超长超宽多边形深基坑土方开挖施工技术

'超长超宽多边形深基坑土方开挖施工技术(2010-04-2921:12:03)转载▼标签：杂谈［摘要］本文介绍的当代万国城北区工程，占地面积达6.8公顷，基坑形状极不规则，东西方向长314米，南北方向长243米。本工程基坑面积较大，土方开挖工程量大、工期短、作业面分散，而且受到降水井、护坡桩、预应力锚杆、土钉墙、抗拔桩、土壤源热泵施工的制约，需与各工序交叉施工，工程纷繁复杂施工难度较大。本文就现场具体情况总结了土方开挖的施工部署、施工方法及施工注意事项。［关键词］整体开挖 交叉施工经济与技术综合考虑 注意事项 1、分项工程概况本工程属于群体工程，由周边塔楼、裙房及地下车库组成。整个地下二层具有近40个电梯井、50个集水坑、45个检查井，具有多种基坑底标高，如-13.42m、-12.62m、-12.02m、-11.82m、-11.58m、-11.32m等多种。土方开挖量约为380000m3。2、工程地质、水文地质情况2.1工程地质条件1）地形地物概况现阶段现场东部仍存在厂房、厂房基础（有混凝土基础、砖砌基础）及地下废弃的旧管线、水池、地下人防通道等障碍物没有拆除，这对土方施工都是不利因素。2）土质及岩性特征根据《万国城北区勘查报告》及设计图纸，本施工现场内的地质情况如下：场区内地层按沉积年代、成因类型、岩土特征划分，主要分为2个成因类型，11个大层。 ①填土：由①1杂填土和①2素填土组成，本层总厚度为1.50m～5.80m，层底标高为36.17m～39.94m。②粉质粉土：褐黄色～浅灰色，湿～饱和，结构良好，含云母、氧化铁及次生姜石，局部为砂质粉土。夹②1粉质粘土薄层及透镜体，可塑。本层总厚度为3.20m～6.90m，层底标高为32.20m～35.25m。本层呈中～中低压缩性。③粉细砂：浅灰色，饱和，颗粒均匀，砂的矿物成分分为石英、长石、云母，局部缺失，中密。本层厚度为0.70m～3.70m，层底标高为30.80m～32.23m。④粉质粘土：暗褐色～褐黄色，湿～饱和，含云母、氧化铁，局部为重粉质粘土薄层。夹④1粘质粉土薄层及透镜体，可塑。本层总厚度为2.20m～6.80m，层底标高为25.00～29.03m。本层呈高～中压缩性。⑤细砂：褐黄色，饱和，颗粒均匀，砂的矿物成分为石英、长石、云母，密实。8＃、9＃、10＃楼场地区域内顶部有⑤1砂质粉土层为主，⑤细砂局部缺失。本层总厚度为7.40m～10.00m，层底标高为14.40m～17.25m。本层居中～中低压缩性。⑥粉质粘土：褐黄色，湿，含云母、氧化铁及有机质，夹⑥1粘土、粉质粘土、⑥2粘土粉土、⑥3粉砂薄层或透镜体，可塑。本层总厚度为0.50m～2.70m，层底标高为13.50m～17.25m。本层呈中～中低压缩性。⑦细砂：褐黄色，饱和，颗粒均匀，砂的矿物成分为石英、长石、云母，密实。4＃楼场地区域内该层下部为⑦1卵石薄层，密实。本层总厚度为0.50m～2.70m，层底标高为13.50m～15.68m。⑧重粉质粘土～粘土：褐黄色，湿，含氧化铁，夹⑧1粉质粘土、⑧2粘质粉土、⑧3粉细砂薄层及透镜体，可塑～硬塑。本层总厚度为7.00m～9.70m，层底标高为5.30m～7.66m。本层呈中～中低压缩性。⑨细砂：褐黄色，饱和，颗粒均匀，砂的矿物成分为石英、长石、云母，密实。本层总厚度为0.40m～0.80m，层底标高为4.50m～7.14m。