逆作法土方開挖的施工過程及措施

曹中海

上海建工四建集團有限公司 上海 201103

隨著我國城市經(jīng)濟快速發(fā)展，國內(nèi)建筑對施工技術(shù)的要求也日益增加，多數(shù)城市工地面臨著工期緊、施工現(xiàn)場場地限制、周邊環(huán)境復(fù)雜等問題，這時逆作法的優(yōu)勢就會體現(xiàn)出來。

逆作法適用于基坑較深、建筑場地狹小，周邊環(huán)境對基坑支護結(jié)構(gòu)的水平變形有嚴格限制的情況。其主要的工藝原理是先沿建筑地下室外邊線施工地下連續(xù)墻或其他支護結(jié)構(gòu)，同時在建筑內(nèi)部的柱子位置打下中間支撐樁（一柱一樁），作為施工期間于底板封底之前承受上部結(jié)構(gòu)自重和施工荷載的支撐，繼而施工地下室頂板的結(jié)構(gòu)梁板，作為地下連續(xù)墻剛度很大的支撐，在結(jié)構(gòu)留設(shè)取土口，隨后逐層向下開挖土方和澆筑各層地下結(jié)構(gòu)，直至底板封底[1-4]。

逆作法施工中土方開挖在地下室頂板完成后一直是限制逆作法施工效率的重要因素之一，與以往常規(guī)的基坑挖土分塊劃分不同，無法單純地按照常規(guī)的基坑施工中的土方開挖進行分塊，需要結(jié)合逆作法的結(jié)構(gòu)樓板的取土口分布情況進行分塊。

本文所選取的某醫(yī)療綜合類逆作法施工項目，在項目土方開挖及地下水情況等方面具有一定的代表性，且在逆作法施工中屬于難度較大的工程。文中總結(jié)了該工程土方開挖施工技術(shù)措施，并對如何合理分塊挖土和提高挖土效率進行研究，以期為今后類似工程提供借鑒。

1 工程實例

1.1 建筑結(jié)構(gòu)概況

某項目工程占地約1.3 5萬 m2，總建筑面積為103 333 m2。地上2個單體南樓、北樓，其中北樓12層、南樓13層，地上建筑面積63 998 m2，建筑高度為57.35 m。地下3層（有夾層），地下1層和2層包含醫(yī)療檢查類房間、食堂和部分機械車位，地下3層為人防和智能車庫，建筑面積39 335 m2。

地下室底板底標高為－20.70 m，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁和筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底板厚度為1 500 mm和1 800 mm，立柱位置工程樁兼作立柱樁的鉆孔灌注樁，底板以下6 m至樁底樁徑為900 mm，以上區(qū)域擴孔至1 200 mm，有效樁長43 m。

1.2 圍護設(shè)計概況

基坑普遍挖深20.45 m，深坑位置的挖深為23.45 m，基坑面積為10 447 m2，屬于大型超深基坑工程。地下室施工整體采用逆作法的施工方法，主樓核心筒和框架柱外包待底板完成后順作。圍護結(jié)構(gòu)豎向圍護體系采用厚1 200 mm的地下連續(xù)墻，深度為44～46 m不等，兼作地下室結(jié)構(gòu)外墻，即兩墻合一。

地下連續(xù)墻兩側(cè)采用φ850 mm@600 mm三軸水泥土攪拌樁作為槽壁加固。坑內(nèi)攪拌樁墩式加固，對于深坑部位采用高壓旋噴樁滿堂加固，水平支撐為3道水平結(jié)構(gòu)樓板、基礎(chǔ)底板加上1道鋼筋混凝土支撐，鋼筋混凝土支撐位于基礎(chǔ)底板和地下2層樓板之間。

豎向支撐體系采用一柱一樁形式，永久支撐柱采用φ550～φ700 mm，壁厚20 mm的變截面C60鋼管混凝土柱，臨時支撐采用截面530 mm×530 mm格構(gòu)柱，其中鋼管混凝土柱待逆作法底板完成后外包形成永久柱。相對于本工程地下3層，20.45 m的普遍挖深相對較大，每層土方的開挖深度較深，考慮到對周邊環(huán)境的影響，采用邊坡留土＋盆式開挖的形式。

