建筑工程基坑开挖方法及应用研究

韩定杰

（山西四建集团有限公司 山西太原 030001）

引言

逆作法具有工期短、基坑变形小，它对周围环境影响不大，节省了地下室外墙体和工程桩的成本，减少了支撑结构的支撑，节省了挖掘成本，最大限度地提高了城市规划红线的有效面积[1]。有关逆作法的施工方式，国内已有了一定的经验与研究[2]。在城市市政建设工程中也有着一定的应用实例[3]。本文结合某地区首个逆作法基坑，除主体结构采取顺作的施工方式外，另外的结构均考虑使用逆作进行。并提出了“3合1”的有效施工方式，克服了复杂岩溶地质及承压裂隙水的干扰，避免施工对周边建筑及地铁的影响，介绍了基坑关键施工节点中降水措施、岩溶裂隙水控制措施、土方开挖措施等逆作法施工中特殊过程的处理方法。

1 工程情况

本文基于某广场的基坑施工项目，该项目广场建设并非完全规则形状。具体来说，其南北方向距离大约168.7m，东西宽约125.6m，开挖面积约1489m2，建筑物以南北方向分布。北侧塔楼有52层，高258m，南侧塔楼有50层，高157m。连接台位于场地中间，连接南北塔，共有5层，总高度28m。项目地下室有4层，地下室深度为15.7～17.8m。项目采用“双塔完工，其余完成”的半反向施工方式。在基坑周围有密集的现有建筑物、道路、地下管道等。而且基坑紧邻地铁2号线车站，施工中对于既有地铁隧道的保护尤其重要。

将优选φ500和φ600钢管应用于本工程，为保证强度满足要求，优选水下C40混凝土作为桩身材料，优选水下C60混凝土作为管内材料。

2 地质条件

项目现场近场区周围300m范围内没有裂缝通过。本项目基础土分为7层：1层人工填土层埋深0.5～4.2m，厚度大概为2.0m；②粉质、淤泥黏土层埋深2.6～4.6m，厚约1.1m；③圆粒、粉土层埋深2～6.2m，厚约2.6m；④粉质黏土、粉土、有机质土层埋深5.5～34m，其中上部粉质黏土厚8m左右，下部粉土厚8m左右；⑤粉质黏土层埋深3.1～20m，层厚3m左右；⑥残积层埋深7.9～26.8m，具体指的是粉土以及粉质黏土，厚约11.9m；⑦石灰系灰岩埋深17.3～62.1m，具体指的是强风化的灰岩，其风化程度较高，以及部分溶洞或者溶洞裂隙，其特征明显，在场地范围内的浮动状况明显。拟建场地上部存在厚1m左右高度流塑状态的②1淤泥土层以及厚8.5m左右黏性极差的④2粉土层，底部存在岩溶，并伴随局部溶洞埋藏其中，工程地质条件复杂。

3 基坑施工关键技术

3.1 降排水技术

场区地层较复杂，上部存在孔隙潜水（具有微承压性），基岩中存在岩溶水，这些地层中的地下水都会对基坑开挖产生影响。孔隙潜水给基坑开挖带来很大不便，需及时疏干以保证基坑的干开挖条件；具有微承压性的含水层易使基坑底板或结构变形、隆起，严重的话还会形成流砂或者管涌等病害问题，严重威胁基坑开挖的安全；岩溶水有可能导致涌水事故。因此，在基坑开挖前需综合考虑各个地层对基坑安全的影响因素，对基坑做降水处理。针对场区地层特征及工程特点，本工程若完全采用管井降水，则存在众多难点：①在灰岩中施工降水井，成井钻进难度大，影响其施工进度；②灰岩中裂隙、溶洞发育，其分布的不确定性致使管井降水效果具有不确定性，较难保证含水层的水位可降至开挖面以下。针对以上特点，本工程采用管井和集水明排结合的方式进行降水。针对基坑开挖范围内易钻进、含水量及厚度较大的松散土层采用管井降水；对于灰岩地层采用集水明排的方式降水。根据以上分析，本工程降水总体施工部署如下：

（1）开挖深度范围内的土层主要为填充，粉砂，粉质粘土，圆形砂砾，粉黏土，泥炭土和有机土。保持结构将切除该范围内的土层，并应考虑挖掘范围，排出内层土壤层的水分。理论上，含水层的水位控制在距基坑当前开挖面1m以下。对于松散土层的部分，脱水管井用于脱水和降水，而且降水井的深度要达到石灰岩的顶部。

