大型深基坑留坡挖土及坑中坑混凝土后浇施工工法

'大型深基坑留坡挖土及坑中坑混凝土后浇施工工法（NT2J-04-2009）江苏**二建集团有限公司11第页共11页 大型深基坑留坡挖土及坑中坑混凝土后浇施工工法江苏**二建集团有限公司1、前言一直以来，大型深基坑的施工成本控制和安全成为开发商和施工单位的重点和难点，由于大型深基坑开挖深度和面积都较大，且都处于城市中心地段较多，因此基坑支护设计和施工单位都采用比较保守的支撑支护和栈桥取土的方法，并且大型深基坑一般在电梯井部位还需要再往下多挖3~5米，如果按照先施工较深部位底板再施工挖深浅的底板传统工艺流程，这样基坑施工不且周期长成本高而且基坑暴露时间长施工风险大，很多设计院为了安全起见往往会加设一道支撑以控制基坑变形。本次施工工法采用了施工过程中的逆向思维，即利用深坑部位以外的底板先行施工作为基坑支护的一道支撑体系。在挖土方法上采用设置一条通向基坑内部的挖土通道，使挖机可以直接开到基坑内部进行挖土装车，这样在施工成本上节省了施工一道水平支撑的费用，而且坡道挖土速度快、效益高，更有利于基坑的施工速度，降低了深基坑施工的安全风险，对深基坑施工安全也有较大的帮助，具有一定的经济和社会效益。该工法作为施工综合应用技术已经在2008年11期《建筑施工》杂志作为优秀论文发表。2、工法特点2.1可以将整个基坑分为大小两个基坑施工,先施工至基坑的大面积坑底标高，然后再施工坑中坑部分；2.2基坑土方开挖先施工周边较浅部位，降低了一次性挖深较大、施工周期长、基坑暴露时间长的风险，由于周边底板先浇，可以更早地形成支护体系，深基坑施工安全得到了有力保障；2.3采用留坡挖机可以挖土机直接装车，减少了坑内倒土的时间和机械台班；2.4减少了底板一次浇筑混凝土的工程量，为按期完成底板提供了有力保障；2.5深基坑深坑部位底板后浇在基坑支护角度考虑能节省一道水平支撑。即利用深坑部位以外的基础底板施工至支护结构外墙作为一道水平支撑；2.6深坑部位底板后浇，可以加快施工进度，直接节省了一道水平支撑的施工和拆除时间。3、适用范围适宜本工法的工程对象主要为开挖深度大于10米，支护结构采用水平支撑而且工期较紧、周边管线建筑物较多安全要求高、有条件设置留坡坡度（1：10）的一级以上基坑工程。特别适用于电梯井设置在基坑中间部位而且电梯井部位又比周边基坑部位土方开挖深多于5米以上的基坑工程的土方开挖及基坑施工。11第页共11页 4、工艺原理本施工工法是在大型深基坑施工时采用留坡挖土的土方挖运方法，当基坑土方挖到一定的深度（一般10米后）采用设置一条土方车通行坡道一直通行到基坑底部进行装车取土，并通过深浅基坑施工先后顺序的调整，先施工深坑周边的底板（施工时设置一道特殊的底板后浇施工缝：将施工缝设置成凹凸形，并在中间部位增设抗剪型钢和两道环绕一周的止水钢片，进行封闭抗渗设防，同时对施工缝的模板施工、施工缝表面的处理、施工缝混凝土养护、坑中坑混凝土浇筑等进行技术处理），利用该底板作为基坑支护的一道水平支撑，再利用塔吊等取土的办法施工坑中坑部位底板达到深基坑施工安全、优质高效、降低成本目的。5、施工工艺流程及操作要点分层留坡进行土方开挖分块形成钢筋混凝土支撑深井降水配合挖土钢筋绑扎，模板施工基坑监测配合坑中坑以外土方开挖垫层验槽钢筋绑扎施工缝留设混凝土浇筑坑中坑以外底板混凝土浇筑混凝土达到设计要求后（或达70%）进行坑中坑部位土方开挖坑中坑部位垫层施工、钢筋绑扎施工缝处理坑中坑混凝土浇筑5.1工艺流程11第页共11页 5.2操作要点5.2.1技术准备根据工程特点编制适合相应工程的基坑施工方案，主要包括挖土流向、留坡坡道设置和土方车运行交通组织及土方车坡道的加固处理等，同时结合坑中坑的布置确定坑中坑混凝土后浇后土方的运输方法以及施工缝留设的部位及特殊处理等，并请相应的专家对方案的可行性进行论证。