超厚软弱土地区基坑开挖施工技术

蓝文鹏

（中交四航局第五工程有限公司，福州350008）

1 引言

随着我国城市化进程的加速推进， 沿海城市区域发展迅速，从旧城到新区，填海造地普遍存在，且面临的地质条件复杂，存在含水量大、强度低、压缩性大、透水性差等特点，为深大基坑开挖带来很大的挑战[1]。本文对某市大型公共建筑工程基坑开挖施工过程出现的问题和采取的措施进行阐述， 以供类似项目参考。

2 工程概况

2.1 工程简介

某市新建大型公共建筑项目， 新建建筑总面积271000m2，其中，地上新建建筑面积175000m2，新建地下建筑面积96000m2。设1 层地下室，开挖深度4.50～4.80m（坑中坑7.30～8.30m），基坑侧壁安全等级为二级，重要性系数为1.0，设计使用年限1a，本基坑工程在当地属超危大工程。设计基坑南北长320m，东西宽309m，支护采用排桩体系（间距2.7m）+局部转角设一道钢筋混凝土内支撑+三轴水泥搅拌桩加固和止水体系。

2.2 施工环境

据调查， 场地原地貌单元属浙江东南沿海潮间带潮滩地貌，俗称“海涂”。 2012 年前后经吹填为建设用地，表部为吹填土，场地四周总体地势基本平坦。

1）气象及水文情况：根据当地的气象资料统计表明，年平均气温17.9 ℃，日最大降雨量256.61 mm，降雨集中于4～6 月的梅雨期和7～9 月的台风期。

2）地下水：场内分布的地下水主要为赋存于浅部吹填土、淤泥及淤泥质土层中的孔隙潜水，径流弱，水位埋藏浅，一般稳定在1～2 m。

3）地质条件：根据本工程地质勘查报告，勘测范围内地基土划分为6 个工程地质层组，10 个工程地质层，现自上而下分别为①0-2 吹填土、②1 淤泥、②2 淤泥。

3 现场实施方案

3.1 开挖场地布置

在基坑中部沿东西向设置2 条混凝土临时道路， 路面宽6 m，土体采用单轴水泥搅拌桩加固，桩径500 mm，采用梅花形布置。

沿坑内南北向设置9 条临时土体加固道路， 采用双排间距4 m 三轴水泥搅拌桩进行土体加固， 其他参数与道路两侧单排三轴水泥搅拌桩一致。 土方施工时在4 m 宽的临时道路上，铺筑厚度400 mm 片石，满铺3 000 mm×6 000 mm×18 mm厚钢板，搭接500 mm。

3.2 开挖时间选择

原计划开挖时间为当年的10 月至来年的1 月，受甲方施工图出具滞后的影响，实际开挖时间为4～7 月份，恰逢雨季，加大了开挖难度。

3.3 开挖顺序及方法

本工程土方分为支护卸荷土方、 基坑土方及承台等土方开挖，其中，根据南、北侧划分为A、B 两个区段独立施工，各区段内分为3 个施工段，总体分为3 个阶段进行土方开挖。 设计坑底以上300 mm、 承台等土方采用人工配合小型机械开挖，如图1 所示。

图1 土方开挖分区示意图

1）第一阶段基坑整体从-1.50 m 开挖至-3.00 m。 共配置8 台PC220 挖掘机位于坑内南北向临时道路上挖土装车。

2） 第二阶段土方开挖为A1、B1 区段， 从-3.00 m 开挖至-6.00 m，分两层开挖，每层开挖深度1.5 m。 （1）A1 区段开挖顺序为由北向南倒退式开挖分别从东、西两个方向向中间开挖，配置4 台PC220 挖掘机位于坑内南北向临时道路上挖土装车， 配置8 台PC160 挖掘机在坑内倒土；（2）B1 区段开挖顺序为由南向北倒退式开挖，分别从东、西两个方向向中间开挖，挖土方式与A1 区段一致。

3） 第三阶段土方开挖为A2/A3、B2/B3 区段， 从-3.00 m开挖至-6.00 m，分两层开挖，每层开挖深度1.5 m。 其中：（1）A2、B2 区段开挖顺序为由北向南倒退式开挖，A3、B3 区段开挖顺序为由南向北倒退式开挖，各区段同时由西向东开挖。 设备配置和挖土方式与A1 区段一致。 （2）东西向临时混凝土道路随挖土深度而挖除，并做放坡处理，破除混凝土道路后填筑400 mm 厚片石， 上铺3 000 mm×6 000 mm×18 mm 厚钢板以便自卸车通行。

4）防水基地300 mm 保护层、承台、地梁等土方开挖完成后，最后采用长臂挖机开始挖除东侧两个出土坡道。

4 开挖过程遇到困难及处理措施

4.1 土体易坍塌

由于挖开区域主要为吹填土及超厚软弱土， 以流塑状为主，具有高压缩性和流动性。 土方开挖过程中，开挖坡面易发生滑动，造成土体坍塌，且多次出现挖掘机陷入土中，无法自行驶出的情况。 为保证开挖作业安全，经现场多次开挖试验确定，放缓开挖坡度和减少开挖厚度。 区块开挖采用1∶6～1∶8 的坡度放坡，将第二、第三阶段开挖厚度调整为≤1.5 m，且相邻区块开挖面高差≤1 m。

