深基坑岩层地基先挖后撑施工技术的应用

周文兵 牛洁雯

中亿丰建设集团股份有限公司 江苏 苏州 215131

1 工程概况

1.1 地理位置及周边情况

苏州市长恒置业有限公司拟建轨交1号线木渎公交换乘枢纽项目。场地位于木渎金山路东，广微路南。项目总用地面积19 465.8 m2，总建筑面积约116 880 m2。拟建工程包括1幢19层办公楼、1幢21层酒店、4层裙房、2层地下室及1层公交配套设施（位于地下室顶板上），拟建建（构）筑物均设2层地下室。

本工程±0 m相当于85高程4.10 m，自然地面平均标高为4.00 m（相对标高－0.10 m），基坑形状为不规则多边形，周长约589 m，面积约16 295 m2。1#楼部分筏板厚1 700 mm，底板板面标高为－9.450 m，垫层厚100 mm，故主楼部分基坑开挖深度为11.15 m；2#楼、裙房及地下车库部分筏板厚600 mm，底板板面标高为－9.450 m，垫层厚100 mm，基坑开挖深度为10.05 m。坑边承台、基础落深0.5～0.7 m，坑中坑最大落深4.20 m。根据基坑开挖深度及其周边环境条件，确定本基坑安全等级为一级。本基坑设计使用年限为1 a。

本基坑采用钻孔灌注桩＋2道钢筋混凝土内支撑的支护形式，桩间采用挂网喷浆保护处理，支撑系统采用对撑加角撑和边桁架的支撑体系。

基坑采用三轴搅拌桩（土层区域）、高压旋喷桩（基岩区域）止水帷幕止水，坑内采用管井降水＋明沟集水井抽水的排水方式（图1）。

图1 基坑支护平面示意

1.2 项目地勘情况

本工程地质土层从上至下主要为素填土、淤泥质填土、黏土、粉质黏土、强风化花岗岩与中风化花岗岩。经地勘勘探，采用“三角网法土石方计算法”计算，计算底标高采用－7.05 m，局部坑中坑计算底标高分别采用－10.10、－9.10、－8.25 m，开挖方量约为19 500 m3。

2 项目难点

本工程工期紧、任务重，尤其是本工程基坑支护竖向围护施工临近7～8月，在春节前需将底板全部浇筑完毕，避免基坑挖至基底后长期暴露产生风险。

根据设计要求，本工程需2道混凝土支撑浇筑完成且达到养护条件后，方可开挖支撑以下至基底的土石方，但由于北侧2道支撑以下土石方开挖存在花岗岩，基岩强度太高（单轴抗压强度达130 MPa以上，属于特坚岩）且受基坑支撑梁、立柱原因，液压破碎机作业空间受到支撑梁、钢立柱的限制，如第2道支撑梁施工完成后再进行第2道支撑梁以下石方开挖，会导致第2道支撑梁以下石方开挖的施工机械（破碎、运输机械）作业高度不够，而且基坑内支撑钢立柱桩林立，无法对第2道支撑梁以下的基坑石方进行开挖施工，将大大影响土方开挖的施工进度。同时一旦强行开挖势必会与支撑体系产生碰撞，对基坑的安全稳定产生重大安全隐患[1-7]。

3 基坑方案优化

3.1 设计优化

本工程基岩强度特高（130 MPa），对单独金刚石绳锯机切割开挖、液压破碎机破碎开挖、爆破开挖、绳锯机先切割分块加PC500破碎机破碎开挖等多方案进行比选，经现场测试论证结果决定，必须在第2道支撑梁施工前，用金刚石绳锯机切割分块结合PC500液压破碎机破碎的工法，对第2道支撑梁以下的石方进行组合式开挖。故对基坑支护及施工工况作如下调整。

1）基坑支护结构调整。由于北侧2道支撑在未形成前，土石方开挖需开挖至基底，此时为基坑最不利工况，故对原设计的支护结构灌注桩的配筋及桩长进行适当加大。

2）施工工况调整。

工况1：土方开挖至2道混凝土支撑底，优先施工南侧非花岗岩区域支撑梁，北侧花岗岩区域留土范围内（坑边留土10 m范围）角撑局部也可同步施工。

工况1：待2道混凝土支撑施工完成且达到养护强度后，北侧花岗岩区域采用盆式开挖的方法开挖中心区域土石方至基底。南侧非花岗岩区域2道混凝土支撑梁以下土方不得开挖。

工况3：排架搭设，施工北侧花岗岩区域2道混凝土支撑。

工况4：待北侧花岗岩区域2道混凝土支撑施工完成并达到养护强度后，开挖北侧花岗岩区域留土区域土石方以及南侧非花岗岩区域2道混凝土支撑梁以下土方（图2）。

图2 施工工况平面示意

3.2 第2道支撑梁以下石方盆式开挖安全计算复核

第1道支撑已施工完毕，围护边留土宽度不小于10 m，留土顶面标高－8.50～－6.50 m。按最不利留土面标高－8.50 m考虑，最大位移为21.96 mm，围护结构稳定性满足要求，围护灌注桩配筋满足要求。经计算，基坑抗倾覆、整体稳定、基底抗隆起等也均满足规范要求。