经过专家评审合格后方可进行基坑施工。5.2.2施工机械布置土方开挖时挖机不易布置过多，一般以一台挖土机能够周转装土，两台挖机负责留坡和土方的开挖为宜，5.2.3土方开挖原则①土方开挖必须在顶圈梁强度达到设计强度后方可进行。挖土前必须进行充足时间的预降水，将水位降低至开挖面以下0.5m。基坑开挖严格按照“时空效应”理论分层、分段、分块开挖，且要求做到先撑后挖。挖土时每皮土体原则上不宜大于3米。②挖土机械的通道设置、挖土顺序、土方驳运、土方堆载等都应避免引起对围护结构、工程桩、支撑立柱和周围环境的不良影响。③土方开挖应在降水及坑内加固达到要求后进行，挖土操作应分层分段分皮，对个别一次挖土超过3米的需阶梯式开挖，阶梯至少宽6米。坑底应保留200-300毫米厚土人工挖除平整，并防止坑底土扰动。垫层随挖随浇，即垫层必须在见底后24小时内浇完。5.3首层土方开挖首层土方开挖为盆式开挖，直接从自然地坪挖至第一道支撑底标高。为加快施工进度，根据施工现场实际情况将基坑分为东西两块同时平行挖土向中间栈桥部位运土，并同步施工边坡部位喷锚。当开挖到第一道支撑标高，便自东西方向向中间施工第一道支撑，最后自南向北施工支撑栈桥。东西两块施工时则采取自南北方向同时向中间集中开挖的形式。施工流向见图1。5.4第二层土方开挖第二层土方开挖为留坡开挖，采用在东西方向各设置一条挖土坡道，以中间栈桥为分界线按照开挖流向分层挖土至第二道支撑底标高，施工第二道混凝土支撑。此时靠近北侧挖土坡道下的第二道支撑最后形成。第二层土方开挖的坡道留设和施工流向见图211第页共11页 图1首层土方开挖流向图2第二层留坡挖土的坡道留设和开挖流向5.5第三层土方开挖第三层土方开挖为采用在中间栈桥左侧设置一条混凝土土方坡道，汽车直接开入坑内装土的方法。此时第二道支撑已全部形成，靠近坡道部位支撑上需要回填土放才能形成坡道，由于汽车坡道下侧的土方为回填土，容易产生滑坡，因此需要对坡道下放的土体采取了加固措施，加固措施为对拉土钉。土钉采用钢管Ф48×3.0@1200，有效长度6～9m，结合钢筋网和C20喷射混凝土护坡。该阶段的施工流向平面见图3，留坡挖土的剖面示意见图4。图5是当时开挖施工的现场施工照片。图3第三层留坡挖土的坡道留设和开挖流向图4第三层留坡挖土的剖面示意图图5第三层土方开挖的现场施工照片5.6留坡部位的土方开挖最后的土方开挖为汽车坡道部位土方挖运。当两边部位土方开挖到基坑的大面积坑底标高时，即开始进行汽车坡道部位的土方开挖。此时坡道采取边挖便拆除的方法，坡道面层混凝土采取镐头机破碎，采用一台1m3挖土机边挖边退至北侧基坑边，坑边剩余土方因深度较大，采用1m3挖土机已无法继续取土，便更换一台加长臂挖土机停靠在北侧栈桥部位取土，直至全部土方挖运完毕（图6）。5.7坑中坑土方开挖11第页共11页 最后的土方开挖为坑中坑部位土方挖运。为确保基坑稳定，坑中坑的土方要求在基坑大面积的底板施工后再进行开挖。因此，坑中坑开挖时其四周的底板已经施工完毕，而且坑中坑部位面积狭小，而从大面积底板面标高至坑中深坑底面标高高差较大，土方量较多，此时已无法采取留坡及栈桥挖土的形式，而采用塔吊配合小型挖土机挖土施工速度将大大减低。为此在留坡挖土阶段施工组织安排将该坑中坑部位土方往下多挖出1.8m，以减少深坑挖土数量，使最后剩留少部分土方。这样，采取塔吊配合小型挖土机取土大大缩短了工期。具体施工是这样的：采用0.3m3挖土机配合两个1.2m3的吊斗，用塔吊吊运至坑顶的运土车辆（图7）。此时需要采用汽车吊将约5t的小挖土机能顺利送到和吊出坑中坑。