超高层建筑深基坑开挖的措施及技术

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【摘要】随着大批的超高层建筑的建设，开发商为了提高建筑用地率，加之国家相关规范对建筑基础埋置深度和人防工程的要求，超高层建筑地下室的设计更加复杂化，有的地下建筑甚至有三四层，深度多达十多米，于是，建筑基坑开挖及深基坑支护成为必要的施工过程。

【关键词】超高层建筑； 深基坑； 边坡支护； 地基处理； 基坑排降水

【正文】

工程基础所在区域地质状况分析

在超高层建筑基坑支护和开挖方案确定之前，要对基础所在区域的地址条件进行深入分析，着重分析地下的岩体特征。岩体结构分析，包括：整体块状结构、层状结构、碎裂结构、散体结构。岩体力学特征，包括：岩体变形特征、岩体流变特征、岩体强度特征。地下水特征，包括：地下水位、动水压力、承压水对基坑的作用。地下洞室围岩稳定性等。

基坑土方开挖

超高层建筑基坑工程的土方开挖，在设法解决了边坡稳定和地下水问题之后，还要解决土方如何开挖的问题，也即选用什么方法、什么机械、如何组织施工等一系列的问题。

在基坑土方开挖前期，要进行详细的施工设计准备工作，在开挖施工过程中还要考虑开挖方法及人工开挖与机械开挖的配合问题，开挖后还要考虑对一些特殊地基的地基处理措施。

2、1、1施工准备工作

基坑开挖的施工准备工作一般包括了以下几方面内容：

勘查现场，摸清工程实地状况。

按设计或施工要求标高平整场地。

做好防水排水工作。

设置测量控制网。

设置就绪基坑施工用的临时设施。

2、1、2机械和人工开挖

开挖施工过程中机械开挖和人工开挖的配合问题一般要遵循以下几条基本原则和方法：

对于大型基坑土方，宜用机械开挖，初开挖时，宜用反铲挖土机在停机面一次开挖，深5m以上宜分层开挖或开沟道用正铲挖土机下入基坑分层开挖，或者设置钢栈桥，下层土方用抓斗挖土机在栈桥上开挖，基坑内配以小型推土机堆集土。对于面积很大、很深的设备基础基坑或超高层建筑地下室深基坑，可采用多层同时开挖方法，土方用翻斗汽车运出。

为防止超挖和保持边坡坡度正确，机械开挖至接近设计坑底标高或边坡边界，应预留80~50cm厚的土层，改用人工开挖和修坡。

人工挖土，一般采取分层分段均衡往下开挖，较深的坑，每挖1m左右应检查边线和边坡，随时纠正偏差。

对于有工艺要求的，深入基岩面以下的基坑，应用边线控制爆破法爆破后再挖，但应控制不得震坏基岩面及边坡。

如果开挖的基坑深于邻近建筑基础时，开挖应保持一定的距离和坡度，以免在施工时影响邻近建筑基础的稳定。如不能满足要求，应采取在坡脚设置挡土墙或支撑进行加固处理。

挖土时注意检查基坑底是否有古墓，洞穴，暗沟或裂隙、断层(对岩石地基)存在，如发现迹象，应及时汇报，并进行探查处理。

弃土应及时运出，如需要临时堆土，或留作回填土，堆土坡角至坑边距离应按挖坑深度，边坡坡度和土的类别确定，干燥密实土不小于3m，松软土不小于5m。

基坑挖好后，应对坑底进行抄平，修整。如果挖坑时有小部分超挖，可用素土、灰土或砾石回填夯实至与地基土基本相同的密实度。

为防止坑底扰动，基坑挖好后应尽量减少暴露时间，及时进行下一道工序的施工，如不能立即进行下一工序时，则应预留15―30cm厚覆盖土层，待基础施工时再挖除。

2、2地基局部软硬(高差)处理

如果基础下局部遇到基岩、旧墙基、老灰土、大块石或构筑物尽可能挖除，以防建筑物由于局部落于较硬物上造成不均匀沉降而导致建筑物开裂，或将坚硬物凿去30～50cm深，再回填土砂混合物夯实。

如果基础部分落于基岩或硬土层上，部分落于软弱土层上。则采取在软土层上作混凝土或者砌石块支承墙(或支墩)，或现场灌注桩直至基岩。基础底板配置适当钢筋，或将基础以下基岩凿去30～50cm深，填以中、粗砂或者砂土混合物作垫层，使能调整岩土交界部位地基的相对变形，避免应力集中出现裂缝，或采取加强基础和上部结构的刚度、来克服地基的不均匀变形。

