楊 熙

中國一冶集團有限公司上海分公司 上海 200443

1 工程概況

武漢武青堤（羅家港—武豐閘）堤防江灘綜合整治工程建設(shè)四路地下覆土建筑物（以下簡稱建四覆土建筑物）設(shè)于土堤堤身以下，為地下2層建筑，長459 m，寬39 m，頂部覆土0.3～1.4 m，總建筑面積31 801 m2。地下覆土建筑物為地上3跨、地下5跨的雙層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，建筑總高度9.3 m，地下1層層高5.1 m，地下2層層高4.2 m，采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，柱下承臺高1.5 m，承臺之間設(shè)600 mm×1 500 mm的連梁，底板厚600 mm。地下覆土建筑物底板高程19.1 m，普挖深度6.8 m，局部承臺、地梁處開挖深度為7.5 m，頂平臺高程為28.30 m，平臺總寬度為27.8 m，兩側(cè)用土體進行覆蓋使地下覆土建筑隱藏于土堤堤身中，通過踏步通道與堤內(nèi)市政道路相接（圖1）。

圖1 原江堤改為地下覆土建筑物示意

1.1 基坑周邊環(huán)境條件

建四覆土建筑物工程位于武青堤沿線，基坑平面布置呈長條形，基坑東側(cè)（長邊）為臨江大道，道路邊線距基坑邊線距離為7.5～25.0 m，同時建筑物較多，有青山區(qū)政府大樓和依江畔園住宅小區(qū)，因此施工期間對市民及交通影響相對較大?；游鱾?cè)（長邊）為堤外江灘，場地較為開闊空曠，僅有砂場、足球場、籃球場等，建筑情況比較簡單。基坑開挖范圍內(nèi)無地下管線。

1.2 工程地形地貌

根據(jù)現(xiàn)場實測，本工程場地靠近臨江大道側(cè)現(xiàn)狀地面標高約25.0 m，靠近堤外側(cè)灘地現(xiàn)狀地面平均標高26.0 m，較為平坦。場區(qū)地貌單元屬長江一級階地及河漫灘。

1.3 場地地層與分布特征

本工程在勘探深度范圍內(nèi)，按土層的成因、時代、沉積特征及工程地質(zhì)性質(zhì)不同，可分為：①層素填土；②1、②2、②2a層壤土，②3層壤土夾砂壤土，②4a層淤泥質(zhì)壤土，②4層壤土和②5層壤土；③1層粉砂，③2層粉砂，③3層細砂，③4層細砂和③5層含礫中粗砂；④1層強風化粉砂質(zhì)泥巖和④2層中風化粉砂質(zhì)泥巖共15層。

1.4 水文地質(zhì)條件

本工程場區(qū)地下水的埋藏類型為上層滯水和孔隙承壓水，上層滯水主要賦存于結(jié)構(gòu)松散、孔隙連通性好的①層素填土中，大氣降水為其主要補給來源；孔隙承壓水主要賦存于③層組砂性土中，與長江水有密切的水力聯(lián)系，呈互補關(guān)系。勘探時測得混合水位埋深1.20～5.50 m。場地周圍未見明顯污染源，根據(jù)鄰近場地水質(zhì)簡析報告并結(jié)合武漢地區(qū)經(jīng)驗可知，地下水對混凝土及其鋼筋具微腐蝕性。

2 施工重、難點分析

1）本工程基坑平面布置較為規(guī)則（呈長條形），基坑開挖面積大，深度較深，基坑工程體量較大。

2）場地地質(zhì)條件差，基坑開挖深度范圍內(nèi)存在淤泥等軟土，其承載力低、壓縮性高、穩(wěn)定性差，極易發(fā)生坡體滑移、基坑側(cè)壁失穩(wěn)及坑底隆起等工程事故。

3）本工程基坑底局部已進入粉質(zhì)黏土夾粉土粉細砂互層土，土層垂直滲透系數(shù)非常小，水平滲透系數(shù)較大，極易發(fā)生坑底突涌事故。基坑側(cè)壁有流塑狀態(tài)淤泥和粉土，易出現(xiàn)流土、流砂等現(xiàn)象。

