深基坑土方开挖实践与研究

□张风彩（河南省工程咨询中心）

1.深基坑定义

一般规定为开挖深度超过5m（含5m）的基坑，开挖深度虽未超过5m，但地质条件、周围环境和地下管线复杂，或影响毗邻建筑（构筑）物安全的基坑。

2.工程概况

某车站基坑总长192.6m，外包宽度为18.5m，总高12.76m，局部14.85m。主体围护结构采用钻孔灌注桩，桩径Φ1000m m，间距1250m m，有效桩长25～30m（局部34m）；支撑系统采用Φ600、壁厚14m m的钢管3道作为内支撑，局部较深部位加设一道换撑。支撑间距约为3.0m。排桩外测20cm采用三轴搅拌桩施工止水帷幕，三轴搅拌桩桩径为850cm，深29.32m，水泥掺量为20%，深入不透水层。底板主要位于粉质粘土上，为高压缩性土层，为满足结构基坑开挖变形控制要求，基坑基底采用Φ600m m高压旋喷桩裙边+抽条加固，加固体控制深度为基底下3m，基坑底部以上开挖范围内采用空钻。加固体平面范围为：裙边采用4排Φ600m m双管高压旋喷桩密排加固，抽条加固采用Φ600@1100m m（梅花型布置）加固。要求旋喷加固土体无侧限抗压强度不得＜1M pa。

车站主体围护结构顶端设置钢筋混凝土冠梁，冠梁设计结构尺寸为1.4m×0.8m，混凝土标号为C30，在四周阴角内侧设置钢筋混凝土角撑，结构尺寸为2.5m×2.5m×0.4m，同钢支撑布置平面位置。冠梁上设置挡土墙，挡土墙设计结构尺寸1.2m×0.3m，混凝土标号为C25。

周边环境：

基坑周边均为高层建筑，地下管网复杂，主要有雨水、通讯、电力、污水、热力、燃气、给水等。

3.基坑开挖控制的重点及难点

3.1 基坑降水。

3.2 开挖过程中围护结构渗水，围护结构外侧采用连续水泥土墙作为止水帷幕，在桩间处易产生渗漏。

3.3 钢支撑的架设及预应力的施加。

3.4 基坑检测。包括基坑周边沉降、钢支撑轴力、钻孔灌柱桩桩体的水平位移、钻孔灌柱桩桩后土体水平位移、钻孔灌柱桩桩顶水平位移、基坑外地下水位、灌柱桩钢筋应力以及管线的沉降和位移。

3.5 搅拌桩的成桩质量检测。

3.6 基坑失稳控制。

3.7 可能出现涌水、涌砂、管涌以及基底隆起等安全隐患。

3.8 基坑开挖过程中，必须采取措施防止开挖机械等碰撞支护结构、格构柱、降水井点或扰动基底原状土。

4.土方开挖前的准备

4.1 方案论证。

按建质2009〔87〕号文件的规定，开挖深度超过5m（含5m）的基坑，（槽）的土方开挖、支护、降水工程。开挖深度虽未超过5m，但地质条件、周围环境和地下管线复杂，或影响毗邻建筑（构筑）物安全的基坑（槽）的土方开挖、支护、降水工程。

4.2 在基坑开挖前需提前14d排水固结，以提高土体强度，设置降水观察井，降水深度应达到设计要求，并不得少于坑底以下1m。

4.3 在车站主体围护结构钻孔灌注桩、地基加固、止水帷幕、墙顶冠梁混凝土强度达到设计要求、降水井施工完成，方案经专家论证通过后，方可进入基坑土方开挖。

4.4 在基坑周围设置截水沟，防止雨水等地表明水侵入基坑内及周边土体。

4.5 布设好各种监测点，并记录初始读数。

4.6 配备满足基坑开挖进度要求的钢支撑、钢围檩、围檩支架，堆放场地及开挖所用的挖掘机。

4.7 土方开挖前做到交底清楚，目标明确。

4.8 制定应急救援预案，配备应急救援物资。

5.土方开挖及钢支撑架设

基坑开挖应运用“时空效应”原理指导施工，遵循“分层、分段开挖，严禁超挖”以及“先支护、后开挖”等原则，每段开挖宽度控制在主体结构流水作业宽度以内，及时安装该段钢支撑和钢斜撑，并施加预应力。土方开挖期间应派专人定时检查边坡的稳定性。做到施工机械的通道、挖土顺序、材料堆放场地等平面布置，确保基坑周围20m范围内堆载不得超过20kPa，端头井处30kPa。分段开挖长度要与主体结构流水作业相一致，坑内相邻土体高差不得＞2m，坡度控制在1∶1左右。

