臨海異形建筑基坑開挖施工的分區優化研究

林宏新

(三亞商務區開發建設有限公司，海南 三亞 572000)

旅游風景區的外觀建筑設計一般都需要考慮與周圍環境的協調，所以建筑外形多為非規則的形狀[1]，特別是海邊建筑工程的位置和形狀常常又會受到海岸線走向限制，形成非直線型建筑軸線，而建筑不同功能需求也會影響其高度和形狀布局，從而決定建筑基礎的深度差別較大[2]。所以，對于臨海異形建筑的基礎基坑來說，受到不規則形狀及開挖深度差異的影響，特別是鄰水位置與地下水聯系密切的施工限制，整個建筑基礎基坑開挖過程的質量及工期控制是施工中需要重點關注的技術難題[3]。如何有效控制建筑基坑開挖施工的效率和建筑質量，協調好開挖施工過程組織，優化施工全過程的高效管理，是臨海異形建筑基坑開挖及結構施工過程中必須解決的技術問題[4]。

本文依托海南三亞國際游艇薈建筑工程項目，針對建筑基坑的非規則形狀特點及臨海位置復雜地質條件的影響，通過對臨海異形建筑基坑進行合理劃分分區，并基于分區特征優化了基坑開挖、支護及結構的施工過程及工藝組織，解決了臨海建筑基坑施工過程中水力聯系的不良影響，保證了異形基坑開挖及結構施工過程的高效安全，研究成果可供類似條件下建筑基坑開挖及結構施工時參考和借鑒。

1 依托工程情況

1)工程概況。

海南三亞國際游艇薈工程項目位于三亞市鳳凰海岸游艇聚集區，主要包括1號游艇展示館、2號游艇展示館、3號游艇海洋文化中心以及建筑之間連通的地下室，其中1號樓地下1層，地上3層，建筑高度為18 m，建筑面積為7 346.87 m2；2號樓地下1層，地上3層，建筑高18 m，建筑面積為7 586.83 m2；而3號樓地下1層，地上4層，建筑高18 m，建筑面積12 040.35 m2。1號、2號和3號樓的位置從西端向東端依此排布，形成狹長條狀的施工區域，因為受到海岸線走向的影響限制，建筑基坑整體形狀不規則，具體形狀如圖1所示。

2)依托工程的施工難點。

工程施工區域南端緊鄰南邊海路，最窄處距離不足3 m，車輛難以通行，而且周圍地質條件復雜，場地淺部分布有約3 m厚的雜填土，其中夾雜建筑廢料和垃圾，而且場地為舊建筑物拆除地貌，地下存有大量舊基礎，會對建筑基坑的開挖過程產生不利影響。建筑基坑北端紅線靠近臨春河入海口，距離臨春河邊線平均距離約為25 m，施工場地狹長，基坑開挖過程組織和現場平面布置難度較大。

建筑基坑總長度為510.7 m，開挖土體體積大，而且基坑最大平面寬度112 m，最小寬度18.6 m，沿基坑軸線不同斷面位置的基坑寬度變化較大，施工過程的設備和人員組織困難。而且整體形狀不規則，軸線為非直線線性，開挖深度差別較大，所以整體施工過程組織較困難。

同時，根據南邊海路水文地質資料及臨春河水位測量結果，施工場地水位埋深范圍為0.50 m～2.80 m，水位標高為0.06 m～0.53 m，地下水位較高，基坑開挖過程中極易出現較大涌水量，影響建筑基坑的正常施工。同時，施工過程還會受到海水漲、落潮影響，地下水位變幅達到2.5 m，水位起伏較大，嚴重影響開挖過程中的降水施工。

2 基坑分區優化的影響因素

基坑的總體開挖深度為2 m～4 m，局部電梯井位置的基坑開挖深度超過5 m。考慮到基坑開挖過程中土方運輸的馬道坡度需求，基坑軸向方向上開挖深度變化幅度大，同時大面積的建筑基坑的總體土方工程量大，需要考慮施工過程影響，根據施工特點對建筑基坑的施工進行分區域組織。而建筑基坑的分區組織，應充分考慮地面建筑、施工過程、施工工藝等因素的影響。

