超大深基坑无支护土方开挖施工技术应用

超大深基坑无支护土方开挖施工技术应用

苏勇

（上海建工集团股份有限公司上海200080）

【摘要】通过分析超大深基坑无支护开挖形式，并结合工程案例探讨了施工技术的应用，简要介绍施工过程中应注意的事项，有关经验供相关人员参考。

【关键词】超大深基坑；无支护；开挖；施工技术

【中图分类号】TU753.1【文献标识码】A【文章编号】1002-8544（2017）06-0078-03

1.工程介绍

宝钢宽厚板轧机加热炉工程相邻建构筑物较多，周围环境复杂。加热炉基础属超大深基坑，基础占地区域面积：103.687m×61.2m，基底标高从-10.0m～-12.5m，形成三个不同的标高区域，它们从北到南分别是：-12.5m、-10.0m、-11.0m。如果做水泥搅拌桩挡土墙加固地基，费用很大，且周围需要施工的建筑物又多，存在较大的困难。全面大开挖场地有限，条件不允许，决定采用无支护土方开挖（边坡及坡顶不采取地基加固等措施），能否成功，主要以边坡上的PHC桩不断裂、不倒塌，边坡土体不塌方为依据。

地下水属潜水类型，其主要分布在①、②、③层，其来源为大气降水、生产和生活用水。地下水水位稳定在-0.90～-2.00m，相当于绝对标高为2.83～3.96m。

2.施工方案

2.1开挖方式选择

基坑开挖的深度普遍分布在③淤泥质粘土和④淤泥质土两层。考虑到加热炉的实际施工进度和具体环境情况，加热炉基坑的土方开挖采用无支护开挖，要确保基坑在没有围护的情况下边坡的稳定性是难点与重点。

2.2土方边坡的确定

2.2.1土方边坡的初步确定

加热炉基础工程土方边坡的初步确定是根据宝冶以往建设宝钢工程的经验来确定的，特别是考虑到加热炉基坑周围的实际情况不允许给出足够的放坡空间。其原则为，一级边坡的边坡系数确定为1:1；二级边坡确定为1:2。根据这个结果，我们利用同济大学的启明星边坡稳定性计算软件进行了计算，结果显示边坡的稳定性系数均在1.2以上，属于安全范围。注意：该计算结果是在未考虑任何的外界因数的情况下得出的结论。

图2加热炉土方降水断面图

2.2.2基坑边坡的进一步确定

随着方案深化过程，以及对冶金建设类似施工出现的PHC桩的倒桩或断桩现象的分析，采取上述的边坡进行土方开挖很难避免出现倒桩或断桩，为此，根据现有资料以及设计院的配合，重新对基坑边坡的稳定性从理论上进行了分析计算，综合情况决定对基坑边坡进行调整：一级边坡的放坡系数调整为1:1.5；二级边坡调整为1:2.5，三级边坡的放坡系数为1:3，并且要求总体边坡的放坡系数要达到1:2.5以上。一级土方的开挖深度为-5.0m，二级土方的开挖到-9.0m，三级土方开挖到基坑底部，并且在一级与二级边坡的交界处留设一个5m宽的施工平台，二级与三级边坡的交界处也设置一个平台，其平台的宽度为3m，实际上也是为了边坡的稳定。经过修改以后的边坡被确定为最终的土方开挖边坡。

图3加热炉土方降水断面图

基坑边坡虽然已经确定，但对于基坑的稳定性来说并不是绝对保证。而且，根据计算结果，基坑边坡的安全系数也比较低（根据计算结果总体的安全系数为1.2左右）。因此，在确定该边坡系数的同时，对基坑土方开挖前的降水做了明确的规定，必须要确保基坑的降水，并且还要求必须要有基坑的抢险预案。

2.3土方降水

对于本工程的土方降水采用的是两级降水。一级降水采用的是轻型井点的降水方式；二级降水采用的是喷射井点与轻型井点相结合的降水方式，并且考虑到加热炉的基坑的范围较大，还在基坑的中间增设了临时的喷射井点与轻型井点相结合的降水。对于临时降水在土方开挖过程中边挖边拔。