如果基础落于高差较大的倾斜岩层上，部分基础落于基岩上，部分基础悬空。则应在较低部分基岩上作混凝土或砌石块支承墙(墩)，中间用素土分层夯实回填，或将较高部分岩层凿去、使基础底板落在同一标高上，或在较低部分基岩上用低标号混凝土或毛石混凝土填充。

3、深基坑周围土体止水

地下水位较高的地区，地下水对深基坑工程施工带来的危险程度是相当高的。地下水的来源一般分为上层滞水、潜水、承压水、雨水及基坑周围的渗漏管道水，由于水的来源复杂，枯水期和丰水期水位变化的影响，在制定止水方案时应从深基坑工程的防水、降水和排水3个方面予以考虑，根据地质勘察部门提供的地质资料，深入分析地下水的来源和成因，并且了解深基坑周围环境，对周边有建筑基坑，宜采用以堵为主，抽水为辅，否则会导致基坑周围土体与水体的流失，使建筑物不均匀沉陷，甚至发生坑底流沙、管涌等现象，增大了处理难度，拖延了工期，反之，以降水为主。止水帷幕是高水位地区深基坑支护工程中经常采用的止水措施，其施工方法主要有高压喷射注浆法、浆喷深层搅拌法、粉喷深层搅拌法和压力注浆法等。采用浆喷深层搅拌法进行止水帷幕止水施工时，如果止水帷幕的搅拌桩成桩质量不好，深基坑开挖后可能会出现渗水较多的现象。若此时再采用灌浆的方法进行处理，则延误工期、增加造价。因此，在该类止水帷幕施工时要注意以下几点：

保证桩体质量。确定合理的水泥浆掺加量，保证桩体搅拌均匀、桩长达到设计深度，避免桩头出现搅而无浆的情况，特别是在土层情况变异较大的地区，因为搅拌桩的桩径不易控制，可能导致止水失效。

保证桩的搭接长度和密实度，杜绝空洞、蜂窝及桩头开叉的现象。

不得随意在基坑支护结构上开口，否则会影响支护结构的安全，也破坏了止水帷幕，导致地下水的渗入。

4、深基坑的支护

深基坑支护设计与施工要综合考虑工程地质与水文条件、基础类型、基坑开挖深度、降排水条件、周边环境、基坑周边荷载、施工季节、支护结构使用期限等诸多因素。基坑支护施工控制的关键是基坑的稳定性、地面变形及地下水的控制、防止基坑隆起、管涌与流砂等险情，并要根据地质、环境因素的变化适时地调整支护方案。

深基坑支护的基本要求：(1)技术先进，结构简单，受力可靠，确保基坑围护体系能起到挡土作用，使基坑四周边坡保持稳定。(2)确保基坑四周相邻建(构)筑物，地下管线、道路等的安全，在基坑土方开挖及地下工程施工期间，不因土体的变形、沉陷、坍塌或位移受到危害。(3)通过排水、降水、截水等诸多措施，使基础施工在地下水位以上进行。(4)经济上合理，保护环境，保证施工安全。

喷锚网支护是目前深基坑支护工程中采用较多的一种支护方式。它是喷射混凝土、锚杆、钢筋网联合支护的简称，作为一种先进的支护加固技术，在岩土质高边坡和大跨度地下工程，特别是在不良地质条件下，国内外已经进行了广泛成功的应用。喷锚网支护，通过在岩土体内施工一定长度和分布的锚杆，和岩土体共同作用形成复合体，弥补岩土体强度不足并发挥锚拉作用，使岩土体自身结构强度潜力得以充分发挥，保证边坡的稳定。坡面设置钢筋网喷射混凝土，起到约束坡面变形的作用，使整个坡面形成一个整体。其施工的工艺流程为：开挖土石方、修坡钻孔锚杆(索)安装压力注浆挂设钢筋网焊加强筋喷射混凝土(锚索预应力张拉、锚固)开挖下层。对不稳定土层，开挖修坡后，还应增加喷射第一次混凝土。

为做到及时支护、有效地保持土体强度，喷锚网支护的施工要坚持“紧跟开挖，随挖随支”的原则，每层开挖高度，随着地质条件而定，一般应为1.5m～2.5m。

采用喷锚网支护的主要特点是：结构简单，承载力高，安全可靠：可用于多种土层，适应性强；施工机具简单、施工灵活，污染小，噪声低，对周围环境的影响小；可与土方开挖同步进行，不占用绝对工期：本身不需要打桩，支护费用相对较低。

【参考文献】

［1］ 唐业清，李启民.崔江余.基础工程事故分析与处理［M］.北京:中国建筑工业出版社，1999.

［2］ 曾宪明，林润德.基坑与边坡事故警示录［M］.北京:中国建筑工业出版社，1999.

［3］ 赵锡宏，陈志明，胡中雄.等高层建筑深基坑围护工程实践与分析［M］.上海:同济大学出版社，1996.