流塑狀高回填土區(qū)土方開(kāi)挖關(guān)鍵施工技術(shù)

周 濤 張?zhí)飸c 龐 拓

1. 北京中建地產(chǎn)有限責(zé)任公司 北京 100071；2. 中國(guó)建筑第二工程局有限公司 北京 100071

1 工程概況

背景工程規(guī)劃總建筑面積為64 500 m2，由8棟11層、1棟24層、1棟26層和1棟2層商業(yè)配套用房組成，結(jié)構(gòu)形式為框剪結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式為樁筏基礎(chǔ)。

工程地位于昆明斷陷盆地北部邊沿緩坡地帶，場(chǎng)地整體北高南低，高差7.5 m，南側(cè)常年積水形成水潭。土方開(kāi)挖深度為1.5～4.5 m，樁基深度為1.1～45.1 m，樁基混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。

1.1 地質(zhì)概況

勘探孔最大揭露深度為73.7 m。根據(jù)場(chǎng)地鉆探揭露表明，在勘探深度范圍內(nèi)地基土構(gòu)成自上而下為：第四系全新統(tǒng)人工堆積層（Q4ml）雜填土和素填土；第三系茨營(yíng)組（N2c）粉質(zhì)黏土、泥炭質(zhì)土、粉土層。依據(jù)成因類型、結(jié)構(gòu)特征、巖性及物理力學(xué)性質(zhì)，將場(chǎng)地的地基巖、土劃分為3個(gè)工程地質(zhì)單元層，8個(gè)亞層。其中，①1層素填土、①2層雜填土為欠固結(jié)土，其余土層為超固結(jié)土。各土層厚薄不均勻，填土較厚，均勻性極差，導(dǎo)致地基土的工程力學(xué)性質(zhì)在水平向和豎向上不均勻，綜合判定場(chǎng)地地基為不均勻地基，地基土應(yīng)為不均勻地基土。

1.2 水文氣象情況

工程處于低緯度高原平壩地區(qū)，屬亞熱帶高原季風(fēng)氣候類型。晝夜溫差較大。降雨主要集中在5—9月，平均降水量為11.0～782.0 mm，年最大值為8月份，達(dá)161.0 mm。

1.3 不良地質(zhì)情況

通過(guò)對(duì)1999年—2015年的衛(wèi)星圖（圖1、圖2）對(duì)比分析，本工程場(chǎng)地為早期磚瓦廠的取土場(chǎng)地，在20世紀(jì)90年代開(kāi)始取土開(kāi)挖，取土?xí)r對(duì)場(chǎng)地及周邊進(jìn)行了大面積的開(kāi)挖，在場(chǎng)地區(qū)域范圍內(nèi)形成多個(gè)人工開(kāi)挖的大坑。在2011年開(kāi)始進(jìn)行場(chǎng)地回填，將整個(gè)場(chǎng)地除2個(gè)水潭未進(jìn)行回填完以外，其余的取土坑和低洼處全部回填至現(xiàn)狀標(biāo)高。故本場(chǎng)地回填土回填歷史為7—9年，場(chǎng)地內(nèi)的成分主要有粉質(zhì)黏土、圓礫及少量的建筑垃圾，場(chǎng)地回填期間并未進(jìn)行分層碾壓，同時(shí)因填料的不均勻性、地表水的浸泡、周邊建設(shè)工程傾倒大量泥漿等作用下，在場(chǎng)地中央形成了沼澤地，即流塑狀填土區(qū)域，如圖3所示。

圖1 2007年衛(wèi)星圖

圖2 2015年衛(wèi)星圖

圖3 流塑狀填土區(qū)域分布

Ⅰ區(qū)為流塑狀填土較淺區(qū)域，該區(qū)域靠近龍溪路水潭，深度為0～5 m；Ⅱ區(qū)為流塑狀填土較深區(qū)域，該區(qū)域表層有0.5 m硬殼層，平均深度為10 m。

2 施工控制難點(diǎn)

針對(duì)此地質(zhì)條件，如何保障土方開(kāi)挖前機(jī)械設(shè)備的進(jìn)場(chǎng)，如何布置設(shè)備線路和機(jī)械站位，如何確定土方開(kāi)挖放坡比例、出土順序和方向，如何有序控制開(kāi)挖過(guò)程中的施工質(zhì)量、機(jī)械設(shè)備安全等，是本工程施工控制的重難點(diǎn)。根據(jù)以上重難點(diǎn)，制定出本工程土方開(kāi)挖技術(shù)路線：通過(guò)對(duì)流塑狀高回填土區(qū)土方開(kāi)挖關(guān)鍵施工技術(shù)進(jìn)行研究，主要對(duì)土方開(kāi)挖過(guò)程中機(jī)械站位、堆土范圍和高度進(jìn)行計(jì)算分析，為實(shí)施提供理論依據(jù)，制定質(zhì)量安全控制措施，確保土方開(kāi)挖過(guò)程中的安全和樁基質(zhì)量的成品保護(hù)。