4）基坑開挖進入軟土層后，挖土、運土機械行走困難，需要鋪設(shè)臨時行走道路等。

5）基坑開挖至軟土層后，挖土、運土機械行走極易造成工程樁、降水井等損壞，需要加強對其保護，嚴格控制挖土高差，要求每層挖土厚度不得超過1 m，土方施工機械行走需要對臨時道路進行硬化。工程樁、降水井周邊土體應(yīng)采用人工挖除。

6）施工任務(wù)重、工期緊。根據(jù)長江防洪要求，建四覆土建筑物基坑支護開挖、樁基、主體結(jié)構(gòu)、防水、回填等施工必須在一個非汛期內(nèi)完成（當年10月至次年4月底），施工絕對工期僅6個月，按常規(guī)的施工安排，無法按期完成。經(jīng)分析策劃，其中基坑支護、土方開挖施工是制約本項目工期的關(guān)鍵，因此如何確保地下覆土構(gòu)筑基坑能按期完成，是本基坑施工的重中之重。

3 基坑支護與降水方案設(shè)計

3.1 基坑支護設(shè)計方案

本工程基坑支護結(jié)構(gòu)形式為：基坑上部3 m采取四周放坡噴錨開挖，下部采取鉆孔灌注樁懸臂支護。

3.1.1 基坑支護樁

基坑豎向支護樁采用鉆孔灌注樁，樁徑0.9 m，間距1.3 m，樁頂標高21.50 m，有效樁長11.5～13.5 m，樁身混凝土強度等級C30。

3.1.2 基坑扶壁樁

臨江大道側(cè)延基坑長邊支護樁外側(cè)及靠江側(cè)局部土質(zhì)較差的部位外側(cè)每26 m設(shè)置1組φ900 mm@1 300 mm扶壁樁，樁頂標高及有效樁長同相應(yīng)的支護樁。

3.1.3 邊坡掛網(wǎng)噴錨

支護樁頂放坡坡面及平臺處均采用厚100 mm掛網(wǎng)噴射混凝土護面，土釘為1φ12 mm，L=0.6 m，橫向間距1.2 m，豎向間距1.2 m。面層掛網(wǎng)采用60 mm×40 mm×3 mm鋼板網(wǎng)，面層噴射混凝土強度C20，厚度100 mm。

3.1.4 樁間掛網(wǎng)噴錨

為防止支護樁間土體流失，樁間采用厚100 mm掛網(wǎng)噴射混凝土護面，掛網(wǎng)采用60 mm×40 mm×3 mm鋼板網(wǎng)。

3.2 基坑降水方案

3.2.1 上層滯水控制

上層滯水主要賦存于上層填土中，主要接受大氣降水和地表排水的滲透補給，無統(tǒng)一自由水面，水量受季節(jié)、周邊排泄條件直接影響。采取的控制措施為：

1）上層滯水、雨水采用坑頂、坑底挖排水溝、集水坑的排水措施，排水溝與外部排水管道連通。

2）排水溝和集水坑底板采用C15混凝土澆筑，側(cè)墻采用磚砌，施工期間應(yīng)嚴防雨水等地面積水侵入基坑周邊土體。排水溝凈寬300 mm，凈高300 mm，底板厚100 mm，側(cè)墻厚240 mm；集水井凈寬500 mm，凈高500 mm，底板厚100 mm，側(cè)墻厚240 mm。

3）對場區(qū)坡頂?shù)孛娌捎煤?0 mm的C20混凝土硬化寬2 m范圍，以防止地表水下滲。

4）在邊坡坡面每間隔2.0～3.0 m設(shè)置1個泄水孔。

5）基坑側(cè)壁，在支護樁外側(cè)設(shè)置單排φ850 mm@600 mm三軸攪拌樁止水帷幕，止水帷幕頂標高22.00 m，有效樁長7.5～10.0 m，底部深入②4層壤土不小于2 m。水泥強度等級為P.O 42.5，摻入量不得小于16%，水灰比為0.8～1.0，要求水泥土28 d無側(cè)限抗壓強度不小于1.2 MPa。