图5加热炉土区方降水平面图

土方开挖采用分层分段进行，开挖方向由G列向C列进行，共分为三段进行开挖：

图6加热炉区土方开挖顺序图

土方边坡采用钢筋网片和砼抹面护坡，厚度为5cm，以确保基坑边坡土体的稳定。

2.4.2土方开挖时应注意的事项如下：

（1）一级降水7-10天后开挖二级降水沟；

（2）二级降水10-15天后开始挖深基坑；

（3）挖土标高预留150mm—200mm由人工清理，并用挖土机装车带走，防止超挖。

（4）开挖时应指定专人指挥机械开挖，特别是采用“接力”挖土时，挖土机平面位置及回转方向均须统一指挥，互相配合。

（5）一级降水管，必须用路基箱架空降水管，路基箱距离降水管0.2米以上。

（6）每一级挖土的高度作如下规定：

①原则上，-5.0m以下的土方开挖每一层的开挖高度应以2.5m为宜，在降水效果特别好，且天气特别好的情况下，可以达到4.0m的开挖高度。

②土方开挖过程中，不管最终形成的坡度为多大，土方开挖的临时坡度要求要达到1:3的比例，以确保基坑的稳定性。

（7）“接力”挖土各台阶面在施工停留期间注意排水工作，防止雨天积水。

（8）土方停挖后的临时边坡的坡度一定要达到1:3以上，如遇到下雨，应采用塑料薄膜将其边坡覆盖，不要让雨水进入边坡的土层内。

（9）土方开挖时应派专人对基坑周围进行检查，并对基坑进行监测，发现异常情况及时上报，启动应急预案。

2.5基坑土方监测

基坑边坡的稳定性监测：由于基坑较大，且施工周期长，基坑稳定性监测是该项目的重点，对此应做好以下几个方面的监测：

（1）边坡稳定性监测：主要是做好边坡的位移与变形监测；

（2）周围PHC桩的监测：主要是监测桩体的位移，以确定桩体的变形程度，进而据此采取相应的防护措施；

（3）基坑底部土体的监测：主要是确保基坑土体隆起的程度，进而采取有效的施工方法去抵制基坑的隆起；

（4）降水监测：主要是确保基坑土体的降水情况，据此确定采用有效的降水措施。

所有的监测从土方一开挖就进行，确保土方开挖的整个过程均有观测记录，特别是基坑成型后的监测更应具有严格的监测记录及监测后的数据处理、上报等措施。

3.问题及处理

（1）在-7.0m～-9.0m的位置处有一层地下水层，降水时没有很好的考虑，进而在开挖的过程中出现富余水外流的现象。针对该问题，我们采取了使用临时的微型井点进行点降，效果明显。

（2）基坑第一次开挖到-12.7m标高处时，出现了北部边坡和部分桩体的较大位移。有一个桩体观测点结果是：24h坑内位移19.8cm，且边护坡也出现局部隆起。对此，采取停止土方开挖作业；同时，采取将桩体间进行注浆方法来提高桩体抵抗边坡变形的能力；并加强了基坑的监测工作，要求平均每2小时监测一次数据。做好若边坡继续大位移，将要采取基坑回填的方式来进行处理。经过2天的观测，基坑的进一步位移已基本稳定，整个2天以来累计位移为5cm，PHC桩的变形在可控范围内，证明措施得当。

（3）土方开挖到基坑底部后，基坑底部出现隆起以及基础桩发生位移。针对这一问题，我们采取通过增加桩连梁和在基坑四周增加压底梁的方法来抵抗桩体的位移和基坑底部的隆起；同时，加快底板施工的进度，做到挖出一块基坑，就立即施工一块底板，以此来起到抵制基坑变形的目的。

4.总结

对于深基坑的开挖，如果采用无支护的方式进行开挖，要确保两个措施：

（1）超大深基坑的土方的两级降水，一级采用轻型井点降水；二级降水采用喷射加轻型井点相结合的方式进行降水。降水效果的好坏对基坑的稳定性是最重要的。

（2）土方的边坡系数确定，土方边坡系数的确定正确与否直接关系到基坑边坡的稳定，要经过精确的演算和参照规范确定下来的。且在土方的开挖过程中，一定要注意对边坡的防护。

通过加热炉基础工程基坑土方开挖的事例可以看出，超大深基坑的开挖,从事前准备，到基坑开挖结束，一定要对开挖方案进行严格的编制与审定，并多方寻求意见，参考类似工程的经验教训，才能取得良好的效果。

参考文献

[1]赵志缙，赵帆.高层建筑施工（2版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[2]上海市建设工程规范《基坑工程技术规范》DG/TJ-61-2010.

[3]刘国斌，王卫东.基坑工程手册[J].2版.北京：中国建筑工业出版社，2009.

作者简介：苏勇，男，1976年4月4日，汉，山东庆云，职称：工程师，国家一级建造师，从事工作：工程公路市政桥梁施工管理。