复杂环境及狭小场地下核心筒深基坑开挖技术研究

复杂环境及狭小场地下核心筒深基坑开挖技术研究

陈谦 王梅 余磊 刘帅领

（中国水利水电第九工程局有限公司工程总承包公司，贵州  贵阳  550081）

【摘  要】根据中国电建大湾区科创中心基地项目实例，针对环境复杂、施工场地狭小、工期紧张等特点，水电九局大湾区科创中心基地三标段项目运用、创新多种施工工艺，顺利完成开挖作业，并据此总结出复杂环境及狭小场地下深基坑开挖技术，以便在类似项目中推广应用。

【关键词】复杂环境；狭小场地；深基坑开挖；施工工艺

1 引言

随着进入中国特色社会主义新时代，社会经济发展日新月异，工程建设规模保持稳定增长，项目建设节奏进入快车道，“九层之台，起于累土”，基坑开挖（尤其是深基坑开挖）成为制约项目高质量建设的首要一环，在支护结构、周边环境等多重影响下，深基坑开挖施工难度大、速度慢、成本高。因此，必须不断研究深基坑开挖技术，促进提升施工效果，本文就宏观审视复杂环境及狭小场地条件下深基坑开挖施工技术的关键环节与核心要素开展了具体研究。

2 工程概况

中国电建大湾区科创中心基地项目三标段由一栋超高层办公楼（9#楼）及商业及配套组成，其中9#楼（地上32层，地下3层），总建筑面积约8.2万m2（其中地上建筑面积约6.1万m2，地下约2.1万m2），房建基础形式为灌注桩。9#楼地面高程为11.3m，地下室底板顶高程为－0.47m，核心筒深基坑开挖标高为-1.17m，坑底标高为-6.67m，最大开挖深度达17.98m；核心筒深基坑长37.4m、宽16.5m、周长107.8m、建筑面积617.1m2、开挖深度5.5m，属深基坑中开挖“深基坑”（坑中坑）。

3 工程重难点分析

3.1 施工场地及基坑周边环境复杂

项目位于广东省广州市花都区中心位置，项目紧邻花都区政府，场外北至无名道路（临花都区税务局），西至天贵路，南至迎宾大道，东至百合路。其中9#楼核心筒深基坑工程邻近广州市地铁9#线，无法满足放坡开挖条件，并且严禁使用爆破开挖，基坑采取“地下连续墙+双层支撑梁”的支护方式。

3.2 地质水文条件差

项目南地块底板标高以上为砂土层，地下水位高，含水量丰富。底板标高以下为微风化岩层，岩石强度高，天然状态平均抗压强度达57.01Mpa。开挖方式采取先土后桩，9#楼桩基最先完成，并且开始土石方开挖施工，作为场地最低点，南地块地表水及地下水最终均汇集至9#楼核心筒深基坑，且基坑开挖过程中常遇到管涌，砂涌，开挖面长时间浸水等情况，无法进行开挖作业。因此，合理高效的降排水措施是本工程的重点之一。

3.3 施工场地狭小，传统破碎机无法施工

9#楼整体基坑采用地下连续墙+支撑的支护形式，核心筒深基坑范围内存在13根立柱桩，正上方存在2道支撑梁。核心筒基坑工程开挖由于在第二道支撑梁下开挖，有效作业高度仅4.9m，若采用传统开挖方式，施工极难开展，容易碰坏立柱，施工成本极高。

图1 支撑梁、立柱剖面图

4 关键施工技术

4.1 破碎机改装

由于支撑梁的存在，导致机械有效作业高度仅4.9m，而传统大型破碎机机身高度均大于4.9m，且小型设备工效低，难以满足工期要求。项目团队踏勘类似工程，经过多轮方案比选，对大型挖掘机机臂及油缸进行改装，满足在狭小空间作业的要求。破碎机改装情况：

（1）破碎机动臂改装后尺寸为4200mm，短臂改装后尺寸为1900mm；

（2）短臂油缸改装设置在动臂下方避免与梁体发生碰撞。

破碎机改装示意图如下图所示。

图2 破碎机改装示意图

4.2 石方开挖

开挖原则是“垂直开挖，分层开挖”。根据现场地质条件，充分考虑土方开挖对基坑变形、周边环境的影响及施工的便利性，采用两级平台垂直开挖施工。将核心筒基坑分为两级，每级分两层开挖，前三层开挖深度1.5m，第四层开挖深度1.0m，为保证核心筒基坑边坡的稳定，在边坡中部3m处设置平台，宽度不小于1.5m。一级坡面开挖边线为核心筒边线外扩2.0m，二级坡面开挖边线为核心筒边线外扩0.5m，深度为2.5m。两级平台垂直开挖大样图如下图所示。

