深大基坑支护开挖施工技术

李 垒

(中铁十四局集团建筑工程有限公司，山东 济南 250000)

0 引言

目前，城市土地资源缺乏问题日益突出，建筑行业在发展进程中面临着越来越大的挑战[1]。随着城市化进程的加快，高层或超高层建筑比比皆是，基坑开挖深度随之水涨船高，面积也越来越大，周围环境越来越复杂，基坑施工难度越来越大，基坑工程已呈现“深”(开挖深度大)、“大”(规模和尺寸大)、“紧”(场地紧凑)、“近”(工程距离近)等特点[2-3]。

深大基坑开挖在高层建筑施工中占有极其重要的位置，主要包括基坑支护体系设计和土方开挖作业，综合性很强。何洪波等[4]以北京地铁9号线郭公庄站北端明挖段区间施工为例，介绍了深大基坑土方开挖及桩锚支护施工技术控制要点，并阐述了如何做好各类基坑支护的衔接；江荣华等[5]以南京金融城Ⅰ区工程基坑为例，介绍了一种在内支撑上设置栈桥，然后分区、分层、分段进行土方开挖的方法，解决了土方开挖量大、施工场地狭小的困难，降低了施工难度、加快了施工进度。

1 工程实例

深圳市城市轨道交通16号线田心车辆段位于坪山区田心社区，场内现状有荒地、田头河、厂房、民居等地物，地势较为平坦，标高33 m～40 m。车辆段综合楼建筑高度116 m，地上29层，地下3层，基坑长117.6 m，宽30.3 m～47.6 m，开挖深度约13.9 m～15.4 m，安全等级为一级。

稳定地下水位埋深0.30 m～9.30 m，施工过程中需进行坑内降水及排水工作。支护结构采用套管咬合围护桩加内支撑的型式。基坑位置处现场平面图见图1。

2 施工总体部署

基坑开挖施工为本工程下部结构施工一个最重要的工序，开挖应遵循“竖向分层、纵向分区分段”的施工原则，且在开挖过程应加强监控量测。总体顺序为：

1)周围环境及地质调查。

2)场地平整，基坑内降水至基坑底以下1 m。

3)开挖基坑至第一道混凝土支撑底面约0.5 m，施作第一道混凝土支撑。

4)待冠梁及混凝土支撑达到设计强度后，继续向下开挖至第二道支撑以下0.5 m处，架设第二道支撑，钢支撑架设完毕后施加预应力。

5)继续开挖至基坑底面，按照相关专业要求及时施作底板防水层及底板结构、地下3层、地下2层结构。

6)待地下2层楼板及侧墙混凝土达到设计强度后，拆除第二道支撑，施作地下2层、地下1层剩余结构。

7)待地下室结构施作至第一道支撑底面处，拆除第一道支撑，按照相关专业要求继续施工。

基坑开挖流程图见图2。

3 具体施工方案

3.1 现场调查

深基坑施工前，应做好周围环境及地质调查[6-7]，包括支护范围内的地层结构、岩性、地下水位、渗透系数等；了解场地及附近地下管线、高压线路的走向、埋深或高度等；邻近既有建筑的深基坑施工，应熟悉建筑物结构类型、房屋外轮廓尺寸、基础形式等；掌握深基坑施工的其他条件，如基坑周围地面排水情况、交通状况、障碍物等。

3.2 围护桩施工

3.2.1 围护桩设计

基坑支护结构采用φ1 000@750 mm套管咬合桩(一荤一素咬合布置)+内支撑的型式。套管咬合桩桩顶设置1 000 mm×1 000 mm冠梁，冠梁顶部设置钢筋混凝土挡墙，挡墙厚200 mm，高出地面500 mm。当冠梁顶部距离地面超过2.0 m，冠梁施工应采用放坡开挖，锚喷支护，完成挡墙施工后分层回填，水平压实。围护桩平面布置如图3所示。

3.2.2 内支撑设计

内支撑均为钢筋混凝土支撑，标准段混凝土支撑截面尺寸为800 mm×1 000 mm(米字撑)、600 mm×1 000 mm(肋撑)，冠梁截面尺寸为1 000 mm×1 000 mm，围檩截面尺寸为1 000 mm×1 000 mm。布置形式如图4所示。

3.3 土方开挖

3.3.1 分区域划分

将开挖区域平面划分为四个流水段，每段长约 30 m，由第四流水段向第一流水段方向开挖，如图5所示；竖向划分为三大层:第一层为地表至第一道混凝土支撑底部;第二层为第一道混凝土支撑底部至第二道支撑底部;第三层为第二道支撑底部至基坑底部。