3.2.2 承壓水控制

下部砂層中的承壓水位受長江水位影響較大，對基坑的開挖具有一定影響。③1粉砂承壓含水層，頂板埋深最淺為9.8 m，基坑開挖后，基坑底板接近承壓含水層，基坑開挖至坑底后會發(fā)生突涌，根據(jù)武漢地區(qū)對地下承壓水降水經(jīng)驗，本工程采用深管井進行減壓降水，將承壓水頭降至坑底以下0.5～1.0 m?；觾?nèi)布設(shè)16口降水井，5口備用降水井兼作為觀測井，共21口井，降水井成井孔徑550 mm，井深23 m，抽水能力為1 440 m3/d。

4 基坑土方開挖施工組織

本工程基坑普挖深度6.8 m，單座基坑土方開挖量達到約160 000 m3，工程地質(zhì)條件較為復雜，土方開挖總體施工難度較大。

土方開挖是基坑工程施工的主要環(huán)節(jié)，所有支護措施均是為了土方順利、安全開挖。因此土方開挖的施工組織是保證土方開挖按期完工的決定性因素[1-2]。

4.1 開挖順序安排

根據(jù)現(xiàn)場實測，地下覆土構(gòu)筑物灘地上基坑開挖施工區(qū)域內(nèi)外自然地面標高均高于基坑支護設(shè)計圖紙中自然地面標高，相差0.5～2.0 m，覆土建筑物A-C列在現(xiàn)有防洪堤下，為了確?，F(xiàn)場實際施工與基坑支護設(shè)計工況保持一致，本工程基坑開挖總體順序如下：

1）第1步：平整灘地，灘地土方開挖至標高25.00 m，同時將現(xiàn)有防洪堤土方開挖至標高25.00 m。

2）第2步：開挖基坑冠梁以上土方，開挖底標高21.40 m，同步進行樁頂放坡坡面掛網(wǎng)噴射混凝土、冠梁施工。

3）第3步：開挖冠梁以下土方至坑底，普挖標高18.20 m，同步進行樁間掛網(wǎng)噴射混凝土施工，承臺、基礎(chǔ)梁開挖，承臺開挖底標高17.50 m。

4.2 土方分區(qū)開挖

本工程基坑平面布置呈長條形，長約480 m，寬約42 m，土方開挖從平面上擬分6個區(qū)域展開施工，施工順序為從中部③區(qū)、④區(qū)同步開始，依次向①區(qū)、⑥區(qū)開挖（圖2）。

圖2 土方開挖平面分區(qū)示意

每個區(qū)域土方分2次開挖至坑底，開挖采取退挖法，每區(qū)域內(nèi)土方開挖完成后，立即進行護坡噴錨及冠梁施工。

4.3 土方分階段開挖

為了盡量縮短施工工期，本基坑土方分階段開挖。綜合考慮基坑開挖面積大，并結(jié)合現(xiàn)場實際情況，基坑土方分3個階段開挖。

第1階段土方開挖將現(xiàn)有堤防從標高29.80 m開挖至標高25.00 m，土方量約40 000 m3。此階段分東、西、中三作業(yè)面同時開始。土方開挖前先清理表面草皮和地上建（構(gòu)）筑物拆除后的建筑垃圾，運輸至指定的棄渣場?，F(xiàn)有堤防的土方運輸至建設(shè)四路江灘堆放，作為基坑回填土和堤防覆土用土。由于場地原因，現(xiàn)有堤防土方在江灘只能堆放20 000 m3，其余土方外運至指定棄土場，待以后取土回填。

第2階段土方開挖從地面標高25.00 m開挖至冠梁底，開挖深度3.60 m，開挖面底標高21.40 m，開挖范圍內(nèi)主要土質(zhì)為壤土、壤土夾砂壤土，土方量約90 000 m3。該階段土方開挖相對較為簡單，開挖不受約束，采取分層、分段開挖的方式，利用反鏟開挖，從基坑中間開始，同步向基坑兩側(cè)開挖。開挖時盡量先開挖基坑邊坡及支護樁頂，以便樁頂坡面、冠梁等能快速施工（圖3、圖4）。

