单道大直径群环支撑深基坑土方开挖实践
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[摘 要]：依据单道群环支撑受力特点，分析探讨深基坑土方开挖的专项施工方案，利用时空效应按分段、分区、分层、分时开挖原则进行，使基坑土方开挖施工达到安全、快速、经济的目的。
1 引言
由于城市中心建设用地紧张，建筑愈来愈多向高空、地下争取空间成为一个发展趋势，深基坑工程开挖深度也达到空前深度，其支护形式也趋于复杂，对支护结构及土方开挖提出更高程度要求。本文以实例为研究对象，对基坑土方开挖综合技术进行深入研究。
2 工程概况
福州琼河村旧屋区改造项目（3#～7#楼）位于福州市六一北路以西、津泰东路以南，西邻东水路。项目总共由5栋高层商住楼及1～3层商业楼组成，其中3#、5#、6#及7#楼设2层联体地下室，4#楼设1层地下室，基坑面积约为1.7万平方米。根据岩土工程勘察报告,场地土层自上而下依次为：
(1)杂填土,厚约0.5～4.5米；
(2)粉质粘土,厚0.2～2.6米；
(3)淤泥 ,厚4.3～8.5米。水文地质条件：场地地下水主要赋存于①杂填土、④-1泥质中砂等土层中。地下水类型有上层滞水、孔隙承压水和裂隙承压水。地质勘探期间，场地初见水位埋深0.2～3.4m，混合稳定水位埋深0.2～3.6m，水位变化在1～2m之间。
本工程设计标高±0.00相当于罗零高程6.80m，基坑周边现场地标高约为-0.80m。拟建物二层地下室底板面标高约为-8.55m，主楼承台高2.5m，裙楼承台高约1.2～1.5m，底板厚约0.4m，考虑到混凝土垫层厚约250mm，本工程基坑底标高分别按-11.3m、-10.30及-7.00m考虑，基坑开挖深度分别约为6.20m、9.5m、10.50m。
3 基坑支护体系设计
基坑支护桩采用φ900mm冲钻孔灌注桩，桩间距1.5m，支护桩之间(外侧)止泥帷幕采用φ550@400mm搅拌桩，桩长以进入基坑底不少于5m为准。水平支撑采用一道钢筋混凝土内支撑形式，由5个相连大直径环梁组成，环梁直径41m~70.4m之间。环梁间通过混凝土桁架及板带相连，其形状大致呈T字形。同时为减小支护桩的内力及变形，对基坑内坑底土体采用水泥搅拌桩进行被动区加固。支护桩内侧坑底被动区加固采用桩径φ550mm@450mm水泥搅拌桩，桩长6.1m~8.1m之间。立柱桩(支承柱)采用格构式钢柱与(冲)钻孔灌注桩组合桩,支承桩桩端以穿透 3 淤泥层、 5淤泥质土层及 6-2淤泥质土层，进入6 -1砂砾卵石或7卵石层不少于2m为准。要求桩底标高以下没有淤泥及淤泥质土等软弱土层。环梁是一种合理的结构形式,其充分发挥了混凝土受压性能,支护结构刚度大,稳定性好。同时,大直径环梁为施工提供了相当大的操作面,可以加快施工进度,缩短工期，但群环梁间传力复杂，对土方开挖提出很高要求，开挖过程必须满足让支撑整体受力均匀，以免由开挖不当造成应力集中，局部支护失稳破坏，进而影响整个支护体系安全。
4 土方开挖施工
4.1总体部署
本工程利用时空效应按分区段、分层次、分阶段、同步均衡对称原则进行开挖，共分2个阶段、5个区域、3个层次。施工工艺流程如下：1）场地（桩位处）清障2）施工被动区水泥搅拌桩3）施工止泥搅拌桩4）施工冲（钻）孔灌注桩（支护桩）5）大面积开挖至-3.80m标高6）施工水平支撑体系并养护至支撑体系混凝土强度达到设计值（养护28天）7）开挖4#楼区域土方，施工素混凝土垫层8）基坑周边土方开挖9）基坑内土方分区域分层均匀开挖
4.2分阶段开挖
本工程土方开挖总体分为2个阶段。第一阶段由现有场地标高约-0.8m大面积退土至支撑梁底标高-3.8m处，水平支撑梁底应再挖深约80cm以便支模。此过程中应充分利用表层杂填土修筑后期土方运输施工便道，最大限度减少后期修筑施工便道时的砖渣土用量。此阶段土方属于无支护开挖，车辆行走自由，施工效率最好。由于此阶段的退土使得基坑开挖深度降低约2m，也极大减少支护结构坡顶的土压力，提高支护结构的安全性。第二阶段开挖基坑内土方，属于有支护土方开挖阶段，开挖应在水泥搅拌桩养护龄期不小于28天，冲（钻）孔灌注桩及整体钢筋混凝土水平支撑体系施工完毕，强度达到设计值，且保证传力可靠后进行。
