高层建筑深基坑土方开挖技术探讨

王静敏

（山西三建集团有限公司，山西长治 046000）

0 引言

基坑施工是土方开挖与基坑围护体系形成的过程，土方开挖破坏了原本的土层受力平衡，然而由于建筑高度的增加，基坑开挖深度不断增大，若是开挖方法选择不当、支护体系承载力不够，极易导致基坑变形超标，甚至引发基坑坍塌事故。对此，需进一步加强深基坑开挖技术研究，切实保证深基坑工程安全性。

1 深基坑土方开挖概述

深基坑土方开挖时，需严格遵循“分层、分段、分块、对称、平衡、限时、间隔”等施工方针，做到先撑后挖、限时支撑、严禁超挖，严格按规范要求编制土方开挖方案，专家评审论证合格后方可正式进行开挖作业。我国常见基坑土方开挖方法如表1 所示，根据不同基坑规格、地质特点，需合理选择土方开挖方法，兼顾基坑施工经济性、便利性、安全性，加强深基坑土方开挖技术研究具有重要意义。

表1 常见基坑土方开挖方法

2 高层建筑深基坑土方开挖技术

目前随着高层建筑的推广，基坑开挖深度持续增大，为有效控制基坑变形、保证基坑安全施工，合理选择土方开挖技术十分重要，下文主要从分层、分段、分块开挖的角度出发展开详细分析。

2.1 分层开挖

高层建筑深基坑是否采用分层开挖方法，主要取决于基坑剖面，同时考虑周边建筑、水文地质情况等，具体开挖技术应用如下：

（1）放坡开挖技术：此开挖方法主要运用于地质条件好且场地允许的基坑工程，分为三种情况：①一次放坡开挖至基坑底，但是仅适用于浅基坑，且需进行基坑边坡稳定性验算；②分层开挖，适用于深基坑或是地质条件复杂的情况；③多次放坡开挖至基坑底，适用于基坑周边场地开阔的情况，分层开挖。

（2）有围护基坑开挖技术：①无内支撑情况下，分层开挖，如：锚杆（索）施工情况下，开挖一层施工一排土钉、锚杆，开挖至板桩拉锚工艺可正常施工的深度，若是下方土层较深，在考虑是否分层开挖；②有内支撑情况下，也需根据相关施工工艺、开挖深度、现场条件确定分层开挖方法。

（3）放坡+围护开挖技术：分为两部分探讨分层开挖方法，分别是放坡段、围护段。

2.2 分段开挖

在大型基坑施工中，为有效控制基坑变形、组织流水施工，可分段进行基坑开挖。根据基坑深度主要分为不分层分段开挖方法、分层分段开挖方法，分段开挖顺序有多种，具体如下：①基坑分段顺序开挖；②基坑分段跳挖，包括顺序跳挖、中间向两头跳挖、两头向中间跳挖。

2.3 分块开挖

分块开挖在多数基坑工程中均可适用，先开挖土块优先支护，有效抑制、减缓基坑变形。分块开挖中可包含分段开挖，根据工程实际情况对子块进行分段处理，有利于保证基坑安全。此外，针对一些大型、不规则基坑，可采用岛式、盆式开挖方法。

3 工程案例

3.1 工程概况

本项目为某住宅小区项目，住宅建筑共计9 栋，施工现场为两个相邻长方形基坑，长、宽均为65m、45m。根据现场勘察，施工现场地势平坦，基坑红线内无须保护的建（构）筑物，地下室与邻近道路最小距离10.0m。为保证基坑开挖、土方运输顺利，项目采用从北侧朝南侧退挖方法，形成施工平行流水作业；分层分段开挖，上层采用大功率的挖掘机进行大面积开挖，下层采用小型机械开挖，下层增设钢板避免挖机下陷。基坑四周控制堆载小于等于15kN/m2，及时排出地表、基坑水，保持干燥。

3.2 深基坑土方开挖重难点

（1）开挖工程量大、支护复杂：此工程基坑开挖量较大，需进行大面积的土方开挖作业，并将其运输至规定位置。同时，基坑支护结构包括围护桩、钢支撑与桩间喷射混凝土等，相比其他结构来说更为复杂，为此施工难度高，施工单位必须对土方开挖作业内容和施工流程进行优化，并编制专项土方开挖方案。