圖3 第2階段土方開挖示意

開挖前在場地內(nèi)鋪墊土方運輸車輛臨時行走道路，土方運輸車輛臨時行走道路為4條寬6 m的車道，采用碎石和片石鋪筑，厚度800 mm。此階段每座地下覆土構(gòu)筑物基坑設(shè)置8臺1 m3反鏟挖機。

圖4 第2階段土方開挖運輸車輛行走道路示意

第3階段土方開挖標高從冠梁底標高（21.40 m）至基坑底標高（18.20 m），開挖厚度3.20 m，開挖范圍主要土質(zhì)為壤土夾砂壤土、淤泥質(zhì)壤土?；拥字饕挥冖?壤土夾砂壤土層，局部進入②4a淤泥質(zhì)壤土層，土方量約70 000 m3。該階段基坑土方開挖深度較深，開挖相對較為困難，且土質(zhì)較差、開挖量較大，坑底局部土方需要進行二次轉(zhuǎn)運。為了便于施工，采取退挖方式，即每區(qū)域內(nèi)土方開挖完成后，立即進行墊層、承臺、地梁等開挖，局部大型反鏟開挖不到的土方采用小型反鏟轉(zhuǎn)運至坑邊，然后采用大型反鏟挖出（圖5）。

圖5 第3階段土方開挖示意

該階段土方開挖要等冠梁混凝土強度達到設(shè)計強度85%后方可進行。開挖應(yīng)遵守分層、對稱、均衡、限時開挖，嚴禁超挖的原則。該階段土方開挖局部為軟土層，為確保開挖范圍內(nèi)工程樁（超灌部分）、降水井等的安全，要求每層開挖厚度不得超過1 m，且工程樁、降水井周邊土體采用人工開挖，開挖過程中指派專人進行監(jiān)控。土方運輸車輛臨時行走道路為4條寬6 m的車道，采用碎石和片石鋪筑，厚度800 mm。在基坑兩端修筑坡道，坡比1∶8。此階段地下覆土構(gòu)筑物基坑設(shè)置8臺1 m3反鏟挖機。

第2、第3階段土方全部外運至指定的棄土場。

4.4 基坑土方開挖技術(shù)要求

1）土方開挖應(yīng)嚴格遵守“分段分層開挖、嚴禁超挖”的原則，并盡可能對稱、均衡地進行土方開挖。

2）對土方開挖過程中臨時邊坡范圍內(nèi)工程樁和降水井應(yīng)采取保護措施，均勻挖去其周圍土體，以避免其受到附加的側(cè)向壓力。

3）應(yīng)充分考慮施工作業(yè)荷載影響，嚴禁重型機械在基坑頂部行走和作業(yè)。

4）基坑開挖過程中必須堅持信息化施工，注意監(jiān)測信息的反饋資料，及時指導開挖工程。應(yīng)有充分的應(yīng)急準備，遇有異常情況時，應(yīng)及時調(diào)整施工措施。若出現(xiàn)緊急情況，則必須采取果斷措施，采取回填反壓、坡頂卸載的原則，阻斷事態(tài)發(fā)展，再行加固處理，消除隱患后方可繼續(xù)開挖。

5）基坑土方開挖要在深度范圍內(nèi)合理分層，在平面上合理分塊，并確定各分塊開挖的先后順序，可充分利用未開挖部分土體的抵抗能力，有效控制土體位移，以達到減緩基坑變形、保護周邊環(huán)境的目的?；訉ΨQ開挖，即對稱、間隔開挖；基坑限時開挖就是要盡量控制無支撐暴露的時間；基坑平衡開挖是指保持各分塊均衡開挖。

6）開挖到冠梁作業(yè)面后，應(yīng)及時進行冠梁的施工，減少基坑暴露時間和空間。

7）土方開挖分層厚度一般控制在1.5 m左右。軟土各分層開挖的深度不宜超過1 m。

8）基坑開挖期間，應(yīng)加強降水，確保地下水位始終在開挖面標高以下0.5～1.0 m。

9）挖土機械不得碰撞支護結(jié)構(gòu)、降水運行系統(tǒng)、測量標志和監(jiān)測元件，嚴禁損傷隔滲帷幕和碰撞、拖動工程樁；機械挖土應(yīng)避免對工程樁產(chǎn)生不利影響，挖土機械不得直接在工程樁頂部行走。