图6留坡部位的土方开挖图7坑中坑的土方开挖照片5.8坑中坑混凝土结构后浇施工5.8.1坑中坑混凝土结构施工缝的设置如何在超厚的底板留设施工缝，对结构的安全和质量都是一大难题，在考虑施工缝的留设时必须以如何保证施工质量和便于施工作为商讨的重点，为了解决施工缝留设的抗剪和抗渗要求，本工法在施工缝部位增设了一道长4m的型钢350×350×12×19，间距1m，翼缘垂直放置。并在中间加设两道—400×4mm环绕一周的止水钢片，进行封闭抗渗设防，同时将施工缝区域底板加厚400mm。在高度方向设置两道凹凸锯齿形状的混凝土断面的施工缝，延长渗水路径和提高抗剪刚度。该施工缝的构造见图8。5.8.2坑中坑施工缝模板的施工如此厚的底板模板的强度、刚度及稳定性是保证混凝土浇筑质量的关键，必须对工程制定施工缝专项模板支撑方案，具体技术要点如下（图9）：①一般部位的模板采用多层九夹板，对于400mm底板加厚部位，由于钢筋较密无法支模，采用三层免拆模体后浇带专用系钢丝网，外侧用ф16@100mm钢筋加固。②模板的内侧设置一道50mm厚泡沫板XPS作为侧向底板混凝土的保温层；400mm加厚部位外侧则用麻袋塞紧作为保温层。③背楞采钢管2φ48×3.0，对拉螺杆φ14@450；竖向支撑立杆采用间距450mm的L100×10角钢，内侧用钢筋焊接在工程桩主筋上拉接，该立柱兼为底板钢筋支架使用。④外侧用两根［18槽钢@2000mm同工程桩支撑牢固。⑤内侧采用三道ф16@200011第页共11页 mm钢筋与工程桩焊接拉锚；角部采用［10槽钢直接撑至两侧模板，以增加模板的整体刚度。⑥抗剪型钢内侧采用L100×10型钢作支撑，外侧采用脚手架做支撑。图8坑中坑混凝土结构施工缝构造图图9坑中坑混凝土施工缝模板示意图5.8.3坑中坑施工缝混凝土的养护措施超厚的混凝土底板属大体积混凝土，其养护方案经过计算采用了3层麻袋2层薄膜的养护方案，由于施工缝转角部位计算温度应力较大，所以该部位周围4m范围在采用3层麻袋两层薄膜的基础上再增加1层麻袋和薄膜。施工缝的保温层施工开始时考虑模板内侧的50mm厚XPS泡沫板，当底板混凝土浇筑完毕后再在模板外侧张挂3层麻袋，400mm底板加厚部位也采用塞麻袋浇水保温养护。5.8.4坑中坑施工缝表面的处理施工缝的表面处理待底板保温养护结束后进行，由于施工缝侧面采用多层夹板支模，混凝土浇捣后表面比较光滑，因此必须用人工进行表面的凿毛，特别是止水钢板和抗剪型钢部位的混凝土表面浮浆较多，在拆模后及时清理干净。混凝土凿毛后用高压水枪冲洗干净。在深坑部分后浇混凝土施工时用相同混凝土级配的水泥砂浆进行接浆。现场施工缝表面凿毛的情形见图10。图10后浇带混凝土表面凿毛施工5.8.5坑中坑的混凝土浇筑由于大面积底板表面和深坑底面高差达10m之多，其中的混凝土结构钢筋配置多、排布又密，为使混凝土从上能直接下料，并防止出现离析现象，提高一次性浇捣时高振动泵的效率，笔者制定了专项施工方案，即将表层钢筋先行留出一个500×11第页共11页 500mm的人孔，使工人可下到底层钢筋网片上进行振捣作业，同时将泵管接入坑底部位这样每当混凝土浇筑约2m后，便逐步拆除伸入钢筋网片内部的泵管，由此逐渐向上施工，完成大厚度混凝土的施工。这一方案既解决了混凝土离析问题又确保了混凝土振捣质量，并加快了施工速度。对于施工缝部位一侧采取反复振捣措施，当第一层混凝土振捣完毕约2h（初凝前）再在靠近施工缝部位进行重复振捣以提高新老混凝土连接的密实度。6、材料与设备材料与设备使用表表-1序号机械名称单位数量型号功率备注1空压机台615KVA配合凿除2电焊机台87.5KVA/台钢筋制作3对焊机台2UNI-100200KVA钢筋制作4切断机台2GQ4015KVA钢筋制作5弯曲机台3GW403KVA钢筋制作6气割设备套2/现场维修7模板M2约4000m2周转材料8钢管米约6000m周转材料9挖土机台10.3立方坑中坑部位土方开挖10真空泵台115KVA管井降水11测温计套5大体积砼测温7、质量控制7.1在施工前，施工员须对施工人员作好技术安全交底，并在施工中监督和落实各项安全技术措施。