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 機(jī)械設(shè)備選擇

綜合考慮工程實(shí)際進(jìn)度情況，本工程采用的機(jī)械設(shè)備如表1所示。

3.2 場(chǎng)地平整及測(cè)量放線

采用挖掘機(jī)卡特312B，對(duì)運(yùn)輸?shù)缆肺恢眠M(jìn)行場(chǎng)地平整，并采用全站儀測(cè)出地下室及各建筑物轉(zhuǎn)角控制點(diǎn)，再依據(jù)各棟號(hào)基坑土方開(kāi)挖圖、剖面圖放出基坑開(kāi)挖線。

因場(chǎng)地內(nèi)存在流塑狀填土區(qū)域，地基承載力為0 kPa，而機(jī)械設(shè)備質(zhì)量達(dá)到39.26 t，設(shè)備行走過(guò)程中極易側(cè)翻，無(wú)法滿足施工要求，設(shè)備安全管控風(fēng)險(xiǎn)大。為此，本工程對(duì)設(shè)備行走路線范圍內(nèi)鋪設(shè)厚2 m建渣，兩邊外擴(kuò)1 m。當(dāng)建渣鋪設(shè)后仍無(wú)法滿足機(jī)械行走的地基剛度要求時(shí)，則再采用8 m×2 m×0.02 m鋼板鋪設(shè)。

表1 采用的機(jī)械設(shè)備情況

3.3 驗(yàn)線

完成基坑開(kāi)挖灰線后，項(xiàng)目經(jīng)理應(yīng)組織本項(xiàng)目技術(shù)、質(zhì)量、安全等相關(guān)人員會(huì)同監(jiān)理人員進(jìn)行驗(yàn)線，驗(yàn)線合格后，方可進(jìn)行下道工序施工。

3.4 土方開(kāi)挖

基坑開(kāi)挖土方厚1.5～4.5 m，且擬建場(chǎng)地原為磚廠，后形成溝洼地帶流塑土，故采用長(zhǎng)臂挖機(jī)以盆式開(kāi)挖的方式進(jìn)行。開(kāi)挖除預(yù)留人工撿底外一次開(kāi)挖成形，以避免土體擠壓造成坍塌或樁位移。若存在換填，則在開(kāi)挖完成后立即移交總包單位進(jìn)行基底換填施工，減小對(duì)樁基的影響。

采用分層、分段、均衡的原則進(jìn)行土方開(kāi)挖，以減少下滑動(dòng)力和周邊荷載。按照設(shè)計(jì)要求，本工程場(chǎng)地分3層進(jìn)行開(kāi)挖。第1層硬殼層開(kāi)挖厚度為1 m，放坡比例1∶2；第2層硬殼層開(kāi)挖完成，放坡比例1∶2；第3層回填土采用長(zhǎng)臂挖機(jī)按1∶8放坡，由于25 m長(zhǎng)臂挖機(jī)不能完全滿足1∶8放坡開(kāi)挖的需要，故每個(gè)開(kāi)挖點(diǎn)采用1臺(tái)卡特312B小挖機(jī)配合甩土。每10 m范圍為一段進(jìn)行分段施工，采用長(zhǎng)臂和普通挖機(jī)配合開(kāi)挖、倒運(yùn)。第1層硬殼層開(kāi)挖時(shí)，若挖機(jī)無(wú)法進(jìn)入，可采用鋪設(shè)鋼板鋪墊站位開(kāi)挖；第2層、3層開(kāi)挖時(shí)，挖機(jī)下鋪墊鋼板，以確保挖機(jī)站位穩(wěn)定可靠。

3.5 機(jī)械站位、堆土范圍和高度計(jì)算分析

采取最不利因素對(duì)挖機(jī)站位-土坡穩(wěn)定性、渣土車(chē)站位-土坡穩(wěn)定性、堆土距基坑邊距離-土坡穩(wěn)定性這3方面進(jìn)行計(jì)算分析。工程采用日立360挖機(jī)，自重約35 t，斗容量0.45 m3。為保守計(jì)算，不考慮土體擴(kuò)散角及壓力折減。采用瑞典條分法進(jìn)行分析計(jì)算，假定滑動(dòng)面為圓柱面且滑動(dòng)土體為不變形剛體，不考慮土條兩側(cè)上的作用力。

經(jīng)計(jì)算，開(kāi)挖內(nèi)部整體穩(wěn)定性安全系數(shù)均滿足要求。采用長(zhǎng)臂挖機(jī)進(jìn)行基坑開(kāi)挖時(shí)，挖機(jī)邊沿距坡頂不小于2 m；開(kāi)挖后土堆至出土路線旁，土體堆高不大于1.5 m，堆土點(diǎn)距基坑邊距離不小于3 m；用普通挖機(jī)進(jìn)行裝車(chē)運(yùn)土，渣土車(chē)行駛時(shí)距基坑邊坡不小于3 m。