4 主要施工控制要点

4.1 排架支模逆作支撑

主要特点：层高大，局部坑中坑向上排架搭设高度9.65 m，底板向上排架搭设高度3.8 m；荷载大，梁截面为1.2 m×0.8 m、0.8 m×0.8 m、0.7 m×0.8 m，大于0.45 m2，根据规定，本模板工程属高大模板工程。

本工程支撑梁模板支架采用满堂式钢管脚手架，考虑到搭设立杆间距的合理布置，排架搭设间距统一为900 mm×900 mm；水平杆步距1 500 mm，剪刀撑按照要求连贯设置，确保支架的稳定性、刚度、整体性符合要求。中心区域排架均需与周边已完成角撑相连，使排架形成整体稳定的体系，同时排架持力层面若为岩层，则可直接采用岩石面作为模板支架持力层面，若为土层，则需浇筑100 mm厚C20混凝土垫层，确保该位置的基坑土层持力层面满足模板支架承载力要求。

4.2 金刚石串珠绳锯开采

本工程土石方开挖主要采用绳锯开采的方式，其具有以下优势：

1）适应性广，不受高度的限制。绳锯适用于所有类型矿山、基坑石方。

2）功能强、效率高。首先，开采深度深，能达到l0～20 m甚至更深，常规开采一般只在10 m以内；其次，切割速度快，一般能达到4～5 m2/h，是常规切割的2～3倍。

3）绳锯能进行垂直、水平面等各个方向的切割，还能进行盲切。

4）成材率高、综合成本低。绳锯的切面非常平整且不会对荒料造成任何内伤；锯缝小，只有约11 mm，不会造成资源浪费，能有效控制与立柱桩的安全距离。

5）安全环保。绳锯开采无噪声、无粉尘，且自动化程度高，分离式操控，工人劳强度低、安全性高；常规切割噪声和粉尘都非常大，且工人劳动强度大，安全性相对较低。

4.3 基坑石方开挖钢格栅立柱部位的特殊注意事项

根据本工程基岩石方位置的特殊性，地下室基坑石方开挖位置有围护支撑钢格栅立柱桩，在钢格栅立柱桩周围进行石方破碎开挖会对钢立柱造成侵扰，必须重点加强对钢格栅立柱周围石方开挖时的安全防护措施，在钢格栅立柱周围1 m单位外对石方进行分块，钢格栅立柱用2 m×2 m的石柱墩保护加强，严禁用液压破碎机进行破碎开挖。采用金刚石绳锯机进行无扰动开挖钢格栅立柱周围的石方时，绳锯必须与钢格栅保持0.5 m的安全距离，0.5 m范围内的石方开挖必须采取人工破碎开挖，以确保支撑系统钢立柱的安全。

开挖前对开挖人员进行技术交底、安全交底，安排专人对钢立柱的安全进行监管，在钢立柱位置设置明显的防撞警示标志，编制钢立柱1.5 m范围的石方开挖作业指导书，安排专业技术人员对钢格栅立柱1.5 m范围内石方绳锯开挖进行作业指导，确保每根钢格栅立柱不受基坑石方开挖的扰动影响。

在石方吊装运输过程中，特别注意对地下室钢格栅立柱的保护，在钢立柱周围搭设安全防护措施，设置防撞标志，安全专业指挥人员对调运过程进行全过程指导监护，直至本工程石方开挖全部结束。

5 基坑监测数值分析

根据优化后的基坑方案，编制详细的基坑监测方案。为确保基坑施工安全，沿基坑设置地表垂直位移监测点、围护结构顶部垂直位移监测点、围护结构顶部水平位移监测点及支撑轴力监测点、坑内外水位监测点等。

在中心区域土方开挖至基底时，本工程基坑为最不利状态。通过实时监测数据分析，本工程在最不利条件下的各项监测数据均在控制指标范围内，说明中心区域开挖留置土体护坡稳定、优化体系受力合理，达到了相互验证的目的，优化方案得到实践证实。

6 结语

本项目为深基坑多道混凝土支撑下方特硬岩的土石方开挖，属于特殊地质工况。本工程通过采取先挖后撑的方式，通过支护结构及施工工况的优化，加快了特硬岩层的开挖，降低了基坑土方开挖过程与支撑体系碰撞的风险，降低了施工造价，为今后类似的深基坑岩层开挖提供了一定的借鉴作用。