商业中心深基坑土方开挖技术研究

商业中心深基坑土方开挖技术研究

张跟柱，李旺，胡永红，汪盼盼

中国建筑第五工程局有限公司安徽分公司，安徽 合肥 230041

摘要：在大型商业中心施工过程中，深基坑土方开挖是深基坑施工的重要部分，为了保证深基坑施工工期及施工质量安全，以某商业中心深基坑为例，通过分析深基坑特点、地质条件及周围环境，给出了土方开挖三个阶段的开挖形式，对盆式开挖方式进行了详细分析；对桩顶水平位移及周围管线沉降进行了监测，监测数据均在可控范围内，该深基坑工程土方开挖方法合理；为类似深基坑工程提供参考和借鉴。

关键词：深基坑；土方施工；盆式开挖；施工技术

随着我国社会经济的快速发展，建筑行业整体发展也不断加快，深基坑工程也越来越多；在目前建筑工程施工建设过程中，深基坑土方开挖技术研究至关重要^[1]。深基坑工程是大型商业中心施工的基础性工程，深基坑工程施工涉及基坑支护技术方法、土方开挖方法及支护体系过程监测监控等诸多内容^[2]。基坑开挖是一个动态过程，与之有关的稳定和环境影响也在动态变化中^[3-4]。深基坑开挖过程中支护体系变形过大失稳坍塌是目前难度最大的深基坑破坏问题^[5]。在深基坑施工过程中对支护体系位移及周围管线沉降监测很重要，为确保工程安全，应根据深基坑支护体系变形及周围环境进行实时监控^[6]。本文以某商业中心深基坑工程为例，对深基坑土方开挖技术进行研究，给出不同阶段土方开挖方式。

1 工程概况

1.1 项目简介

本工程中商业中心建筑面积约20万m²，其中地上约11万m²，地下约9万m²，建筑高度43.85m；地上建筑七层，地下部分由负三层地下室区域、负二层地下室区域及负一层地下室区域三部分组成；具体分布见图1所示。商业负三层开挖底标高为-15.4m，平均开挖深度约为15.5m；负二层开挖底标高为-10.5m，平均开挖深度约为10.65m；负一层开挖底标高为-6.6m，平均开挖深度约为6.15m；地下三层基坑为一级基坑，地下二层、一层基坑为二级基坑。

图1 深基坑区域分布及监测示意图

Fig .1 Regional Distribution and Monitoring of Deep Foundation Pit

1.2 地质条件

拟建场地位于长江中下游冲积平原长江北岸，地貌为长江河漫滩，微地貌类型为长江泛滥区的湖沼地。地貌形态单一，先期地形稍有起伏，后期由于人为改造，现状地形较为平坦。土质情况为①层杂填：土层厚约0.8-4.8m；②淤泥质粉质粘土：层厚约5.4-13.5m；②2层粉土夹粉砂、②3层淤泥质粉质粘土、③层淤泥质粉质粘土：层厚约2.70-12.3m； ④层粘土：层厚约2.50-7.30m；⑤层圆砾：层厚约7.2-24.6m；⑥层强风化泥质砂岩：层厚约0.5-6.5m；⑦层中风化泥质砂岩：该层未揭穿，最大揭穿厚度9.7m。拟建道路沿线场地浅层地下水为第四系孔隙性潜水，主要含水层为第(1)层填土和第(2)层淤泥质粉质粘土，稳定水位埋深1.00～1.80m，稳定水位标高10.50～15.60m，主要受大气降水、地表水及侧向地下水补给，水量一般。

2 基坑支护

该深基坑采用排桩围护+SMW工法桩+两道钢筋混凝土内支撑支护结构形式。第一道钢筋混凝土支撑顶标高为-3.0m，采用钢筋混凝土结合冠梁支撑；第二道钢筋混凝土支撑顶标高为-8.7m，采用钢筋混凝土结合围檩支撑；商业负三层基坑外侧为道路范围支护结构形式采用桩直径1200mm，桩长29500mm，间距1400mm排桩围护，排桩后设置一道SMW工法桩（桩直径650mm，桩长26000三轴搅拌桩内插长度为6000mm、间距为1350mm的10#工字钢）作为辅助支护和止水措施，灌注桩顶标高为-3.8m，SMW工法桩顶标高为-1.3m，基坑内设两道钢筋混凝土支撑梁作为基坑支撑结构，支撑梁节点下设钢格构柱支撑。坑中坑采用长度为9000mm的拉森钢板桩加固。基坑底部设置底板钢筋混凝土标号混凝土的素混凝土传力带，局部采用4.25m×2.9m×6m（直径为650mm、长度为6000mm的三轴搅拌桩组成）暗墩加固。基坑采用坑底集水明排结合降水井方式降排水。