2.2水文地质条件1）地下水位根据《万国城北区勘察报告》“地下水位量测情况一览表”，本工程有3层浅层、2层承压水，地下水位见下表所示： 序号地下水类型地下水静止水位（2004年3月下旬）地下水静止水位（2004年11月下旬）埋深（m）标高（m）埋深（m）标高（m）1上层滞水1.90～3.5038.48～40.450.80～4.8037.10～41.712台地滞水4.80～7.3034.46～37.286.00～7.7034.19～36.503层间水8.50～11.2030.66～33.689.20～12.1030.00～32.464承压水18.00～21.2020.33～24.0819.70～22.0020.24～22.435承压水27.40～29.9011.69～14.1329.20～30.8010.76～12.732）地下水腐蚀性评价根据甲方提供的勘察资料：场区各层地下水对混凝土结构均无腐蚀性，但在干湿交替作用条件下，地下水水质对钢筋结构中的钢筋均具有弱腐蚀性。3）历史高水位记录根据地下水长期观测资料，场区1959年最高地下水位标高为40.10～39.80m（自西向东逐渐降低），近3～5年最高地下水标高为39.00m（不含上层滞水）。3、土方开挖施工方法3.1地下障碍物探测 1）地下障碍物因无准确资料可查证，为保证基坑工程施工的顺利进行，在现场采用专业物探单位和人工开挖相结合的方法进行地下障碍物的探测工作，先由专业物探人员进行探测，对发现的管路等障碍物在地面上作出标记，注明障碍物名称、位置、走向、埋深、起止位置等。对于不能确定的不明障碍物应配合人工挖探的方法进行探测。2）根据探测到的地下障碍物情况，采取相应措施揭露所有地下障碍物。3）根据提前确定的地下障碍物清理方案，并结合揭露后的实际情况，采用液压锤、静力粉碎机或人工方法（如气割等）对地下障碍物进行清除。3.2土方开挖施工方法1）区段划分根据现场土方开挖、边坡支护、CFG桩施工以及抗浮桩土壤源热泵等施工的实际情况施工现场划分为两个大区。一为基坑边部支护土方开挖区（CFG桩施工区）；二为基坑中部非支护土方开挖区（土壤源热泵、抗浮桩施工区）。2）各区开挖原则①边坡支护障碍物区，根据支护的需要预留的最大宽度为12m，最小宽度为5m，分布情况是延基坑四周开挖线分布；每步的开挖深度除第一步挖深为2.0米外，其余各步均挖1.8米深（即与每步锚喷土钉支护的深度一样），每步开挖标高低于该步高度内的土钉标高0.5m，每支护一步开挖一步。每步土方开挖后要及时平整土钉施工面，并按1：0.2坡度进行修坡。②基坑中部的开挖不受四周边坡支护的影响，分四步开挖：第一步深3米，第二步深4.5米，第三步到底；基坑底部CFG桩施工区预留500mm厚保护层，土壤源热泵、抗浮桩施工区域预留1000mm，其他区域预留200mm由人工清槽。③由于土方的开挖主要集中在基坑中部非支护区，而且白天、夜间出土的数量也不一样，因此白天出土时可派出一台挖掘机在边坡支护区进行这一区域的土方下甩和修坡工作；而下边的五台挖掘机根据实际情况合理安排，分片挖掘土方并装车。夜间六台挖掘机全部在下边非支护区，根据实际情况，分片挖掘土方并装车。④运土车辆在白天分成5批，每批10辆，分批次按每批次装车出土的实际情况合理安排其进出场装车时间，保证施工现场车辆不会太多，发生相互干扰情况，并分散道路的压力。3.3马道土方的预留1）基坑出土马道预留位置有两处：一处在基坑西南侧，一处在基坑东南侧；马道均采用内外结合式。 2）马道处均设马道桩，其设计见基坑支护护坡桩部分，马道桩桩顶位于基坑地表以下4.5m的位置，每个马道共8根马道桩，其宽度为9.8米，按双向两车道设计。3）基坑马道桩施工要与地表护坡桩同时施工，施工时可从其他地方的临时马道出土，马道桩的桩顶连梁和第一道预应力锚杆也要提前施工，施工时可将这部分土方挖出，其第二道预应力锚杆可在基坑土方除1000mm保护层外的其他土方全部挖走后再施工。