（2）基坑周围环境复杂：此工程中建筑红线与市政道路的间隔间距较小，经测量最小距离为10m，若直接进行基坑开挖施工，可能会引发道路沉降、周边建筑物变形，施工单位应对基坑开挖期间沉降变形进行全程观测。另外，工程现场地下分布有高压电线与地下管线，深基坑开挖会引发基坑土体位置变动，破坏土体平衡状态，甚至破坏高线线路与地下管线。为有效解决上述问题，该项目土方开挖施工中，对基坑水平位移与支撑轴力进行实时监测。

（3）工程紧，工程机械多：此工程土方开挖工期为30d，与基坑维护结构施工同时开展，时间紧、任务重，且涉及的施工设备较多。对此，本次施工采用分区、对称作业模式，按照工程机械的半径规划作业范围，按照划分区域逐一完成。

3.3 土方开挖施工技术要点

此工程中两个基坑施工同步实施，作业步骤为一阶段土方开挖→冲钻孔灌注桩→冠梁施工→冠梁锚索施工→二阶段基坑开挖→围护桩间土支护施工→腰梁与锚索施工→三阶段开挖（开挖至底板），具体土方开挖施工要点如下。

3.3.1 第一阶段土方开挖

开挖一级基坑支护护坡与平台，护坡按照自然放坡形式进行处理，并均匀喷锚其工作面。一级基坑开挖深度为2.3m，局部深度可达3.6m。开挖时需控制施工设备与桩体、承台的距离，不得小于300mm。机械开挖由桩体300mm 位置处开始，倒退式行径，如图1 所示。需注意的是，第一阶段开挖作业必须分层进行，严格控制开挖深度，淤泥层深度控制标准为小于1m，非淤泥层开挖厚度控制标准为小于2m。

图1 第一阶段土方开挖

3.3.2 第二阶段土方开挖

基坑冲钻孔灌注桩、冠梁与冠梁锚索作业结束后方可开始第二阶段开挖，遵循分层开挖原则，工艺控制标准为开挖深度为-7.0m，开挖厚度为2.0m。基坑围护结构周边开挖作业人工完成，其他区域为机械开挖。基坑边坡为自然放坡，当第二阶段开挖土方至第一阶段平台时，挖掘机械将土方转运至指定区域堆放。

3.3.3 第三阶段土方开挖

第三阶段土方开挖，开挖深度达到设计深度则改用阶梯式开挖法完成自然放坡作业，仍然采用分层开挖法，每层开挖深度小于2.0m，基坑底部土方需预留30mm 的人工清槽区域。当开挖至基坑底部时，顺着基坑底部顺时针作业，开挖放坡区域阶梯，将起始点作为土方转运的收口区域。为保证施工便捷，需设立运输通道，供运输车辆通行。人工清槽后，施工机械采用倒退式开挖法向外运送土方，其他土方需经过人工修整后安排塔吊转运即可。

3.3.4 土方堆放

该工程基坑的顶部距离边缘5m 位置设有临时土方堆放区域，在土方开挖结束当班清理，若不能清理则必须停止作业。依据设计方案，基坑顶部3m 位置的设计允许荷载为10kN/m。土方堆放不得炒股3m，严格控制运输车辆的行使路线和停车区域。

3.4 基坑施工监测

此工程基坑施工现场周边环境复杂，基坑周边覆盖有市政道路和大量建筑物，与基坑红线距离较近。施工单位在基坑内均匀布设监测点，共260 个，对土方开挖、坑内降水与基坑变形位移等进行监测，确保施工安全。

（1）地下水位：基坑开挖时，地下水位变化范围为0.51～0.72m。

（2）水平位移：土方开挖分为三个施工阶段，各阶段均需对围护桩体水平方向的位移情况进行观测，由观测数据可知最大位移为-26mm，在安全范围内，依此分析留土护壁措施的应用对于控制围护结构位移效果显著。

（3）支撑轴力：水平环形梁与支撑梁部分完成混凝土浇筑作业后，随着开挖深度的增长，支撑轴力随之提升，挖至第三阶段轴力达到最大值，为10000～11000kN，均在安全范围。

4 结语

综上所述，基于现代建筑高度、体量的增大，基坑尺寸、深度快速增加，在土方开挖方面的施工要求越来越高，保证基坑工程安全。深基坑工程开挖施工中，需根据基坑情况、土质条件合理选择开挖方法，并制定土方开挖施工计划，同时注意做好支护结构、排水系统的协调管理，为建筑工程后续施工夯实基础。