4.2 基坑转角处压顶板和支撑梁开裂、围护桩断桩

基坑开挖施工中，转角处的开挖出现支撑梁开裂、围护桩断桩的情况。经研究分析，其主要原因有：（1）地质条件差，环形道路下沉。重载车辆在基坑周围环形道路上行驶造成道路严重下沉，土体持续对冠梁造成挤压，出现支撑梁开裂。基坑内侧土方开挖后，围护桩上部露出，外侧侧压力仍持续加压，围护桩上下部受力不均，出现断桩。 （2）基坑周围的临时设施荷载加重。根据场地平面布置， 在基坑转角处设有1 个临时钢筋加工场，钢筋堆载过多，造成围护结构外侧侧压力过大。（3）转角处与地下室出入口土方同步开挖。 根据施工图纸显示，西南角、西北角、东北角与地下室出入口距离较近，属于支撑系统薄弱区。现场同步进行转角处和地下室出入口土方开挖，导致围护结构侧压力差急剧增大，造成围护桩断裂、支撑结构开裂。

针对上述原因造成的冠梁和支撑梁开裂、围护桩断桩等，除了提高基坑监测频率外，协同设计单位提出了下列措施，以保证基坑稳定。 （1）采用反压和增加PC 工法桩。 起初监测数据和裂缝宽度变化大时，现场立即采用成捆钢筋、土袋进行反压，待监测数据稳定后， 对围护桩开裂区域主动区三轴搅拌桩外侧施打1 排PC 工法桩，钢管桩φ630 mm×14 mm，长14 m，间距1.5 m，钢管桩之间采用FSP-Ⅳ拉森钢板桩，长12 m，以降低土体对围护结构的侧压力。 （2）拆除设在基坑周围的钢筋加工棚，并检查其余基坑周围堆载情况，避免再次加载，严禁基坑边10 m 范围内增加荷载，开挖期间道路禁止通行。 （3）调整开挖分块。 将转角处与地下室出入口分2 次开挖，并采用跳仓开挖，控制开挖距离。 基坑仓格开挖到位后，缩短间隔，及时进行浇筑垫层和底板。 待地下室出入口两侧底板浇筑完成后，再进行地下室出入口土方开挖。

4.3 围护结构变形

基坑西侧和东侧边线中部区域在开挖过程中出现向内侧倾斜，位移最大部位侵入地下室侧墙90 cm。 基坑外侧环形道路长期受动荷载影响严重，出现大面积的路面沉陷，挤压基坑围护结构向内侧倾斜。 基坑边线中部所受弯矩较大，故出现中部向内侧倾斜。

基坑西侧边线第二阶段开挖4 d 后， 监测出现测斜报警，位移达53 mm。报告各参建单位后，立即组织垫层施工，并加大垫层强度和厚度，基坑边线10 m 范围内采用C25 素混凝土增厚20～30 cm。 封底后，垫层开始隆起，测斜数据显示继续向坑内倾斜，采用土袋对侵入区域反压，同时施打一排PC 工法桩。待围护结构趋于稳定后， 在基坑外侧14 m 范围内按照1∶2 放坡卸土， 将围护结构与PC 桩之间土方挖至地下室底板标高，并同步移走基坑内部反压土袋。 卸载后，挖除侵入地下室侧墙部分围护结构（冠梁、围护桩），及时进行底板和侧墙施工[2-3]。

5 调整后开挖方案

通过实践证明，原定的实施方案存在不足，未充分考虑超厚软土地质对基坑开挖的影响程度， 导致实施过程中出现问题较多。 经过总结，得出后续类似工程基坑开挖方案，在保证开挖总体布局变动不大和设备配置不变的情况下，采用“盆式挖土法”，总体分为4 个阶段进行，具体实施方案如下：

1）第一阶段与原方案一致，土方从-1.50 m 开挖至-3.00 m。

2）第二阶段土方从-3.00 m 标高开挖至-4.50 m，出土方向与原方案一致。

3）第三阶段土方-4.50 m 标高开挖至-6.00 m，机械大面积开挖完成后，由人工开挖至底板、承台及地梁底。 土方开挖顺序由基坑中部开始向基坑四周逐步推进， 出土方向分别从东、西两侧临时道路运至渣土场，增加西南角坑外出土道路与红线外道路连通，减少西侧临时道路车辆行驶频率。 距离基坑边四周75～95 m 范围参照地下室底板分块浇筑的方式，也将土方开挖进行分块，单块面积不大于1 400 m2；临近围护结构一侧单块长度不大于30 m，减小分块面积，采用跳仓开挖和跳仓浇筑底板混凝土的施工方式， 完成一块区域底板混凝土浇筑后，再进行基坑边相邻两侧区块土方开挖施工，以此方法完成基坑四周土方开挖，减少支护结构暴露时间。 调整后基坑开挖示意图如图2 所示。

图2 调整后基坑开挖示意图

4）第四阶段地下室出入口单独开挖。 待其两侧底板浇筑完成后，再进行地下室出入口土方开挖，开挖期间加强施工过程监测。

6 结语

在超厚软土地区进行大型公共建筑基坑土方开挖施工比较烦琐，制约施工的复杂因素较多，对开挖技术要求高。 在施工图纸交底前，收集地质勘察资料和施工图纸，对支护结构设计参数进行复核。 现场开挖施工开始前，结合工程实际情况具体分析施工重、难点，制订具有针对性的专项施工方案，为土方开挖的顺利实施创造条件。 完成开挖后，及时进行复盘，科学地选择开挖机械、开挖方式和顺序。 本文通过基坑开挖过程中出现的问题，及时调整基坑边开挖面积和采用跳仓开挖，论证了调整后开挖方案的可实施性， 为后续超厚软土地区基坑开挖项目提供施工经验。