4）马道桩上部（边坡外马道）预留宽9.8米，长5m的一个平台，这个平台时马道收尾时加长臂挖掘机的施工平台，这个平台后留一5m长的坡道，供挖掘上下；拉土车停在5m长的坡道外，由加长臂挖掘机装土。5）内马道主坡道顶面按1：6放坡，其两侧按1：0.7放坡，坡道宽度为10m。3.4马道土方的收尾1）当土方开挖到除1000mm保护层外的最后一步土方时，先期挖出一块CFG桩、抗浮桩和地源热泵施工的场地，这样先让CFG桩、抗浮桩和地源热泵的钻机先行延马道进入基坑内的施工场地中。2）当各种钻机进入施工场地后，最后一步土方挖掘时不再预留和延长马道，而是随基底土的挖除向后退挖马道。3.5基底保护层土方的挖运1）CFG桩桩基土方保护层土方的挖运当CFG桩施工到一定数量时，使用小型挖掘机将钻机打上来的桩心土先挖起，并集中到一块，再由大挖掘机传运到马道口处拉走。桩间土由小型挖掘机加人工配合进行清理，并由小型农用拉土车拉到马道口。2）抗拔桩和土壤源热泵保护层土方的挖运①在施工土壤源泵井的同时，及时将由于施工产生的泥浆用泥浆泵排出基坑，这样在一定程度上保证基坑内不至于太多泥浆而影响保护层土方的挖运。 ②由于这部分基坑保护层的土方预留较厚，在抗拔桩和土壤源热泵管施工完成后采用机械配合人工进行土方挖运，土方的挖运是本次施工最困难的施工点（挖土施工难度最大，速度最慢，土方运输最困难，环保难度也最大），机械挖运时保留100mm厚土壤源热泵管水平管铺设完后，验槽后、垫层混凝土施工前人工清除，土壤源热泵水平管沟土方同900mm预留土层使用小型机械挖运一同清除，节省大量的人工运输，机械挖运时注意对土壤源热泵管的保护，清土的同时注意对基底土层的保温工作，保温采用草帘被覆盖保温。③运到马道口的土方将由加长臂挖掘机挖出并装车运出。3.6土方开挖工艺流程：施工准备→障碍物及管线清查、处理→土方开挖测设→开挖基坑上部2米土方→第一层土方开挖（分层开挖边坡支护区工作面）→第二层土方开挖→第三层土方开挖→预留底层土方开挖→局部加深段土方开挖→马道处收口→人工清底。总体开挖顺序示意图如图2： 1）测量放线①根据测绘院给的坐标体系，按Ⅱ级精度要求，施测出各主要轴线。施测出的各坐标点应砌砖墩保护并浇筑混凝土，并用红漆标明轴线及控制线。根据测绘院给的Ⅱ级高程点，按精密水准测量方法在场地内施测出本工程的±0.000（相当于绝对高程42.5m）。②在土钉墙支护的部位，根据结构外皮往外400mm作为槽底边线，坑边排水沟做成盲沟，盲沟纵向坡度为5‰，在基槽各转角处设置400mm*400mm集水坑，坑内设800mm高ф400页岩砂管，管内设潜水泵，将坑内积水提升到顶部明排水沟内。③打护坡桩支护的一侧槽底边线即为开挖线，亦是护坡桩的坑内皮线。做土钉墙支护的一侧按1：0.2往外放坡，根据“槽深*0.2”确定放坡尺寸，然后从槽底边线往外量出放坡尺寸，放出开挖边线，在开挖边线的转角处，应做好标记，以满足恢复开挖线用。④开挖时，测量人员每天在挖土前用白灰放出开挖线、以及标高跟测保证作业面宽度和标高。2）马道设置基坑出土马道预留位置有两处，一处在基坑西南侧，一处在基坑东南侧，全部设置在施工现场靠近现场大门处，马道宽度10米，为进出双向马道，马道坡度均为1：6，马道两侧放坡为1：0.75。马道处均设马道桩，其设计详见基坑支护护坡桩部分，按双向两车道设置。3）土方开挖 ①土方开挖采用分层开挖，第一层开挖2.0m，其余各层均为1.8m，配合土钉墙和护坡桩锚杆施工。开挖过程中应严格控制其坡度，护坡桩支护部位应随桩铅直向下，土钉墙部位应用坡度尺检查。②边坡应先由机械大致修坡，然后根据坡度尺刻度，分别在每侧面坡的分端和上下口挂线，人工进行修改，确保边坡的斜率和平整，边坡上如有回填垃圾或淤泥等不稳定物应挖出，并砌砖封堵。