特定工期及場地條件下分級接力挖土技術應用

朱永清

(山西四建集團有限公司，山西太原 030012)

1 工程概況

省委應急指揮中心暨公共配套設施項目，框剪結構，由主樓及位于主樓南北兩側的地下車庫兩部分組成。主樓地上8層，地下2層;地下車庫為2層。總建筑面積約24 454．4 m2，建筑高度42．6 m。

平面圖見圖1。

圖1 施工段劃分圖

由于車庫與主樓地下部分連成一體，基坑長117 m，寬71 m，開挖深度11．4 m，開挖自然土方量95 115 m3，需外運土方量按虛方算達95 115×1．3=123 650 m3。根據工期要求必須在20 d內完成全部土方挖、運。

工程位于省委辦公大院內，太原市最繁華的迎澤大街路北，主干道桃園路以西，即:東側7．7m為商鋪樓，西側17．7m處即為省委辦公大樓，南面緊鄰迎澤大街人行道邊，北面緊鄰省委院內主要行車及人行道路。無堆放場地，且出土口少，挖出土方必須隨挖隨運，具體如圖2所示。

該地段地處汾河岸邊，開挖范圍內主要土質依次為①雜填土，平均厚度1．04m;②素填土，平均厚度2．02m;③粉土，平均厚度2．39m;④粉細砂，平均厚度6．75m。場地嚴重液化，地下水位介于地表以下4 m～4．6 m，本工程(基坑開挖深度為10．65 m，局部電梯井部位達11．1 m)基底標高為－11．62 m，局部電梯井部位－13．36 m，主要處于第④層粉細砂層。

圖2 工程平面位置圖

2 影響土方開挖主要因素分析

1)驗樁:主樓部位最后1組試樁1月18日完成;2月15日尚才具備驗樁條件。

2)降水井施工于2月5日前方可施工完畢并開始降水。根據專家對懸臂式止水帷幕和汾河兩岸砂層地質多年降水的經驗判斷，結合最近幾年鄰近建筑施工的實際情況統計，降水開始一周后能降至地表下6 m;但6 m以下部分從降水開始時間起需要20 d(因砂層地質降水速度快，從懸臂止水帷幕下部回升的也快)，6 m以下具備挖土條件開始的時間最早為2月25日。

3)受場地限制，出土口少，且出土位置受限。

4)基坑深，場地小，下部土方不能利用坡道出土，必須進行二次或多次倒土，效率降低。

5)坑障礙物多，挖土難度大。樁位密集且超灌高度大(設計要求800 mm)，第三步土方開挖時，均為樁間土;同時現場不足200 m2一個降水井，降水井及管線密集布置，施工時對降水井的保護給挖土帶來難度;基坑四角設有鋼管角支撐，對挖土也有一定影響。

6)隨挖土的進展，在坑內四周同時進行噴錨支護交叉作業。

3 具體措施

3．1 降水工程

本工程能否順利進行，降水是第一個關鍵。因此我們走訪附近地質條件相近的工程，并對以往經驗教訓進行充分考慮，邀請業內知名專家，共同討論，制定了如下降水專項方案:

降水采用管井降水方案。基坑內共布設54孔降水井，直徑500 mm，井深18．7 m，縱、橫間距約 15．0 m。

在基坑四側設置回灌井，每隔15．0 m一孔，井深約12．0 m，總共24口。

觀察井共8口，坑外布置5個，坑內布置3個，井深約15．0 m，井直徑100 mm。

在降水井布置時，充分考慮了錯開建筑物的樁及樁承臺位置、梁、承重墻等結構部位，且盡量減少與挖土作業機械布置相干擾。

按此方案降水井于2月5日全部施工完成，并于2月7日正式啟動54口降水設備進行24 h不間斷抽水，至2月20日水位降至－12 m，為大面積土方開挖提供了第一技術條件。

3．2 驗樁

本工程主樓部位最后1組試樁1月18日施工完畢;2月15日尚才具備驗樁條件。按規范要求，由于以檢驗樁基承載力為主的靜載實驗，在樁身產生的應力水平高，若樁身強度低，可能引起樁身損壞或破壞，所以要求混凝土應達到28 d齡期(或同條件試塊達到設計強度)，并應同時滿足地基土休止時間的雙重規定后，方可進行靜載實驗。

為了加快驗樁速度，通過專家論證將原6組靜載試驗方案改為3組靜載試驗加6組高應變試驗，為及時全面開挖提供了第二個技術條件。

按照此方案進行2月18日驗樁完成，樁基的檢測結果滿足設計要求。

3．3 基坑支護工程

1)由于主要干道邊地下管線密布、辦公環境要求高、行人及車輛安全問題突出，因此挖土過程對周邊環境產生的變形控制要求高。

為了確保變形控制在允許值范圍，基坑支護采用單排鋼筋混凝土灌注樁四角加鋼角支撐，局部采用雙排樁支護。樁用旋挖鉆機成孔，樁徑為0．8m，樁間距1．5 m/1．8 m，樁長22．3m/20．6 m，超灌長度不小于800 mm。