4.3分区段开挖
第二阶段的土方开挖采取分区域进行，共分5个区段进行。
(1)先开挖区域1土方（4#楼一层地下室区域），采用一次性开挖到底；
(2)然后分级开挖挖土区域2的土方，即基坑周边约5m范围内土方，以保证在后期土方开挖过程中，支撑体系受力更合理；此阶段土方开挖应以环梁为参照对称进行，以保证支护结构能同时均衡受力，使支护结构达到最佳受力状态。
(3)第3步分别同时开挖区域3和区域4土方；
(4)最后开挖区域5土方。
4.4分层均衡开挖
每一区域内土方采用“中心岛”分层翻转法，分层深度控制在约2m左右，中心岛采用环带均匀开挖，挖土由中心岛处均衡向中心退出，应根据土质要求设置层间放坡坡度, 确保开挖过程中土体自身的稳定，层间坡边操作平台长度为10 m 左右, 前沿采用PC120 挖土, 中间翻土及放坡采用长臂挖机, 后台土方装车采用PC200 型挖机。机械挖土需预留30～40cm，由人工进行修土，人工修土后的土方采用塔吊运输。承台和地梁加深由PC60型挖掘机配合人工开挖至设计标高，承台土方采用隔一承台开挖，每个承台开挖后，在24h内做完垫层与砖胎模，垫层必须做到支护桩边。
开挖过程中，应采取措施防止碰撞支护结构、工程桩或扰动基底原状土，如果开挖过程中出现桩体时，应离单桩体或多桩体周边0.5米多角度开挖以避免对桩体产生侧压力；多桩体中间采用小型挖掘机开挖,无法采用小型挖掘机开挖时，采用人工开挖。对流动性淤泥层采用放坡1:5,减少对工程桩水平剪切力，防止断桩。下班时，所有土方放坡按1:1放坡。开挖过程中不得留陡坡, 以免基坑内土体滑移而引起工程桩偏位。土方开挖过程中，局部电梯井深坑、大承台与周围开挖面形成的高差可采用1：1.2放坡支护。
因挖土方量大, 综合考虑挖土工期及市场实际用车情况, 计划采用20 t 自卸车辆外运土方, 因车辆来回辗压次数多, 且场地内下卧土质极差, 为了保护下部工程桩不受影响及车辆顺利通行, 场地内用砖渣回填井字形( 宽6 m、厚0. 8 m)临时施工便道, 在通车主车道跨支撑梁需全部填上砖渣土, 比梁高出0. 4 m 左右, 并放缓坡压实，上铺设20 mm 厚钢板。基坑周边不允许堆放其他荷载, 挖出的土方及时外运, 不得堆放在基坑四周。
土方收尾退挖至出土口时，多余机械可利用坡道先行爬出基坑，施工便道土方采用挖掘机退挖，最后基坑口的土方采用加长臂挖掘机收尾施工。基坑内土方全部开挖结束后，用吊车将基坑底挖掘机吊出基坑。
5实施效果分析
通过事前详细了解工程实际状况，研究各项技术资料，编制详实施工方案，利用时空效应按分段、分区、分层、分时开挖原则，使基坑土方施工达到安全、快速、经济的目的。（1）安全：基坑开挖过程中，围护体变形和周边地面的沉降量，周边道路及管线没有发生明显破坏，各项监测值均在允许范围内，见下表：
主要监测项目 监测到最大值 预警值 结论
深层水平位移 33.86mm 35mm 无异常
邻近建筑物沉降 25.6mm 30mm 无异常
基坑坡顶沉降 15.52mm 20mm 无异常
基坑立柱沉降 12.58mm 20mm 无异常
水平位移 24mm 25mm 无异常
支撑轴力 14.83kN 70%构件承载能力设计值 无异常
围护桩内力 22.9 kN 70%构件承载能力设计值 无异常
地下水位 -502mm 1000mm 无异常
（2）快速： 通过分阶段开挖，-0.8~-3.8m浅层内土方采用无支护放坡机械大开挖格局和深层土方两路同时施工、多开挖面施工，减少了土方驳运，提高了挖土效率，大大加快了施工速度，总计约16万立方的开挖量，实际有效开挖天数仅40余天。（3）经济：由于土方开挖为关键工期，其工期的缩短，使工程提前交付使用，提高建设资金的运转效率，也减少了对周边环境的噪声污染和大气污染，进而保护了生态环境。
6结语
利用时空效应理论，在单道大直径群环支撑深基坑土方开挖工程中，采用分阶段、立面分层、平面分块，划小挖土单元，制定各单元的挖土工况，对称平衡开挖，使支护结构受力均匀合理，土压力均衡释放，同时缩短基坑在开挖区域的无支撑暴露时间，使土方挖得安全、高效、经济。
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