撑后挖、均衡对撑、土方开挖、分区分层开挖

一、工程概况

1.1周边环境

本工程北侧为淮海路，东侧为商务中路，西侧为商务西路，南侧珠江为路，该地块以下设有一个大型整体3层地下室。基坑四周为施工完成或部分完成的市政道路以及道路下的市政管线，商务中路路下为拟建的地铁3号线。施工现场内场地十分狭小，基础施工阶段无法形成临时环形道路，场内无法设置临建、材料堆场。

1.2基坑支护形式

本工程地下室基坑总面积约2.57万m2，其中基坑东西方向为177m，南北方向长为144.5m，基坑周长为644m，开挖深度为16.6m，局部16.7m。

本工程基坑支撑系统采用钢筋混凝土对撑+局部角撑的形式，采用2纵2横对撑，支撑体系平面形状呈“井”字型。三道支撑系统的中心标高分别为-1.500m、-7.750、-12.900m。地面标高-1.000m，基底标高为-16.600、-17.400、-17.700。第一道支撑位置设置栈桥，作为挖掘机操作平台和土方运输车辆行走平台。基坑深度约为15.600m、16.400m、16.700m，明挖土方工程量约419000m3。

1.3.2地下水类型及地下水位

根据地勘报告，在勘察期间各钻孔中均见有地下水。本场地地下水可分为三个类型：一层是（1）杂填层中积水的上层，没有均匀的自由水面，水位和水量随季节的变化而变化，上层的水位和水量主要受大气降水的影响，生活污水的渗透和供给，稳定水位在0.5~2.6米之间，第二层是承压水，是沙层的承压水，是抽水试验的结果。长江水位的绝对高程受长江水位变化的影响，水量相对丰富；抽水试验结果表明，长江水头绝对高度约17.0-18.2m，两层和两层水的地下水被无水力接触的粘性土堵塞，三层为基岩裂隙水，主要分布在场地基岩裂隙中，总水量小且不均匀，分布在现场的基岩中只有少量裂隙水与第四纪砂、砾石层的含水相通。对本基坑的开挖影响较大的是二层的承压水。

二、土方开挖方案的选择

2.1土方开挖方案选择的原则

1）土方开挖采用垂直分层、水平分段、精心规划、严密组织，有效控制武汉地区土壤变形的“时空效应”。对称、平衡、限时挖土、及时加撑。

2）本工程土方开挖采取先撑后挖施工工艺且在土方开挖过程中保证支撑系统的稳定是基坑整体稳定的重要保证。

3）土方开挖量约41.9万m3，基坑内三道内支撑共需浇筑混凝土1.3万m3，而工期只有3个月，对开挖方案选择、施工管理要求较高。

4）土方开挖需综合考虑根据内支撑布置形式以及建筑物结构布置情况，以便于后期结构施工的流水段形成。

2.2土方开挖方案的确定

针对基坑开挖面积大、基坑支护结构形式复杂、地质条件较差、地下水位高，周边环境复杂的诸多不利因素，本工程土方开挖采取盆式开挖方案，按业主开发节奏先施工塔楼部分，然后再施工中间地下室部分。以塔楼为依据分4个区域细分为8个小区段，由中央向两边开挖，预留盆边土方，作为中间土体开挖时的水平约束。盆中土方开挖结束后，紧接着施工中部支撑，然后按分块的原则，开挖盆边留土，并及时将中部形成的支撑与盆边支撑连接贯通。基坑开挖分区及开挖运土车行走路线见下图：

土方开挖运土行走路线示意图

三、土方开挖方案的实施

第一步开挖厚度为900mm，采用大开挖方式，现场中间往南北两边开挖，以栈桥出口为出土方向，东西两侧各设置个洗车槽，由8台1m3挖机同时进行。土方开挖同时穿插第一道内支撑施工。土方开挖顺序见下图。开挖总的原则是清出一区土方，现浇一区支撑。第二步土方分三层开挖，每层开挖深度控制在2m左右。