主体基坑按“竖向分层、纵向分段、逐层开挖、逐层支护”的方式，分层分段开挖，分层厚度不超过2 m。第一层土方开挖采用挖掘机在基坑内开挖装车外运，第二层土方开挖采用挖掘机在基坑内开挖装车后通过出土坡道外运，第三层土方开挖采用挖掘机在基坑内开挖装车后通过出土坡道外运，施工坡道收坡时三台挖机向基坑南侧倒运，最后剩余土方由长臂挖掘机或抓斗机在地面垂直挖运土方。

3.3.2 分层开挖

1)第一层土方开挖。

首层开挖为浅层开挖，即第一道支撑以上部分开挖，总开挖深度约1.2 m～1.7 m。由长臂挖机南北向拉条开挖，开挖至冠梁混凝土支撑底标高处，剩余10 cm由人工开挖整平，然后施作混凝土支撑垫层，便道上放置渣土车装土方外运。开挖完成区段开始破碎围护咬合桩桩头，冠梁及第一道混凝土支撑紧跟施作；每工作面日均出土量暂按1 000 m3，考虑交叉作业影响，土方计划出土时间适当富余3 d～5 d。第一层出土工序见图6，土方开挖机械采用PC220长臂挖掘机配合渣土车出土。

2)第二层土方开挖。

第二层土方开挖为较深层开挖，开挖范围为第一道混凝土支撑底至第二道支撑底面以下0.5 m，深度约6.5 m。第一层出土工序见图7，采用一条1∶6出土坡道，两台PC220挖掘机一台长臂挖机在开挖面由①轴～③轴，由③轴～⑦轴，由⑦轴～轴三个方向同时开挖。尽可能多的保留两侧土体，以支撑围护结构，减小对周边环境的扰动，内支撑施工紧跟开挖作业。每工作面日均出土量暂按1 500 m3，考虑地质条件、天气因素、交通运输等影响，土方计划出土时间适当富余3 d～5 d。

3)第三层土方开挖。

4)基底人工开挖。

机械开挖至距基底0.3 m，距围护咬合桩0.5 m后改为人工开挖，采用小挖机配合成堆土方的装卸。施工时注意对基底的保护。靠近咬合桩处采用铁锹将土方开挖出咬合桩范围之外，然后进行机械开挖作业。

开挖完成后基地应压实平整，采用水准仪、2 m靠尺和楔形塞尺进行检查，其平整度允许偏差为20 mm。由监理方会同勘察、设计、建设及施工单位进行基底验槽，做好验槽记录[8-9]。

3.3.3 碴土外运

大部分基坑内土石方从基坑内挖出后，统一装入载重自卸车外运。碴土外运根据现场道路规划，通过进场道路外运。采用自卸翻斗车运土，每台车辆按实际运土能力实方按8 m3/台，虚方按11 m3/台计算。为保证市内清洁，防止车辆漏、掉泥土，运输车使用专用渣土运输车。

4 施工注意事项

1)进度问题。

基坑开挖时间至关重要，直接影响主体工期，基坑开挖若不能按时完成，将无法提供主体施工工作面。

2)水的影响。

水是基坑工程的天敌，基坑事故大多数是水害直接或间接造成的。所以坑外降水、坑内排水、雨季施工防水措施尤为重要。本工程在基坑开挖之前在基坑周边水系河道设置围堰，进行截流，做止水第一层防护；施作咬合排桩进行截水，做止水第二层防护；基坑内打设疏干井、降压井，做止水第三层防护，保证坑内无水作业。

3)施工过程控制。

基坑开挖应遵循“开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则，以缩短开挖时间、减少累积变形为主要控制目标。可以说，加快施工进度、降低无支撑暴露时间是控制基坑变形、保障基坑安全最重要的环节。

施工期间，要及时对支撑施加预应力，这是控制基坑变形的重要环节，基坑开挖期间需加强对支撑的观察，钢支撑失稳前一般有侧弯或下沉的先兆，如发现失稳迹象应迅速采取加固或补撑措施。

基坑开挖到底，进行垫层、底板施工前，一般为风险最高阶段，此阶段必须调集全部力量，昼夜施工。

4)充分重视监控量测工作。

由于地下工程不可预见因素多，施工过程中必须依赖现场监测。依靠现场监测提供的动态信息，可以用来指导施工全过程，及时了解施工环境(地下土层、地下管线、地下设施、地面建筑)在施工过程中所受的影响及影响程度，及时发现和预报险情的发生及发展程度，为及时采取安全补救措施提供依据。

5 效果评价

通过合理的施工组织、严密的过程控制，在土方开挖作业期间，基坑整体形态良好，无渗水及隆起现象，外围支护桩无开裂，变形在可控范围之内。施工期间，未发生安全质量问题，提前20 d完成土方开挖及外运，取得了良好的社会效益和经济效益。