1)建筑基坑分區應與地面建筑施工相協調。

建筑基坑開挖的主要目的是為了形成地面建筑基礎的施工空間，基坑分區首先應考慮地面建筑施工的空間需要及施工的連續性要求，特別是地下室施工時混凝土結構后澆帶的施工空間和位置需求，所以按照地面3棟建筑施工的相應范圍，將整個建筑基坑分割成三段，分別對應地面的1號、2號、3號樓建筑基礎的施工范圍，這樣可以使基坑開挖、基礎施工與地面建筑的施工范圍相對應，有利于從基礎施工向地面建筑施工的過渡，保證地下基礎與地面建筑施工的連續組織，方便整體施工過程的工藝組織和優化。

2)建筑基坑分區應考慮基坑施工過程的影響。

基坑分區施工還應考慮具體施工過程的影響，按照基坑施工過程特點，分階段、分區域動態組織整個施工過程，合理安排施工車輛行走道路和材料場地布置等要求，方便施工過程的組織和協調。根據不同施工階段的場地需求，考慮滿足不同專業施工所需臨時場地，實行動態管理，進行施工平面劃分。同時，建筑基坑分區時還應考慮不同開挖深度對結構施工的影響，方便通道等整體結構施工對開挖深度和連續性施工的影響。所以，考慮到1號、2號樓之間通道結構施工的方便和連續性要求，滿足通道位置開挖同時施工的需求，將1號、2號樓之間的通道區域合并施工。這樣，在原來三段分區的基礎上，在1號、2號樓之間增加設置中間施工段分區，將建筑基坑分為四個分區，既可以有利于施工組織，也方便地下通道的統一建設。

3)建筑基坑分區應方便不同工藝過程的組織。

由于建筑基坑整體呈狹長帶狀，施工過程應采用流水段來組織不同分區施工，以加快施工速度，縮短施工時間，減少材料及勞動力成本。總體上按照支護工程、樁基工程、土方開挖、地下室施工及相應鋼結構等施工工藝過程的特點，進行基坑施工區域的劃分，考慮不同分區內部施工工藝的連續性和工藝組織的方便程度，對基坑施工范圍進行細致劃分。同時要考慮到基坑整體開挖土方量大的影響，在分區施工時應使不同分區之間的工程量相差不大，這樣可以方便設備的選用和開挖施工組織。所以，根據工程量相差不大的原則，將1號樓基礎范圍分為4個分區，2號樓基礎分為3個分區，而3號樓基礎的施工范圍獨立設置為1個分區。

4)建筑基坑的施工分區結果。

基于以上考慮和基坑施工工藝過程特點，將基坑整體施工范圍分為7個施工區段，如圖1所示，其中1號樓部分涵蓋中區施工段、西一區、西二區、西三區等4個區段，2號樓部分涵蓋中區施工段、東一區、東二區等3個區段，而3號樓部分獨立設置為東三區，總體施工分區如圖1所示。開挖施工時，從中區施工段開始施工，依次向東、西兩側推進，以加快施工進度，減少基坑施工對周圍環境的影響。

3 基坑施工過程的分區優化

3.1 測量放線的分區優化

由于建筑基坑整體形狀不規則，基坑開挖軸線也不是直線，再加上不同斷面位置的基坑寬度變化幅度大，這對于施工過程中的測量放線提出了更高要求。施工中根據不同分區基坑形狀特點，結合施工區域周邊情況，不同基坑分區的工程平面定位分別采用極坐標法、平面直角坐標法、雙鏡交匯法等測量方法，并通過不同測量結果的比對，來快速準確地對周邊坐標進行定位。對于基坑開挖過程中豎向標高測量和定位來說，采用垂準儀對平面內控制點進行多次引測，通過支護結構上相應位置的預留孔洞，向上依次測量軸線，實現不同分區之間測點的準確引測和測量結果的校核。

3.2 降排水施工的分區優化

由于基坑北面緊鄰大海，地下水位高，基坑開挖過程中涌水量較大，需要合理進行降水施工，使基坑開挖面土體保持干燥狀態，保證基坑開挖和樁基支護施工的順利進行。基坑降水采用以集水明排為主，并根據需要結合輕型井點降水的方式，在土方正式開挖前，先進行小面積范圍的試挖施工，觀察開挖進程中的地下水情況，當基坑內涌水量較大時，補充采用輕型井點降水的方法，根據基坑分區特征來進行井點布置位置的設計。同時，在基坑底部設置排水明溝、集水井及沉淀池，將開挖過程中基坑內出現的明水集中收集，經沉淀滿足排放要求之后再統一排出，確保地下水位降至基坑開挖面下1.5 m位置，在局部有電梯井位置需要將地下水位降至基坑底4 m～5 m以下。而且當降雨量較大時，或出現施工用水流入基坑時，都應及時進行抽排，保證正常的開挖施工環境。