10）基坑周邊、放坡平臺的堆載及施工荷載不得超過支護設(shè)計規(guī)定的荷載值；基坑開挖的土方不應(yīng)堆放在基坑周邊及鄰近建筑物的影響范圍內(nèi)。按照設(shè)計要求，基坑坡頂周邊8 m范圍內(nèi)嚴禁堆載，挖出土方必須及時運出現(xiàn)場。

11）坑底應(yīng)根據(jù)地基土性質(zhì)預留厚度0.3～0.5 m（對樁基應(yīng)留厚1.0 m）的余土采用人工清理，防止大型機械開挖對天然地基及樁基造成擾動及破壞。已挖好的基坑應(yīng)及時進行清邊檢底，滿封墊層保護基底，以利于改善支護結(jié)構(gòu)的工作狀況。

12）鄰近基坑邊的局部坑中坑宜在大面積墊層完成后開挖。

13）基坑開挖過程中必須作好基坑內(nèi)外的截水、排水，防止水對基坑坑壁和坑內(nèi)土體浸泡，并保證正常施工作業(yè)面。

14）基坑開挖至坑底標高后，應(yīng)盡量減少暴露時間，及時進行墊層及基礎(chǔ)施工，防止坑底浸水和暴露，并及時將基礎(chǔ)和支護樁之間的空隙填充密實，確保其緊密銜接。

4.5 工程樁、降水井保護措施

本工程基坑開挖范圍內(nèi)存在軟土層，確保工程樁在挖土時不受損傷是基坑土方開挖的重點之一，主要采取的技術(shù)保護措施如下：

1）挖土前，對挖土施工單位、反鏟車司機做好技術(shù)交底，明確工程樁位置、挖土順序、每層開挖厚度等。

2）土方開挖時，派專人負責指揮，分層進行，嚴格控制標高。

3）當工程樁超出坑底過高時，應(yīng)控制分層開挖的深度和分段進行截樁，工程樁頂與開挖面底部高差保持在1.5 m范圍。在深厚軟弱土層分布區(qū)，要嚴格控制每層開挖厚度（分層厚度不得超過1 m）及長度，及時截斷過高的工程樁，清除樁側(cè)不均勻分布的土體，防止樁體受到外力而發(fā)生偏移和傾斜。

4）工程樁、降水井周邊土體應(yīng)采用人工開挖，并嚴格控制其四周土方高差不得超過0.5 m。土方開挖前先安裝降水水平管的垂直支撐，分階段分層開挖。降水水平管的垂直支撐用25#工字鋼，上部用200 mm×300 mm×10 mm鋼板做柱頭，下部用500 mm×500 mm×20 mm鋼板做柱腳。先開挖支撐部位的土方，安裝支撐后，再進行大面積開挖（圖6）。

圖6 降水管加固支撐示意

5）進入軟土層后，反鏟車不得在工程樁、降水井周邊行走和挖土作業(yè)，以免造成樁體偏位和斷樁。無法避讓時，需對工程樁、降水立管周邊土體進行加固，并派專人進行監(jiān)護[3-4]。

5 結(jié)語

大型建筑物深基坑土方開挖施工比較繁瑣，制約施工的復雜因素較多，對開挖技術(shù)也要求較高。在實際開挖施工開始前，應(yīng)當結(jié)合工程實際情況具體分析施工重、難點，制訂具有針對性的專項方案，為土方開挖的順利施工創(chuàng)造條件。在組織土方開挖的施工過程中，科學合理地選擇開挖機械設(shè)備，根據(jù)現(xiàn)場地下土層分布情況，按照相關(guān)規(guī)范要求來選擇合理的開挖方式和順序，重視深基坑土方開挖的質(zhì)量管理，在確保工程質(zhì)量和安全的同時，按照預定工期完工。