2 水文地質(zhì)條件

工程淺層地下水主要為潛水，淺部潛水水位埋深為1.0～1.8 m，主要賦存于淺部地層中。穩(wěn)定水位埋深標高在＋2.38～＋3.10 m之間。基坑底板位于⑤2層砂質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土中，⑤2層、⑤3夾層砂質(zhì)粉土為微承壓水含水層。局部范圍內(nèi)⑤3夾層與⑦層粉砂水位連通。水位埋深3～11 m。本場地⑦層粉砂及⑨層粉砂為承壓含水層，其水位相通，水位埋深3～12 m。

本工程普遍開挖面位于⑤2層的上界面，地下連續(xù)墻隔斷⑤2層，基坑內(nèi)部采用疏干井降水，局部深坑位置采用降壓井。

工程土方開挖的難點在于基坑內(nèi)水位的控制，降水是坑內(nèi)土方開挖的基礎(chǔ)，是開挖能否順利進行的關(guān)鍵。由于基坑所在位置地下水位較高，地下水壓力較大，降水工作難度高。

地下連續(xù)墻理論隔斷了⑤2層且采用了疏干井降水，但地下連續(xù)墻為鎖口管柔性接頭，且基坑底開挖面正好位于⑤2層，故開挖仍需按需降水，開挖前保證基坑內(nèi)水位控制在土方開挖面以下1.5～2.0 m范圍內(nèi)，水位調(diào)整的先后根據(jù)土方開挖的順序而定，通過對每個分塊按需動態(tài)控制，以求最大程度減小對周邊環(huán)境的影響。

3 逆作法土方開挖施工技術(shù)措施

本工程地下室開挖共分為5次進行，總土方量約為22萬 m3。其中首層樓板即地下室頂板土方開挖分為4大塊，B1層、B2層、支撐、基礎(chǔ)底板的土方開挖分為8塊。每皮土方開挖的邊界設(shè)置在樓板梁板跨度的1/3處，以下就開挖過程中的技術(shù)措施以及難點進行分析研究。

3.1 取土口的挖土效率和布置原則

逆作法挖土的主要限制因素為取土口。取土口邊停放長臂挖機進行出土，根據(jù)現(xiàn)場實際經(jīng)驗看，考慮到交通組織情況，單個取土口邊僅可停放1臺長臂挖機，個別超大的取土口在周邊交通組織滿足時可以考慮放置2臺，但會影響土方車運轉(zhuǎn)效率。

單臺長臂挖機（含伸縮臂）抓斗容量為1.5～2.0 m3，抓滿一車土方車的時間約為8 min，土方車平土運轉(zhuǎn)間隙約為2 min，即每臺長臂挖機1 h出土量為6車即約120 m3，工作時長按照每天10 h計算，一個取土口的單日出土量約為1 200 m3。

逆作法土方開挖的效率很大程度上取決于能同時出土的取土口數(shù)量，同時出土的取土口數(shù)量則歸結(jié)于取土口布置后場地的交通組織環(huán)路情況。

針對逆作法取土口的選取，從設(shè)計方面考慮：一是盡量均勻分布；二是保證一定的開洞率；三是盡量利用核心筒位置。通常取土口放在核心筒的位置施工比較方便。從施工單位的角度出發(fā)，取土口的布置主要考慮挖土、材料運輸、混凝土澆筑以及后續(xù)封板的便利性。整體總結(jié)有以下幾個要點：

1）逆作法土方開挖的每個分塊均需有1個取土口，結(jié)合土方開挖的工況留設(shè)取土口。

2）取土口距離基坑的邊部不宜過遠，控制在15 m范圍內(nèi)，減少基坑周邊取土的土方翻土量。

3）取土口分布盡量均勻，且不要直對施工大門，取土口間距需控制在30 m以內(nèi)，減少取土口遠端點的土方翻土量。

4）取土口最好有自己獨立的出土組織路線且需固定，根據(jù)場地的施工大門情況，規(guī)劃現(xiàn)場的交通組織路線，車道寬度在8 m左右，兩側(cè)區(qū)域可形成閉環(huán)回路，中間區(qū)域可以考慮增大取土口或者車道寬度形成雙車道。

3.2 土方開挖分塊

逆作法施工挖土分塊首先根據(jù)取土口位置進行，仍以盆式開挖的方式施工，確保盡快形成對撐。其次，首層結(jié)構(gòu)板施工時的分塊充分與下部的結(jié)構(gòu)施工分塊對應(yīng)，由于先施工的分塊強度達到設(shè)計要求的時間早，故排架清理相對較快，為保證充分的流水搭接，下一層施工與上一層施工的流水順序基本一致，故在頂板施工時即需考慮到底板施工的整體流程。