根據不同分區形狀和開挖深度參數，確定合適的基坑降排水施工方法，采用的井點降水隨基坑開挖邊線布置，緊鄰井點周邊設置排水總管，總管的設置位置及走向由不同分區內排水方向確定。根據不同分區現場布置情況，在基坑上部設置塑料排水管，在基坑底設置集水井和排水溝，排水管和排水溝通向沉砂池，從基坑收集的水需要統一抽排至沉砂池進行過濾，經沉淀后再統一排至市政管網。

3.3 樁基支護施工的分區優化

在土方開挖前先施工止水帷幕及支護樁，以將地下水隔開，維持基坑開挖范圍周圍土體的穩定性。根據不同分區特點和支護要求，不同分區中樁基施工過程差別較大，特別是基坑周圍的預應力方樁及灌注樁等樁基工程的施工工序多，施工工序繁雜且組織難度大。施工中根據不同分區特點，先進行預應力方樁施工，按施工分區逐步施工，預應力方樁施工完成一個施工區段后，在該區段立即插入灌注樁，并進行止水帷幕施工，有序組織機械設備和施工人員交叉流水作業，保證不同分區施工內容的高效完成。

建筑基坑的樁基施工中，具體的施工順序為由中區施工段向兩側進行預應力方樁施工，即在1號樓范圍由中區施工段向西一區、西二區、西三區施工，在2號樓范圍由中區施工段向東一區、東二區施工，3號樓范圍內的東三區單獨同步進行施工。這樣施工順序組織，可保證三處區域同時進行施工且相互之間影響較小，從而提升施工效率，又不會對周圍環境產生較大影響。同時，為避免對基坑南側的南邊海路及附近管線影響，7個施工分區內部的預應力方樁自南端向北端依次施工，施工范圍逐漸遠離南邊海路，使打樁過程對道路及管線造成的影響程度降至最低。在每個分區段內部，當預應力方樁施工完成后立即插入灌注樁，其中1號樓、2號樓灌注樁從中區施工段開始，分別向東側東一區、東二區和西側的西一區、西二區、西三區依次逐步推進，3號樓范圍東三區同時施工，分區內部的灌注樁施工按照先深后淺，先大后小的原則有序進行，預應力方樁和灌注樁具體施工順序如圖2所示。

對于施工分段內的樁基支護施工來說，也要根據分區范圍特點進行施工組織。以東一區內的支護施工為例，首先在該分區基坑的南端，靠近南邊海路處將預應力方樁從西端向東端等間距打入。一排共設置的7根方樁順序施工，然后另起一排由南端向北端重復上述操作，直至預應力方樁規則的滿布施工區段，在對周圍環境影響降至最低程度的同時，保證施工快速、高效、有序進行。在該分區段的預應力方樁施工完成后立即插入灌注樁，灌注樁的插入順序和方樁施工的順序保持一致，相應的也可以減少施工過程對周圍環境的影響。樁基施工過程中，對于雜填土區域空隙較大部位可采用換填措施，以保證止水帷幕施工的質量，防止預應力方樁施工時因土體擠密效應破壞止水帷幕，使止水帷幕結構中間連續而不中斷，保證整體止水效果。咬合樁施工時，先施工東側咬合樁，再施工南、北兩側咬合樁，最后施工西側咬合樁。這樣基坑整體范圍按照分區劃分，從中區施工段開始同時向東端和西端并行施工，即可減少施工對周圍環境的影響，也可以提高施工效率。

3.4 土方開挖施工的分區優化

待支護工程完成后即開始土方開挖施工，建筑基坑整體開挖深度為2 m～4 m，分三層進行分層開挖施工，平均分層厚度0.7 m～1.3 m，基坑北端形成的環路直通工地兩端大門。為提高總體施工效率，對基坑開挖也進行了相應分區優化，調整不同基坑分區區域的開挖順序：基坑整體上從中區施工段與東三區同時開挖，中區施工段完成后同時向東端和西端推進，向西從東一區、中區施工段、西一區、西二區、西三區按區段逐段開挖，向東從東一區、東二區按區段逐段開挖。在開挖至每一個分區界限后，繼續放坡開挖相鄰區域，通過將狹長帶狀基坑的分區組織，合理調整開挖順序，有效推進并行開挖施工，實現從中間向狹長帶兩側延伸推進的施工過程，既避免了基坑開挖對南端道路、管線和北端臨春河的影響，又使基坑狹長帶形狀特征得到充分利用，從而縮短開挖施工工期。施工中土方分區開挖的運輸路線如圖3所示。