图3 基坑放坡大样图

基坑开挖采用“以机械开挖为主、人工开挖为辅”的形式。由于开挖岩石硬度较硬，开挖时先在一、二级坡面开挖边线采用钻孔机钻孔，再利用破碎机进行石方破碎开挖。一、二层开挖后用挖机及装载机将石方装车转运，再装车外运；三、四层开挖后用挖机及装载机将破碎后的石方装车转运至基坑西南角，再装车外运。一、二级坡面布孔平面图下图所示。

（a）一级                                  （b）二级

图4 一、二级坡面布孔平面图

为保证立柱桩的稳定，采用钻孔机紧贴立柱桩外壁钻一圈孔再进行立柱周围的石方破碎开挖作业。立柱桩周边钻孔示意图如下图所示。

图5 立柱桩周边孔示意图

石方破碎施工时，受开挖范围内立柱桩的影响，破碎机局部不能到达的位置，将辅以开山劈裂液压劈裂机开挖。核心筒深基坑开挖过程中，出现独立孤石时，采取静力爆破的施工方法进行爆破，即采用岩石膨胀剂对孤石进行破碎。

当核心筒深基坑外扩边线和立柱桩周边钻孔过程中，与地质勘察报告不相符合，出现溶洞或砂土层时，要采取提前注浆加固、素混凝土回填等措施，对出现的溶洞和砂土层进行处理。

4.3 基坑降排水施工

核心筒深基坑开挖前，为确保基坑开挖过程中坑壁的稳定性，同时保证在无水环境下进行基坑开挖，采用降水井降水措施，每个降水井内设置污水泵，出水口通过水带抽排至基坑顶部排水系统。降水井点沿核心筒深基坑周边按6~15m间距布置，水量大的部位降水井适当加密。

在开挖过程中，为阻止地表水流入基坑，在核心筒基坑顶部砌筑一圈挡水墙，同时在核心筒深基坑西侧、北侧设置截水沟，两端端部设置集水井。核心筒坑底沿基坑范围外设置环形排水沟，排水沟坡度3%。基坑范围外东北角设置集水井。每个集水井设置1台潜水泵，24小时连续抽排至坑顶排水沟。

当基坑发生突涌时，短时间内排水量巨大，为应在短时间内排干涌水进行突涌后续处理，适当增加潜水泵。

5 基坑监测

在基坑开挖过程中，会对周边环境及支护结构都产生影响，往往会出现许多不确定因素，不能仅仅按照既定的地质勘察资料和施工方案来指导施工，还需要做好施工过程中的现场监测。

核心筒深基坑开挖前，现场已布置监测点对周边环境及基坑支护结构进行监测，基坑监测的内容包括：周边环境监测、基坑围护结构监测和现场巡视。为确保核心筒深基坑开挖施工的顺利进行，现场在核心筒四角及四边中部增设水平位移及沉降监测点。基坑监测项目及监测点数如下表所示。

表1 基坑监测项目及点数一览表

在核心筒深基坑开挖前将沉降监测点布设完毕并进行初始数据的观测，基坑监测与基坑开挖施工同步进行，施工中遵循“动态设计、信息化施工”的原则，对监测数据进行统计、分析。当监测点变形达到预警值时，采取必要的防范措施控制沉降变形，以影响工程结构和施工周围环境安全。根据对基坑监测数据的分析，绘制基坑各监测项目在深基坑开挖施工过程中的变形情况如下图所示。

图6 各监测项目在深基坑开挖施工过程中的变形情况

截至核心筒深基坑开挖施工基本结束，各监测项目监测点变化最大值统计表如下表所示。

表2 各监测项目监测点变化最大值统计表

根据基坑变形变化曲线，核心筒深基坑开挖过程中基坑支护及基坑周边环境的变形不明显，变化曲线处于平稳状态，且各监测点变形均未达到报警值，基坑施工的安全风险处于可控状态，核心筒深基坑的施工控制达到了对基坑支护结构及基坑周边环境的保护要求。

6 结语

对于环境复杂、场地狭小的深基坑开挖工程，如何进行深基坑开挖施工并有效控制其对邻近地铁、建（构）筑物和管线以及现场基坑支护结构的影响至关重要。本案采用新型放坡方式，通过对开挖机械设备的改装，并对多种施工工艺进行结合创新，提升核心筒深基坑的开挖效率，减少对立柱桩扰动，保证核心筒深基坑的安全；同时，利用信息化的管理技术，对周边环境及基坑支护结构的变形情况进行实时监测，及时进行分析，保证基坑开挖施工的顺利进行。通过本工程实践证明，应用复杂环境及狭小场地下核心筒深基坑开挖施工技术，有效缩短工期20天，节约成本15万元，具有较高的推广应用价值。

参考文献：［1］中华人民共和国国家标准.建筑地基基础设计规范GB50007-2011［S］.北京：中国建筑工业出版社，2011.

          ［2］中华人民共和国国家标准.建筑基坑工程监测技术标准GB50497-2019［S］.北京：中国计划出版社，2019.

          ［3］陆歆.复杂环境条件下超深基坑开挖施工技术.重庆：中文科技期刊数据库《工程技术》杂志社，2016.