頂板的挖土流程需結(jié)合地下施工的順序，綜合考慮盆式、對稱、對撐，以及頂板施工的交通組織，最終本項目的施工大致劃分如圖1所示。另外每個挖土分塊均需設(shè)置獨立的取土口，且取土口位置盡可能在相對中間的位置，結(jié)構(gòu)施工時盡量避免切分取土口位置邊梁，以免造成應(yīng)力集中產(chǎn)生過大的變形。

圖1 挖土分區(qū)示意

3.3 土方開挖及翻土

由于土方開挖的分塊和取土口位置相對應(yīng)，故取土的流程為小型挖機在開挖面位置進行翻土，翻土至取土口位置，由長臂挖機取土至土方車運出。首先，需結(jié)合大小挖機的效率情況，配置滿足長臂挖機需求的小挖機數(shù)量，然后根據(jù)取土口位置至該挖土分塊范圍的遠端距離，決定小挖機的翻土路線。

通常小挖機翻土需要考慮2方面問題：

1）挖機高度，在取土口邊大梁高度至本層土方開挖底部凈高，需保證挖機正常伸展。

2）挖機翻土范圍單側(cè)為7.5 m，故單個小挖機可翻土距離為15 m，所以挖機的翻土盡量控制在2次以內(nèi)，即30 m以內(nèi)。

開挖完成面需要澆筑墊層、搭設(shè)短排架后進行結(jié)構(gòu)樓板施工，故結(jié)構(gòu)排架的基礎(chǔ)需得到很好的保證才能確保完成結(jié)構(gòu)的標高不發(fā)生沉降，土方開挖翻土時需嚴格控制土方開挖的標高，且在長臂挖機開挖過程中需保證翻土的供應(yīng)量，嚴格控制超挖。

在樓層板施工時，取土口位置需搭設(shè)卸料平臺，故取土口位置通常存在一定的超挖現(xiàn)象，需在該分塊土方收尾的時候找平，澆筑墊層。

3.4 深坑土方開挖

深坑落深為3 m左右，落深深坑的取土在逆作法施工中相對比較困難，特別是大小深坑套位的情況，挖機翻土十分困難，故根據(jù)實際情況考慮施工方式有2種：

1）先施工平板區(qū)域，澆筑完成后再開挖深坑。

2）一次性施工深坑區(qū)域的土方，分層取土，且盡量把取土口設(shè)置在深坑的位置，方便深坑的翻土，這個與取土口設(shè)置在核心筒電梯井位置正好吻合，通常深坑多為核心筒、電梯井、集水井等，本工程選用的即為這種方式。但需注意取土口取土完成后需要用作材料周轉(zhuǎn)，深坑位置底板施工時應(yīng)設(shè)置鋼筋支架，取土口正好在深坑位置需要考慮對鋼筋支架進行加固，此處位置需要增加鋼筋等材料荷載。

深坑取土封層考慮盡可能優(yōu)化大小坑的標高，降低開挖難度。

3.5 基坑安全和降水等措施

土方開挖在降水穩(wěn)定后一周左右開始，故應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場施工的需求按需分塊區(qū)域降水。本工程逆作法土方開挖每層的開挖深度較大，最大為8 m，土方應(yīng)隨開挖隨刷坡，分層開挖刷坡率控制在1∶2以內(nèi)，放坡的總高度與長度之比不大于1∶3。

降水在考慮挖土前提的同時，也要考慮對結(jié)構(gòu)施工的影響，挖土完成后進行墊層施工，墊層施工完成后需停止降水，待該層樓板完成后根據(jù)下層土方開挖的時間重新開始降水，以免造成結(jié)構(gòu)樓板下沉。

針對基坑地下連續(xù)墻的滲漏，需成立應(yīng)急小組，逆作法地下施工堵漏的條件較差，需考慮坑內(nèi)和坑外的堵漏結(jié)合，故在場地整體規(guī)劃的時候需要在周邊位置預(yù)留坑外堵漏相關(guān)設(shè)備的操作空間。若出現(xiàn)滲漏，應(yīng)配備經(jīng)驗豐富的作業(yè)施工隊伍，立即停止開挖，采用反壓、注漿、封堵等措施。

4 結(jié)語

結(jié)合工程實例，闡述了大型深基坑逆作法施工過程中的挖土措施，針對挖土施工過程中的前期準備、過程中的注意事項，以及如何提高效率和保證安全進行了研究分析，為逆作法施工技術(shù)的推廣和發(fā)展提供了進一步的支持，也為后續(xù)的逆作法結(jié)構(gòu)施工研究提供了參考。