钢支撑安装应紧随土方开挖，做好随挖随撑，确保基坑内外侧受力平衡，安装好的钢支撑及时施加预应力，保证基坑开挖临空时间不超过6h。

6.土方开挖

6.1 土方开挖原则

严格遵循“从上到下、分层分块、阶梯流水开挖”的总原则，落实“分层、分步、对称、平衡、限时”五个要点，保证“竖向分层、纵向分区分段、先撑后挖”及“大基坑，小开挖”的原则。

6.2 施工方法

基坑土方以机械开挖为主，人工开挖为辅。采用反铲挖掘机进行土方的开挖和装渣，自卸汽车运渣至临时堆土场。结合现场实际情况，采取“拉槽实施出土、挖掘机分层倒土、长臂垂直挖土”相结合的开挖施工方法。

由于基坑较深，长臂挖机不易观察到基底情况，在长臂挖机操控室内安装摄像头，使司机随时可以观察到基底情况。

7.钢支撑架设及土方开挖质量安全保证措施

7.1 钢支撑架设质量安全保证措施

7.1.1 在土方施工做到分层分区开挖的同时，支撑安装必须及时跟上，一般情况下，在区段的土方挖好后，钢支撑应在24-26h内发挥作用。当采取分区拆除支撑时，应注意未拆区支撑的整体性和稳定性。

7.1.2 钢支撑结构焊接均应遵照规范进行，焊缝长度、厚度应满足设计要求，做到丰满牢固，并随时加强电焊的质量检查。

7.1.3 钢支撑事先在基坑外分段拼装，减少钢支撑在基坑内的安装节点，有利于提高支撑的整体刚度，减少受力后节点变形而引起的基坑位移，因此安装长度宜大一些。通常应大于相邻横向支撑的中心距，在相邻横向支撑之间的纵向支撑不宜多于2个安装节点，使用法兰盘螺栓要确保每颗拧紧。

7.1.4 支撑与围檩的连接节点受力比较复杂，应力相对比较集中，为防止围檩的局部失稳，减少节点处的变形，在该处应设置加劲板。

7.1.5 钢支撑宜采用工具式接头，并配有计量千斤顶装置。千斤顶及计量仪表应由专人使用管理，并定期校验，正常情况下每半年校验一次，使用中有异常现象应随时校验或更换。

7.1.6 安装钢支撑时，应在围檩上用水平仪弹出钢支撑的标高和中心位置十字线，在十字线的上下左右按支撑的直径画方框，每根支撑与围檩的接触面按方框上、左、右三个位置控制，使两端高差≤20m m。

7.1.7 每贯通一根钢支撑，根据设计要求施加预应力，支撑加力之前，迅速设定支撑轴力监测点，取得初始读数后加力，加力后测试实际预加力，以此控制预加力施加准确。

7.1.8 在支撑预应力加设前后的各12h之内，加密监视频率，发现预应力损失或围护结构变形速率无明显收敛时，复加预应力至设计值。

7.1.9 支撑安装完毕后的使用阶段，派专人值班，加强检查围护位移情况，做好维修服务工作及按工程技术要求采取必要的应急措施。

7.1.10 支撑拆除前，应先安装好替代支撑系统。

7.1.11 应预拼装出不少于8根备用钢支撑应付可能出现的紧急情况。

7.1.12 架好的支撑上严禁人员行走和堆放物件，如发现挠度较大，或钢楔松动等现象，立即采取措施加固或重新施加轴力。

7.1.13 整个施工过程中与基坑监测队伍保持密切联系，做到信息化施工。

7.2 基坑开挖质量安全保证措施

7.2.1 土方开挖过程中注意保护坑内降水井，确保降水、排水系统的正常运转。

7.2.2 基坑开挖过程中严禁超挖，基坑纵向放坡不得大于安全坡度，严防纵向滑坡。

7.2.3 基坑开挖到最底层后，人工清底至标高立即进行基底检查，在地基检查完成后迅速完成封底垫层施工。

7.2.4 机械开挖的同时辅以人工配合，特别是基底以上30cm的土层采用人工开挖，以减少超挖，注意及时施做接地网。

7.2.5 加强基坑稳定的观察和监控量测工作，以便发现施工安全隐患，并通过监测反馈及时调整开挖程序。

7.2.6 开挖中须遵循“开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则，开挖至设计标高后应及时施做混凝土垫层封闭，避免坑底土方长期暴露。

7.2.7 基坑四周用钢管设置1.2m高防护栏进行围护，并涂刷醒目标记确保夜间施工安全。

7.2.8 操作时应注意土壁的变动情况，发现裂纹或部分坍塌现象，应及时进行躲避。