該部分已于2012年1月施工完畢。

2)支護樁壓頂連梁:連梁混凝土采用C30，沿支護樁頂周圍澆筑，高度800，寬度900。

在降水井施工的同時，沿支護樁周圍進行挖土露出樁頭，土方挖至連梁底標高，清理出周圍的土方，進行壓頂連梁施工。

施工時將伸入連梁部分超灌的樁頭混凝土用人工鑿除，達到樁端伸入梁內50 mm～100 mm，整修樁頭鋼筋。將雙排樁之間的連系梁與樁的主筋焊接，梁底整平。

連梁內的預埋件(包括監測點)預先制作好，在綁扎連梁鋼筋的同時預埋于連梁內。控制安裝預埋件的位置、標高要準確，要與主筋焊接牢固。

3)鋼管角支撐。

鋼管支撐材料采用Q235，全部角撐采用φ630×14及φ273×8鋼管，鋼管連接采用坡口全焊透焊縫。

鋼管角支撐的支撐樁，每個角4根樁，采用φ900混凝土灌注樁，樁頂標高 －11．6 m，樁底標高 －20．6 m，配筋 8φ25，C30 混凝土，超灌長度設計要求不小于800 mm。

支撐樁上用格構式鋼立柱支撐水平鋼管，鋼立柱外形尺寸500×500;支桿用［125×12角鋼;綴板用－450×200×12鋼板，間距1．0 m，嵌入基礎底面以下混凝土灌注樁內3．0 m。

鋼管支撐焊接、安裝在土方開挖到相應的標高時及時插入;同時鋼管支撐的鋼筋混凝土灌注樁立柱支撐樁在周邊支護樁施工的同時已安排施工完畢。

3．4 土方開挖

總體布署:為了創造工作面，在降水井施工的同時，連梁頂部土方、鋼支撐部位的土方已陸續開挖完畢，以便及時插入連梁施工、鋼支撐的施工。

在驗樁完成，且通過監測觀測井水位滿足挖土條件后，大面積土方開挖于2月19日正式開始。

土方開挖方法的選擇，同類工程、類似工作量的施工經驗，按照常規采用分層、分段開挖方法施工工期需要4個月，而本工程從挖土開始到主體結構完工工期僅有80 d，因此土方開挖工程采用了三級接力開挖法。具體為，分三步臺階，每步各2臺 ～3臺挖機，每階挖機邊挖土邊將土傳遞到上層，最上層由地表挖土機挖土，同時往坑外的汽車上裝土，如圖3所示。

本工程基坑深度為10．65 m，局部為11．1m，三級接力開挖法可以一次開挖到位，與完全分層挖土方法相比較，主要有以下明顯優勢:

1)挖機在同一位置作業時間長，可減少挖機空轉時間，提高工作效率;

2)從南到北一次開挖到位，南邊坑底標高到位的部分，可適時進行驗槽，穿插開展下一步工序，為搶工贏得時間;

3)汽車在坑上停放，避免汽車在坑下裝運作業，不必設專用墊道;同時縮短運輸路線，提高工作效率。

當然，這樣也不可避免加大了投入:

首先，挖機一次投入多，多臺挖機同時工作;

第二，與分層開挖相比較，對挖機規格要求高:尤其最后一步為了滿足在坑上取土的需要，基坑出口處最后的土方由臂長18 m的挖機和基底小型挖機接力導出基坑，如圖4所示。

圖3 三級接力開挖法現場施工圖（一）

圖4 三級接力開挖法現場施工圖（二）

在土方開挖的過程中，項目部共投入330型挖機8臺、小挖機2臺、臂長18 m的挖機1臺，運土車90余輛，為挖土工作的順利實施提供了有力的設備保障。

這樣通過分層、分臺階布置挖機，挖機由下往上層層傳遞土方，最后由最上邊的挖機挖至裝卸車，直接運出場外，減少場地內的運輸車輛行駛，解決了場地限制造成坑外無運輸道路問題;同時，挖機層層傳遞土方，開挖效率高。

本工程從2月19日正式開始到3月11日土方挖運結束，22 d內累計完成挖運土工作量12．9萬m3，平均日產量5 860 m3，高峰期日產量接近10 000 m3。開挖速度及日產量在我集團乃至省內房建工程中都屬第一。

挖土時應注意的問題:

1)基底超挖:開挖基坑不得超過基底標高。

2)土方開挖時，應防止鄰近建筑物或構筑物，道路、管線等發生下沉和變形。對監測數據有異常時與設計單位及建設單位協商，采取防護措施。

3)要注意保護工程樁，防止碰撞或因挖土過快、高差過大使工程樁受側壓力而傾斜。

4)嚴禁挖機或運輸車輛碰撞支護結構，第一步開挖時嚴禁碰撞連梁。

5)做好對降水井、觀測井、回灌井的保護，挖土期間將井口內插入彩旗，醒目提示挖機、自卸汽車司機注意有井，不得碰撞;挖土時井筒四周人工對稱開挖，以防井筒傾斜;設置專人看護;當井口距開挖面2．0 m以上時，要及時將井筒切割，切割時采用竹膠板將井筒接口快速切斷，防止周邊土塊流入降水井內;當發現井底有淤泥時，要及時洗井。

6)做好對降水管線的保護，開挖前根據挖機與自卸汽車的運行方向，將管線平行布設;設置專人挪動排水管線;能架空時將管、線架空敷設。

3．5 監測

本工程土方開挖過程中，建設單位委托了第三方進行變形監測。在變形監測過程中，為甲方提供及時可靠的信息，并對可能發生的安全隱患或事故提供及時、準確的預報，避免事故的發生，為決策提供科學的數據和報告。

得失分析:本工程相比較而言，一次投入量大，但確保了施工一次成功，保證了工程質量，從另一個角度也節省了成本;同時減少了人力的投入，更重要的是縮短了工期，達到了預期的目標。對追求速度的今天來說，意義重大。在技術支撐下，刷新了挖土等多項省內記錄。