3 土方开挖

该深基坑土方开挖分为三个阶段，第一阶段由地表开挖至第一道钢筋混凝土支撑梁底，大面分层开挖至标高9.300m位置；第二阶段由第一道钢筋混凝土支撑挖至第二道混凝土支撑梁底，分4层开挖至3.900m位置；第三阶段由第二道钢筋混凝土支撑挖至基坑底部，分4层开挖至-1.000位置处，剩余30cm人工清除。由图（a）第一阶段土方开挖分区平面布置图及图（b）土方开挖剖面示意图可知：商业中心深基坑第一阶段土方开挖分为1#-10#共10个区域，土方开挖施工顺序为1#→2#→……→10#，土方标高开挖至冠梁底下10cm，预留出钢筋混凝土支撑梁的垫层施工空间。冠梁、第一道钢筋混凝土支撑梁施工完成强度达到设计要求后进行第二阶段的土方开挖。由图（c）第二阶段土方开挖分区平面布置图及图（d）土方开挖剖面示意图可知：为保证土方开挖及钢筋混凝土支撑梁能够同时施工，该阶段采用盆式开挖方式；即在冠梁及钢筋混凝土支撑梁施工过程中，A区域可在不影响内支撑体系施工部位进行土方开挖，待内支撑体系施工完成且达到开挖条件后，即可进行梁底土方开挖，梁底优先开挖1区，然后依次开挖2区、3区，1区首先开挖至第二道钢筋混凝土支撑梁底10cm后，即可着手施做该区的第二道钢筋混凝土支撑，然后依次施工2区、3区，形成作业流水。A区土方基本开挖完成，施做第二道钢筋混凝土支撑及等强过程中，即进行C区域土方开挖。B区域土方开挖与A区同时进行，同样首先采用盆式开挖方式，待第一道钢筋混凝土支撑梁强度具备梁底开挖条件后，即可进行梁底土方开挖，B区域梁底挖方同样分段进行，依次开挖1区、2区和3区，每段分层开挖至第二道钢筋混凝土支撑梁底10cm后即可着手施工第二道钢筋混凝土支撑，依次形成流水作业。第二道钢筋混凝土支撑梁施工完成，具备开挖条件后，即可开始开挖第三阶段土方开挖。由图（e）第二阶段土方开挖分区平面布置图及图（f）土方开挖剖面示意图可知：该阶段采用盆式开挖方式，优先开挖A区域土方，待钢筋混凝土支撑梁强度条件具备后逐渐对四周梁底进行分段分层开挖，基底上30cm厚土方采用人工清土，每开挖完成一段，即浇筑一段的混凝土垫层。B区域支撑梁强度达到开挖条件即可开挖，采用盆式开挖方式，梁底采用分段分层开挖方式，开挖完成一段，即施做一段混凝土垫层。该阶段挖方不涉及C区域，在A区域和B区域第三阶段土方开挖过程中，C区域可施工结构垫层、底板。所有挖方均从钢栈桥出土，第三阶段土方开挖时，要在钢栈桥处预留出土坡道，待基坑里面土方全部开挖完成，最后再进行汽车坡道的土方开挖。

1. 第一阶段土方开挖分区平面布置图 （b）第一阶段土方开挖剖面示意图

（c）第二阶段土方开挖平面布置图 （d）第二阶段土方开挖剖面示意图

（e）第三阶段土方开挖平面布置图 （f）第三阶段土方开挖剖面示意图

图2 三阶段土方开挖布置图

Figure 2 Three - stage earth excavation

4 监测结果分析

为了确保该商业中心深基坑土方施工过程安全，对该深基坑土方开挖三个阶段桩顶水平位移及周边管线进行了的动态监测监控。由于本工程采用两道钢筋混凝土支撑，所以施工周期较长；本文选择2020年8月-2021年1月这一阶段监测结果进行分析。由图3可知排桩顶部水平位移累计值随着时间增加不断增加，增长率随时间增加不断减小，最大水平位移累计值为8.8mm，在预警值范围内；由图4可知周边管线竖向位移累计值随着时间增加不断增加，增长率随时间增加不断减小，管线最大竖向位移累计值为23mm，在预警值范围内。由监测结果可知，基坑在土方开挖施工过程中各项指标均在控制范围内。

图3 桩顶水平位移曲线图 图4 周边管线竖向位移曲线图

Fig .3 Curve of horizontal displacement of pile top Fig .4 Vertical displacement of peripheral pipeline

4 结语

本文基于商业中心深基坑工程项目进行基坑土方开挖技术研究，分析了具体土方开挖形式，进行桩顶水平位移及周围管线沉降监测，得出如下结论：

1)给出了深基坑支护结构体系，该基坑采用排桩围护+SMW工法桩+两道钢筋混凝土内支撑支护结构形式。

2）第一阶段采用大开挖方式进行土方开挖，第二阶段及第三阶段采用盆式开挖方式，既保证平行施工，又能很好的组织流水施工。

3）通过分析监测数据可知，围护桩顶水平位移及周围管线沉降数据均在控制值范围内；该深基坑土方开挖方式能够为类似深基坑工程提供借鉴意义。

参考文献

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作者简介：张跟柱（1993-），中国建筑第五工程局有限公司安徽分公司，技术员，主要从事施工技术管理工作。

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