第二步土方因基坑面积大，采用盆式开挖方式。开挖时，根据施工进度，按照中间往南北两边开挖，以塔楼为依据分四个区域细分8个小区分别开挖，各区域间按1：1.5放坡，高差超过3m，按二级放坡，中间设6m宽平台。开挖总的原则仍然是清出一区土方，现浇一区支撑。每个区先开挖中间部分，先形成中部支撑，在按顺序分块开挖盆边土方。第三层开挖仍采用盆式开挖，总的原则仍然是清出一区土方，现浇一区支撑。先形成中部支撑，再以最快速度形式边缘支撑。

最后一步全部开挖至设计坑底标高，土方开挖与基础垫层施工搭接紧密结合，为了减少基坑的大面积暴露时间，控制基坑的回弹隆起。

四、土方开挖注意事项

4.1交叉作业的协调与防护

在开挖施工中，土石方与内支撑施工交叉作业同时进行。为减少施工的相互干扰，基坑第一次开挖时（即周边区域和环形支护）开挖土方，并为内部支护施工创造条件（长度和深度以护坡设计为准），然后进行内部支护。

4.2基坑降排水

在深基坑开挖之前，必须采取预脱水措施。预排水时间由土层渗透系数决定。降水量由设置在坑侧的钢管和排水市政管网决定。同时为防止基坑坡顶雨水及地面明水流入坑，坑边设置500mm高挡水墙及反坡，使雨水按坡向流向基坑外便于保持坑底干燥施工。

4.3坑内机械的行走问题

当土方进行第三步（-13.3m以下）时，将开始进入粉质粘土层，该层土均属于流塑及软塑形，此种土质，降水效果较差，尤其下雨后，坑内挖机的转土无法行走。为此，计划根据该模型为每个坑挖掘机配备通道钢板，以方便在坑内行走。同时根据对土层的提前勘察，提前计划好挖土层数的分布，采用“夹心”挖土的方式将此部土层挖除。

4.4对支撑结构的保护

1）开挖时，按台阶式均匀卸土，柱桩土高差控制在2米左右。

2）为防止挖掘机损坏支撑系统，应使用小型挖掘机和人工作业手工切割立柱的四面，以避免立柱侧压力不均匀。

3）采用0.6m3小型挖掘机将土翻至坑边，采用多步接力开挖法，由站在混凝土栈桥上的长臂挖掘机对外运土，并派专人指挥，以防摩擦支撑系统。

4.5灌注桩超灌对土方开挖的影响

在第三、四步土方开挖中，由于灌注桩施工过程中不同程度的超载，严重影响了基坑开挖的总体进度，在开挖过程中，一旦桩头暴露，就会立即组织破桩队。超灌部分应经主管批准切断，以保证开挖工作的正常进行。断桩采用风镐分段，保证桩身结构不受影响。

桩头的破除必须分段进行，确保每段长度不得大于1.2m，所有破桩人员在操作前将由现场安全人员进行班前安全交底，保证操作过程当中的按照安全技术交底进行施工，避免发生安全问题。

4.6在满足混凝土支撑强度前提下进行土方开挖

在每道支撑完成后，进行响应的养护期后，及时的对支撑进行回弹实验，并分析数据，得出确切的支撑强度报告，并结合7天混凝土强度报告指导土方开挖.

每道支撑各区均需要两份报告同时满足条件方可施工，若出现不满足开挖强度的，要及时进行分析原因，采用各种方式提高混凝土的前期强度，如加早强剂、提高混凝土强度等级等，所有一切施工必须要按照数据进行，确保基坑的稳定性。

此外要注意新浇筑支撑的保护，若挖机需要在支撑上方进行施工，需要在支撑上方铺30～50cm的土体，并加设走道板方可行走。

五、小结

（1）通过对复杂支护结构深基坑土方开挖施工顺序的早期规划，将基坑施工后的整体稳定性控制在可控范围内。

（2）通过对基坑围护结构施工时质量控制及土方开挖过程中的保护措施，杜绝了基坑围护结构质量引起安全事故。

（3）通过对基坑围护结构的监测与巡查，采取了应对坑边堆载控制、桩间渗水引流等处理措施，让基坑内保持了良好的施工作业面，同时也保证了基坑内的安全。

（4）通过采取基坑围护、坑内排涝、雨季特殊条件等施工措施，保证土方工程和基础施工顺利进行。

参考文献

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