7.2与业主、总包、监理密切配合，互通信息，及时解决在施工中发生的质量问题。7.3在挖机下铺设走道板，派专人指挥挖机的移动和观察挖机底下坡体土的松动情况，以防不测。7.4经常督促和提醒车辆及挖机驾驶员集中思想，谨慎驾驶，严禁碰触坑内砼支撑，工程桩，钢立柱，深井管等。7.5严格控制标高、严禁超挖，在坑底的设计标高上留土约20cm，由人工扦土。7.6运土车辆按要求在指定卸土区域内卸土，严禁擅自卸土。7.7土方开挖顺序、方法必须与设计工况一致，并遵循“开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则。7.811第页共11页 施工中应减少基坑暴露时间，并防止地基土浸水，因此，在基坑开挖过程中和开挖后，均应保证井点降水正常进行，并在挖至设计标高后尽快浇筑垫层和底板。7.9由于开挖要求速度快，因此，应合理组织堆土外运，减少基坑边缘的堆土，避免滑坡事故。7.10土方的开挖宜均匀、分层，尽量减少开挖时的土压力差，并用降水设置预抽地下水，以保证桩位正确和边坡稳定。7.11挖土方式影响支护结构的荷载，要尽可能使支护结构均匀受力，减少变形，应采用分层、分块、均衡、对称的方式进行挖土，同时，挖土要与支撑浇筑配合，支撑浇筑后要养护至一定强度才可继续向下开挖，挖土时，挖土机械应避免直接压在支撑上。8、安全措施8.1施工现场设安全工长进行现场安全措施的落实与管理，对现场施工人员、现场机械设备及现场用电进行统一管理。要求参加施工的特工作业人员必须是经过培训，持证上岗。施工前对所有施工人员进行安全技术交底。进入施工现场的人员必须戴安全帽、穿防滑鞋，电工、电气焊工应穿绝缘鞋，高空作业必须系好安全带。8.2作业前应对使用的工具、机具、设备进行检查，安全装置齐全有效。8.3操作面应有可靠的架台、护身，经检查无误，进行操作。构件绑扎方法正确，吊点处应有防滑措施，高处作业使用的工具，材料应放在安全地方，禁止随便放置。8.4起吊挖土吊斗时，提升或下降要平稳，避免紧急制动或冲击。专人指挥，信号清楚、响亮、明确，严禁违章操作。构件安装后必须检查其质量，确实安全可靠后方可卸扣。每天工作必须达到安全部位，方可收工。8.5施工现场的机电设备、闸箱、电焊机，应有可靠的防雨措施。电器操作必须由专业人员进行，严禁非专业人员操作。电焊机使用严格安全操作规程，一次线不得超过2米，二次线不能破皮裸露。8.6安全设施有专人按规定统一设置，其他人不得随意拆动。因工作需要须拆动时，要经过有关人员允许，事后要及时恢复，安全员要认真检查。8.7搞好安全用电，所有用电设备的拆除及现场照明均由专业电工担任，使用的电动工具，必须安装漏电保护器。8.8重点把好高空作业关，工作期间严禁喝酒及打闹，手持工具应系好安全挂绳，避免直线垂直交叉作业。8.9切实搞好防火工作，各项操作均应按规定正确实施。定期进行安全检查，预防和控制事故的不安全因素。8.10吊装作业范围内设安全警戒线，非操作人员禁止入内。9、环保措施11第页共11页 9.1采用留坡挖土及坑中坑混凝土后浇后能够较少基坑挖土施工作业时间，并且挖机和土方车能在坑内作业，对外界的噪音大大减小。9.2底板浇筑时，橄榄车需将车轮、出料口冲洗干净才能离开现场，并派专人看管，大门外侧马路派两名清洁工随时清扫。9.3采用坑中坑混凝土后浇后能过使模板和保温用的塑料薄膜和麻袋等周转使用，能够较少不可再生材料的使用量。9.4由于坑中坑混凝土后浇，较少了一次性混凝土时间浇筑过长而对周边道路交通和噪声等的影响。9.5做好坑内走道板和道路上淤泥保洁工作，以防车轮将施工场内淤泥带出。