1）第1層土方開(kāi)挖。此層開(kāi)挖主要工作內(nèi)容為采用SK350挖機(jī)對(duì)厚1 m的硬殼層進(jìn)行開(kāi)挖外運(yùn)。統(tǒng)一由一側(cè)向另外一側(cè)推進(jìn)開(kāi)挖，按照1∶2放坡，要求SK350挖機(jī)距離開(kāi)挖放坡上邊線為2 m，臨時(shí)堆土區(qū)離開(kāi)挖放坡上邊線≥3 m，堆土區(qū)采用SK350挖機(jī)進(jìn)行裝土外運(yùn)，渣土車(chē)行駛時(shí)距放坡上邊線≥3 m，具體如圖4所示。

圖4 第1層開(kāi)挖平面及剖面（單位：m）

2）第2層土方開(kāi)挖。此層開(kāi)挖主要工作內(nèi)容為采用SK350挖機(jī)對(duì)第2層≤1 m厚的硬殼層進(jìn)行開(kāi)挖外運(yùn)。挖機(jī)站位在第1層開(kāi)挖后的硬殼層上，此層開(kāi)挖后僅剩淤泥層，放坡及距離坡頂要求均同第1層開(kāi)挖工況，如圖5所示。

圖5 第2層開(kāi)挖平面及剖面（單位：m）

3）第3層土方開(kāi)挖。此層開(kāi)挖主要工作內(nèi)容為在第2層開(kāi)挖過(guò)程中，待工作面滿足施工要求時(shí)，及時(shí)插入長(zhǎng)臂挖機(jī)SK250進(jìn)行第3層土方開(kāi)挖。開(kāi)挖方式為：SK350挖機(jī)在前端取出最后一層硬殼層，后端SK250長(zhǎng)臂挖機(jī)采用1∶8比例放坡開(kāi)挖淤泥層，基坑內(nèi)放置1臺(tái)卡特312B小挖機(jī)進(jìn)行承臺(tái)、地梁開(kāi)挖，由長(zhǎng)臂挖機(jī)甩土至堆土區(qū)，放坡及距離坡頂要求均同第1層開(kāi)挖工況，具體如圖6所示。

3.6 土方清運(yùn)

土方開(kāi)挖后棄土外運(yùn)至棄土場(chǎng)堆放，棄土場(chǎng)須有相應(yīng)的運(yùn)營(yíng)證書(shū)，是合規(guī)合法的棄土場(chǎng)，棄土場(chǎng)周邊環(huán)境確保安全，雙方簽訂棄土協(xié)議。

土方運(yùn)輸線路需征得城市管理部門(mén)、交通管理部門(mén)等當(dāng)?shù)叵鄳?yīng)管理部門(mén)的同意，辦理相應(yīng)的運(yùn)營(yíng)證件，派專人進(jìn)行道路安全、衛(wèi)生管理。土方運(yùn)輸線路一經(jīng)確認(rèn)，不得隨意改變，司機(jī)必須按確定的路線行駛。

圖6 第3層開(kāi)挖平面及剖面（單位：m）

4 結(jié)語(yǔ)

本工程因地勘報(bào)告中未針對(duì)此部位作出詳細(xì)說(shuō)明和揭示，且時(shí)間較為久遠(yuǎn)，導(dǎo)致在開(kāi)挖淤泥區(qū)內(nèi)塔吊基礎(chǔ)時(shí)，出現(xiàn)8根偏樁，偏樁距離1.1～3.2 m。因此，項(xiàng)目在大面積土方開(kāi)挖前，針對(duì)淤泥區(qū)范圍內(nèi)的208根樁基進(jìn)行分類并分區(qū)制定開(kāi)挖措施。在實(shí)際施工過(guò)程中成效較好，工程進(jìn)度、質(zhì)量、安全、經(jīng)濟(jì)性得到保障，尤其是有效地控制了樁基質(zhì)量。在嚴(yán)格按照此技術(shù)實(shí)施后，未出現(xiàn)偏樁、斷樁等質(zhì)量問(wèn)題。開(kāi)挖后對(duì)樁基進(jìn)行小應(yīng)變檢測(cè)，樁基質(zhì)量全部合格[1-5]。

施工過(guò)程中采取的措施和計(jì)算分析等，為在此地質(zhì)條件下先施工樁基工程、再進(jìn)行樁間土開(kāi)挖的項(xiàng)目提供了新思路和理論依據(jù)，為流塑狀高回填土區(qū)土方開(kāi)挖施工提供了良好的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，具有一定的推廣價(jià)值。