為了方便快速轉運開挖土方，在每一個施工區段內各設置一個馬道，保證施工期間人員和小型設備的交通。馬道跨越基坑分區之間的咬合樁部位時，在咬合樁位置鋪設鋼板并在鋼板下設置減震溝，以防止運輸車輛的震動破壞止水帷幕的整體性。馬道布置位置盡量減少占用上部主體結構區域，各分區開挖土方通過馬道運送至北端道路的運輸車上，土方運輸線路具體為：中區施工段、東一區、東二區土方通過馬道運輸到北端的臨時道路上，向東端運輸至東側大門，而西一區土方通過馬道運輸到北端的臨時道路上，再向西端運輸至西側大門。由于西二區、西三區和東三區分別離東、西兩端大門較近，故西二區、西三區土方直接通過馬道運輸至西端大門，而東三區土方直接通過馬道運送至東端大門，這樣可以使每一個施工分區內的開挖土方轉運路徑較短，實現各施工分區內快速轉運土方，縮短開挖施工工期。

基坑土方開挖采用挖掘機和人工開挖相結合的方式，在基坑內部筏板基礎、車庫承臺、地梁等大面積區域范圍內采用挖機進行開挖施工，而在基坑基底以上0.2 m范圍采用人工開挖，以提高基坑基底的平整度。土方開挖過程中，相應部位按要求進行放坡開挖，并對開挖標高進行精確核對，防止超挖造成邊坡的不穩定，影響基坑周圍邊坡的施工安全。在基坑內部距離周圍支護結構較近位置不能使用機械挖掘，而應采取人工進行開挖，并由專職測量人員使用水準儀進行開挖深度的嚴格控制。對于基坑底部的基礎施工來說，當挖掘機挖土至基礎樁頂標高以上0.2 m范圍時，也應及時組織人工挖土至設計標高，減小挖機對基礎和樁的破壞和影響。

由于不同分區范圍內地梁頂面標高和高度不盡相同，開挖過程中對于相應編號梁的開挖深度應仔細檢查核對，保證和設計圖一致，以免影響地梁的施工質量。作業過程中因機械碾壓等破壞的開挖位置，應根據周邊控制樁要求及時進行修正，以免造成開挖位置偏離和基底開挖標高的錯誤。基坑開挖到位后，不再允許人為擾動基底土，同時加強排水和降水施工，特別是在雨天時應及時進行排水，防止產生基坑浸水現象，影響后續施工。土方開挖完成后及時進行工程質量驗收，驗收標準如表1所示。

表1 土方開挖工程質量驗收標準 mm

工程施工及測量結果表明，采用分區基坑土方開挖方式，其允許偏差均滿足驗收標準，優化分區施工方法完全有效可行，保證了工藝過程的施工質量。

4 基坑開挖施工過程的組織

4.1 基坑分區施工過程

1)地下室結構施工內容。

地下室結構隨基坑土方開挖逐段施工，共分為7個施工區段，每個施工區段分為3個流水段，優先施工主樓部位結構。而勞動力的組織分兩個校區，其中主體勞務一負責中區至西三區施工，主體勞務二負責東一區至東三區施工，而每個勞務配備兩個班組，各區段分兩次流水作業施工，分段驗收完成后及時進行地下室肥槽回填，回填完成后即進入后續主體結構施工。

2)基礎施工內容。

地下基礎施工階段也相應地劃分為7個區段，利用環形道路通向各個區段，環形道路每隔30 m設置錯車平臺，在工地靠南邊路兩側設置兩個大門。考慮到地下水豐富，場地面積大，為減少后期地下水困擾和地下室底板補澆工作，塔吊盡量坐落在基坑邊，鋼筋加工棚及木工加工棚在場地寬闊處沿環路就近布置。基礎階段采用兩個主體施工隊(每個主體施工隊又可以分為兩個班組，分別進行相應主體施工內容的組織)和兩個安裝施工隊，安裝施工隊伍分別負責對應工區的安裝及相關預埋件施工。

3)主體結構施工內容。

主體結構階段共布置6個鋼結構材料堆放料場，3個砌體材料堆放料場，同時布置場地南側環形道路，吊車停放場地按需布置在環形路內側。由于工程場地狹長，鋼結構安裝高峰期預計需要吊車20臺，鋼結構采用1個專業分包，鋼結構在每段地下室結構完成后進行安裝，幕墻節點安裝及龍骨安裝隨鋼結構穿插進行，同時3棟單體平行作業，根據每棟施工情況單獨配置人員及機械設備。