边坡应及时支护，以免塌方。③边坡支护顶面标高为自然地坪，并做1000mm的翻边，上部砌300mm高挡水墙，并在降水轻型降水井点外侧作明沟排水沟，纵向排水坡度为3‰，防止雨水入槽。4）马道收土土方收土时，先收盲头侧，最后收马道两侧土方，最后一步土方挖掘时不再预留和延长马道，而是随基底土的挖除而向后退挖马道。为缩短马道收土时间，收土时采用2台挖掘机接力倒运，基坑下面为一台长臂挖掘机，一台挖掘装卸车，配合10辆自卸汽车将土方外运，最后剩余土方用吊车吊出。5）局部加深部位土方开挖基坑中集水坑、检查井、电梯井及网球场等加深区域开挖时要由机械挖中部，人工清边坡及底部，并按45度边坡放坡，在确定加深部位下口线时，需预留垫层及防水保护层厚度的位置。6）预留基底保护层土方的挖运由于这部分基坑保护层的土方预留较厚，在抗拔桩、CFG桩和土壤源热泵施工完成后采用机械配合人工进行土方外运。机械挖运时保留100～150mm厚在土壤源热泵水平管埋设和验槽完成，垫层混凝土施工前人工清除。土方开挖时必须注意对土壤源热泵管的保护。4、土方注意事项4.1基坑开挖后及时在槽边1m处设钢管护栏，护栏1.5m并在四角及中部设指示灯，钢管应用红白漆漆成相间的栏杆。4.2每步开挖不得超过规定深度，开挖后及时支护，雨天不得进行开挖，避免塌方。4.3挖土机械严禁碰撞支护结构、降水井管、位移观测点及测量放线点。 4.4挖土过程中，测量员要及时测量和校核平面标高，水平位置，边坡角度，从而确保施工误差控制在允许误差范围内。4.5每步土方开挖前和过程中要有专人测量地下水位及土层中含水量的大小，确保开挖过程中，不会因地下水或滞水太大影响土方施工。4.6土方开挖过程中要有专人负责指挥，确保不会出现错挖现象。底层预留土方开挖时要有测量人员及时跟随，及时监测，控制开挖厚度。4.7根据土壤源热泵成孔后的现场泥浆土情况，要求施工时必须随时清除泥浆土，保证现场不因泥浆过多破坏基底土层和影响施工的正常运行。因为泥浆太多会浸渍基底老土的影响地基承载力，泥水太多运土车辆无法通行，冬季施工时这部分土时可能会出现基坑槽底老土冻结现象。4.8因设计图中标注的均为结构标高，土方开挖的平面、剖面必须考虑垫层、防水保护层做法宽度、厚度（一般设计垫层100mm、防水及保护层70mm）。本工程设计图纸没有考虑到这些做法，出现了高低跨与后浇带距离太近导致土方开挖无法按图进行放坡的小问题。如图3： 4.9本工程后浇带与集水坑重合，也是土方开挖和垫层、防水保护层、后浇带加强层施工的一个难点。如图4所示，设计时应考虑两者相错开。 图4后浇带与集水坑重合4.10本工程开始把西南侧出土马道作为最后的出土马道，土方开挖从东往西退。后来考虑塔楼工期是主导因素，而西南侧马道下有大量抗浮桩、CFG桩、地源热泵且施工缓慢，严重影响5＃、10＃楼结构工期；等马道出土完毕再施工抗浮桩、地源热泵则大型机械退场也是个问题。所以决定重新在东南侧人工铺设出土马道，东南侧马道下为裙房，没有上述工序的影响，这样既节约了成本又缩短了工期。如图5： 图5土方开挖出土马道 最终，东南侧的马道在地源热泵、抗浮桩、CFG桩等工程完毕，周边塔楼已经出±0.000时，马道才挖除。既不影响工期，又解决了大型机械的进出基坑问题，也解决了北段7～9号楼地下结构施工时混凝土泵设置、罐车进出场等难题，可谓一举两得（因地下结构施工时7～9号楼基坑周边道路狭窄且边坡陡无法通车）。 参考文献1《工程测量规范》（GB50026-93）2《土方与爆破工程施工及验收规范》（GBJ201-83）36《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）'