9.6土方车驾驶员每天出车前须检查栏板锁紧机构是否有效，栏板锁紧装置有故障的土方车须修复后出车，装车。9.7在路面上铺垫草包派专人在出口处检查和清除土方车栏板上散落的泥土；9.8挖机驾驶员严格执行土方装车规定，车斗内土体高度不得超出栏板高度10cm，且要求装土均匀，盖好盖板，以防土体散落在运输途中。10、效益分析经济效益：据大型深基坑深坑底板后浇施工方法在下面几个工程的应用，我们得出效益分析如下表：工程名称开挖面积开挖深度挖土方量降低成本节省工期润华环球大厦1.46万平米24.3米30万立方550万元20天瀛通绿地大厦1.1万平米21.93米23万立方495万元30天星海环岛凯尔顿大酒店5504平米16.5米6.5万立方180万元20天10.1质量方面：整改基坑底板无裂缝、渗水现象；10.2工期方面：比常规深基坑施工节省约1/7～1/5工期；10.3成本方面：降低了基坑工程成本造价约10％～30％。社会效益：从工程实际效果来看，大型深基坑深坑底板后浇施工方法，用于“超高层底板”施工，不论从哪个角度都明显优于按步就班的常规深基坑施工。施工周期大大缩短，对周边环境影响减弱，得到了工程所在地建设主管部门的一致好评，社会效益明显。11、应用实例实例一苏州润华环球大厦工程11第页共11页 苏州润华环球大厦工程位于苏州市工业园区，东临星海街，南侧苏惠路，西侧星桂街。本工程上部结构由两栋超高层组成，A楼上部高度286m，B楼上部高度236m，设有三层地下室。本工程采用留坡挖土及坑中坑混凝土后浇的综合技术，使工程从挖土结束到大面积底板完成仅用了100d，这一施工速度在同类深基坑施工中尚未有见。该方案不仅大大加快了施工速度，而且有效降低了工程基坑施工的风险，并取得了良好的经济效益。本工程采用留坡挖土的方法使30万m3的土方开挖节省了150多万元人民币，而且省去了第三道支撑相当节约成本400万元，比同类基坑挖土节约了成本。该工程基坑施工赢得了专家和苏州工业园区建设主管部门的一致好评。该成功案例在施工组织与部署、施工工艺流程、土方开挖方法、坑中坑混凝土后浇施工等方面积累了丰富的现场经验，为今后类似工程的设计与施工提供了可参考的宝贵经验。实现降低基坑风险、确保基坑进度要求的目标，为建设单位节省深基坑施工造价约550万元，同时为我司创造了良好的经济效益和社会效益。实例二瀛通绿地大厦工程上海市卢湾区瀛通绿地大厦工程，位于卢湾区日晖东路以北、东，开平路以西，龙华东路南园大厦以南。该工程包括办公楼，公寓式办公楼及地下车库、商业房等。工程地下三层，地上十九至二十层，地上建筑面积约55480平方，地下建筑面积约31800平方。本工程采用留坡挖土及坑中坑混凝土后浇的综合技术，使工程从挖土结束到大面积底板完成仅用了120d，比业主要求的150d提前了30d，同时由于采用留坡挖土比业主和设计方案的栈桥取土节约了15元/立方,合计费用15×25万立方=375万元,同时由于坑中坑后浇,减少了坑中坑部位的支护钻孔灌注桩改为三轴搅拌桩节约成本约120万元,本工程通过采用留坡挖土及坑中坑混凝土后浇工法累计节约成本495万元,取得了良好的经济效益。实例三星海环岛凯尔顿大酒店工程常熟市星海环岛凯尔顿大酒店工程位于常熟市中心金沙江路，毗邻常熟市政府，西眺虞山。地上29层，地下2层，基坑开挖面积：5504平方米，基坑四周延长369米，平均开挖深度10.4米，电梯井局部为16.5米。本工程采用留坡挖土及坑中坑混凝土后浇的综合技术，使工程从挖土结束到大面积底板完成仅用了80d，比业主要求的100d提前了20d，工程挖土方量6500立方，节约挖土成本80万元，同时由于采用坑中坑混凝土后浇使原来的坑中坑加固工作量由200万元减为100万元，本工程通过采用留坡挖土及坑中坑混凝土后浇工法累计节约成本180万元,取得了良好的经济效益和社会效益。11第页共11页'