在工期緊張情況下，各工種勞動力組織集中，地下室結構施工、基礎施工和主體結構施工都存在交叉作業，合理配置各階段勞動力是進度保證計劃的關鍵。為確保勞動力及時按計劃到位，在勞動力組織上采取以大化小，以小保大的原則，采取勞動力整體集中調配，各專業施工隊獨立管理的模式，進行勞動力組織調配，滿足施工要求。

4.2 基坑分區施工的安全保證措施

通過分區、分段的方式，將狹長帶狀基坑分割成相對獨立的7個分區，不同分區之間通過圍護結構和止水措施進行隔離，實現了不同分區之間的獨立施工組織，而不同分區之間施工組織又相互配合，實現不同工藝過程的交叉流水施工。所以不同分區施工之間既相互獨立，施工過程又相互影響，因此在基坑分區施工中采取了針對性安全保證措施。

1)建筑基坑內部人工開挖土石方時，應該遠離危巖、孤石或未進行支護加固的危險構筑物，避免在具有危險的環境中進行施工，特別是要注意臨近分區內孤石等影響，因為相鄰分區內的施工條件中易于忽視，應予以足夠重視。當兩個分區同時施工時，施工條件的一直變化也會影響施工中的風險源的識別和應對，特別是在中段分區中進行施工時，兩側相鄰的分區都會對其產生影響，所以更應該予以關注。

2)基坑開挖過程中，不同基坑分區之間的兩人施工距離應大于2.5 m，防止施工時誤傷或者相互干擾，而不同分區之間的多臺開挖機械同時施工時，挖機之間距離需大于10 m，在挖機工作范圍內，也不允許進行其他作業，以免造成人員傷亡或者機械損壞等事故發生，導致工期延誤。受到不同分區連續作業的影響，設備和人員在基坑分區內部的移動會隨時改變不同分區之間設備和人員的距離，從而造成相應的施工風險，所以在基坑分區內部的開挖過程組織中，也要合理規劃開挖的順序和施工時間，減小設備和人員之間的相互干擾，降低出現風險的可能性。

3)開挖過程中邊坡的穩定性是決定開挖過程施工安全的重要因素，施工中應嚴格控制放坡參數，保證開挖后土體的穩定性，特別是在基坑分區的邊界位置，更應嚴格按施工要求進行放坡開挖，并在開挖過程中隨時觀測開挖邊坡的變化情況，一旦發現周圍土體有裂縫延伸或者部分土體自動坍塌現象，需要及時對土體增加支護，保證周圍土體的穩定性，并在后續的開挖過程中注意增加觀察邊坡穩定性頻率。

4)基坑分區內部或者臨近基坑分區有多臺挖機同時在不同臺階上進行開挖施工時，要核算開挖邊坡的穩定性，特別是要考慮臨近分區的挖機施工影響。使用挖機在設置有支護的基坑分區內進行開挖施工時，應注意挖機與周圍支護結構的相對位置關系，防止挖機施工過程中碰壞分區之間的支護結構，造成基坑圍護結構的失穩破壞，影響開挖施工的安全。在對支護強度進行驗算時，不僅要考慮分區內施工設備荷載的影響，同時也要考慮臨近分區內施工荷載對其影響，當分區內的支護強度不滿足穩定性要求時，應適當增加支護數量，以保證施工安全。

5 結論

針對海南三亞國際游艇薈建筑工程的施工過程特點，對臨海異形建筑基坑開挖過程進行了分區優化，實現了基坑開挖過程的安全高效施工，獲得以下結論：

1)通過對臨海異形基坑進行合理分區，實現了不同分區之間樁基支護、降水及開挖的交叉、流水、滾動施工，有效提高基坑開挖安全性及施工效率，縮短了施工工期。

2)建筑基坑的合理分區應考慮地面建筑形式、建筑施工過程、基坑施工工藝組織等因素的影響，使不同分區之間工程量相差不大，以方便施工工藝組織和設備高效應用。

3)通過基坑分區之間和開挖區域周圍的止水帷幕及支護樁施工，在基坑分區周圍形成了有效隔絕地下水的帷幕，保證了開挖過程的安全，而輕型井點降水與基坑內集水明排相結合的止水方法，實現了臨海基坑分區內部開挖及結構施工的順利進行，提高圍護結構穩定性。