（2）石灰岩，岩溶水和凹陷沉积物中的裂缝在不受石灰岩或管井影响的情况下降水。

（3）石灰岩具有较深的埋藏深度，并且在挖掘表面的下部分布有淤泥层。根据计算，有必要进行减压和降水。对于这部分地层，由于其分布不均匀，部分透镜体分布，部分脱水井加深到下部含水层，同时脱水和减压降低水位高度。

3.2 岩溶裂隙水控制技术

（1）桩基础施工时的控制方法在桩基础施工时通过合理确定桩基作业面，保持桩孔与地下水位平衡，保持在静水状态下成孔，并通过对成孔泥浆比重控制、孔底沉渣清理、水下混凝土浇筑、桩底注浆改进等方面进行控制地下水对桩基础施工质量的影响。由于桩基础施工在坑内进行，遇到大量地下涌水，为保证成桩质量，采用桩底注浆控制沉渣厚度，桩底注浆必须保证能充满整个基础底部。传统注浆器为单点注浆，通过大量试验表明，单点注浆有效注浆半径约为0.5m。如采用传统单点注浆器，将不能满足要求。项目通过对柱底注浆器研究改进，形成环形多点注浆器，显著提高了底柱注浆质量。

（2）土方开挖控制方法土方开挖阶段采取分层分区集水明排。

（3）筏板施工控制方法基础筏板施工时，采用明沟转换为盲沟+穿越筏板式可封闭抗浮钢质集水井进行抽排的施工措施，控制地下岩溶裂隙水对施工的影响，保证工程顺利施工。

3.3 土方开挖技术

在逆作施工进行开始前，需要预先进行降水工序，将地下水位下降到开挖面以下2.0m后，方可开展每道土方的挖掘任务。由于项目的逆作工程，尤其是地表以下的部分跨度很大，东西方向约110m，南北方向约145m，项目基坑外几乎没有施工场地。为确保施工现场所需的各类交通和施工机械设备及物料场，将流水的建设需求划分为6个施工区，按街区顺序施工，加快施工进度，确保了施工效率。当施工推进到地下1层的时候，工程的顶板结构此时已推进到第5施工区，地面交通基本形成后，为加快施工进度，将第1，3区块组成第1组进行平行施工，将第2，4区块组成第2组进行平行施工，将第5，6区块为第3组。地下2～4层施工时，为加快施工进度，将第1，3，4区块组成第1组进行平行施工，将第2，5，6区块组成第2组进行平行施工。

根据地下施工分区情况，计划在B0板上设置13个取土口，其中第1分区布置5，7，9，10号取土口；第2分区布置2，3号取土口；第3分区设4，6，8号取土口；第4分区设11，12号取土口；第5分区设1号取土口。

由于本工程采用逆作法施工，为满足施工技术要求，前期开挖地下1，2层时设置3～4台长臂挖掘机取土。对地下室顶板车辆行走处的楼板采取措施加强，以满足运土车辆荷载要求。

下层土方开挖必须在上层楼板混凝土强度达到100%后，经报审批准，才可进行下层支架拆除及土方开挖。本工程挖土采用“分层、分段”挖土的方法，挖掘工作在设计规定的时间内完成，还要做到尽快浇注混凝土垫层，达到控制土体位移的目的。

项目地下室内地铁出入口先期施工并投入使用，项目采用钢支撑支护施工技术，有效、快捷地完成建设任务。

3.4 深基坑监测与变形控制

逆作法施工过程尤其是从地下1层板到大底板阶段的施工过程中，地下连续墙与钢管柱之间、钢管柱与钢管柱之间的不均匀沉降是客观存在的，采取有效措施可防止不均匀沉降，满足设计及规范要求。

4 结语

（1）针对工程中遇到的岩溶发育区，水控和排水是确保安全平稳施工的关键节点。在整个基础施工过程中，应加强这方面的重视程度，研究可行的分区操作和排水方法，与此同时，利用好各设备间的衔接工作。

（2）施工过程中，对周围的有关环境、地下连续墙以及钢管立柱桩的形变情况进行持续性、细致性的监控，以确保其不至于产生过大形变，这是整个基坑施工过程中保证安全的重要措施。此外，在基坑施工过程中，通过事先严密的施工组织设计及人员调度，对特殊问题采用科学有效的办法，按时按质地完成了工程施工，缩短了工期，在经济上取得了巨大效益，也是对逆作法在云南地区的首次成功实践，为以后类似工程提供了良好借鉴。