带两道内支撑含水软土的土方开挖施工技术探讨

带两道内支撑含水软土的土方开挖施工技术探讨

摘要：两道内支撑，且土质较差，含水率大，地下水位高，需精心组织降水，在分段分层开挖时组织好土方开挖，观测基坑变形，降水的同时密切观测降水效果，及时补救降水方案，保证降水效果不影响挖土的施工进度，第一层挖土时因工期紧，在3号区临时堆土，留出二道支撑施工作业面，不影响第二道支撑的同步施工。第三道挖土时分区分步开挖，需考虑GHIJA段区域补桩和支撑的置换。因临时运土道路在基坑壁的受力影响，考虑挖二步土时，做基坑壁型钢加固。做好基坑变形观测，雨天开挖的安全技术措施，做好应急预案和应急响应准备，保证周围建筑物和周边管网的安全和挖土的施工进度，且不影响城市环境。

关键词：降水；开挖；基坑变形观测 一、工程概况

1、基坑基本情况

基坑面积：约15400m2；基坑周长：约为500m，两道内支撑（一道在-4.15m，二道在-9.05m），第二道支撑拆除时须换撑，现场场地狭小，周边南侧16米范围有高层建筑物，地处城市中心周边管网多且复杂。

现场标高：西北侧-1.15m，其它侧-1.35m，坑底标高-13.30~-14.20m；

基坑开挖深度：11.95m~13.05m (详见基坑开挖深度示意图)。

2、周边环境概况

北侧为绍兴道，道路总宽25m，红线距道路边线5m，地下室外边线距红线2.1m，距马路对面4~5层建筑32m；南侧为徽州道，道路总宽20m，红线距道路边线5m，地下室外边线距红线2.6~4.5m，距马路对面两栋26层建筑；西侧为广东路，道路总宽16m，红线距道路边线4m，地下室外边线距红线2.0m~2.4m，距马路对面2~4层建筑22m；东侧为九江路，道路总宽14m，红线紧邻道路边线，地下室外边线距红线3.9m~7.5m，距马路对面6层建筑19~22m。场地北侧公交汽车站为拟建工程，尚未施工，待地下基础工程施工完成后再施工。（详见基坑周边环境信息平面图）

3、施工现场布置概况

现场设置两个出土口，分别在南、北两侧，现场设塔吊5台，现场围在规划红线内；（详见基坑开挖现场平面布置图）。

基坑开挖深度示意图

基坑周边环境信息平面示意图

基坑开挖现场平面平面布置图

二、编写依据（略）

三、地质水文概况

1、场地地质概况

天津地处华北平原，属冲积、海积低平原。拟建场地位于河西区广东路与绍兴道交口处，勘查时，大部场地为空地，仅西北角一栋单层建筑物在勘察期间拆除，受其基础影响，1、2、3号孔施工时均向北侧平移。东南角（27、28号孔附近）由于自来水管长年漏水，已形成大的水坑。现场地地势较平坦，各孔孔口标高介于4.08~3.21m之间。

2、场地地层分布规律及土质特征

根据本此勘察资料，该场地埋深90.00m深度范围内，地基土按成因年代可分为以下9层，按力学性质可进一步划分为19个亚层，现自上而下分述之：

1、人工填土层（Qml）

全场地均有分布，厚度2.40~4.70m，底板标高为1.13~-1.09m，该层从上而下可分为4个亚层。

人工填土填垫、冲填土年限大于十年。

2、全新统上组陆相冲积层（Q43al）

一般位于埋深约7.00m以上，厚度1.90m~4.40m，顶板标高为1.13~-1.09m，

主要由粘土组成，呈灰黄色，可塑状态，无层理，含铁质，属中压缩性土。

本土层水平方向上土质较均匀，分布较稳定。

3、全新统中组海相沉积层（Q42m）

一般位于埋深约7.00~16.00m段，厚度8.00~10.00m，顶板标高为-2.05~-3.85m，该层从上而下可分为2个亚层。

本土层3a亚层尚均匀，仅局部分布；3b亚层土质较均匀，分布较稳定。

4、全新统下组陆相冲积层（Q41al）

一般位于埋深约16.00m~20.00m段，厚度3.30~5.50m，顶板标高为-11.22~-13.05m，主要由粉质粘土组成，呈灰黄色，可塑状态，无层理，含铁质，属中压缩性土。局部夹粉土、粘土透镜体。

本层土水平方向上土质较均匀，分布较稳定。

5、上更新统第五组陆相冲积层（Q3eal）

一般位于埋深约20.00m~30.00m段，厚度6.50~10.50m，顶板标高为-15.75~-17.61m，底板有起伏，该层从上而下可分为2个亚层。

本层土5a、5b亚层土质较均匀，但厚度均有较大变化。

6、上更新统第三组陆相冲积层（Q3cal）

一般位于埋深约30.00~50.00m段，厚度21.20~23.80m，顶板标高为-22.77~-26.25m，该层从上而下可分为5个亚层。

本土层各亚层土质尚均匀，分布较稳定，厚度均有较大变化。

3、场地地下水概况

3.1 地下水类型

本场地埋深50.00m以上可划分为3个水文地质含水层：

一、潜水含水层：主要指埋深约16.00m以上人工填土（Qml）、海相沉积层（Q42m），视为潜水含水层。

二、第一微承压含水层：上更新统第五组陆相冲积层（Q3eal）粉土（地层编号 5b）可视为第一微承压含水层。

三、第二微承压含水层：上更新统第三层陆相冲积层（Q3cal）粉砂（地层编号 6b）可视为第二微承压含水层。

四、第三微承压含水层：上更新统第三组陆相冲击层（Q3cal）粉砂（地层编号 6d）可视为第三微承压含水层。

3.2 地下水水位

勘察期间测得场地地下潜水水位如下：

初见水位埋深2.00~2.70m，相当于标高1.83~0.80m。

静止水位埋深一般为1.50~2.20m，相当于标高2.01~1.46m。

仅27、28号孔附近由于长期浸水，钻孔静止水位较浅，静止水位埋深几乎为0.00m。

表层地下水属潜水类型，主要由大气降水补给，以蒸发形式排泄，水位随季节有所变化。一般年变幅在0.50~1.00m左右。根据现场实测地下潜水位、水位年变幅及设计室外地面标高情况，建议本工程桩抗浮设计水位按大沽高程3.00m考虑。

勘察期间测得场地第一微承压水粉土（地层编号 5b）水位埋深4.30m左右，相当于标高-0.50m左右。

四、基坑支护设计概况

1、基坑支护设计方案概况

止水帷幕：

采用单排φ850@1200三轴水泥搅拌桩作为止水帷幕，桩长19.75m~29.9m，

竖向围护结构：

AB段、E’F段、FGH段竖向围护结构采用φ950＠1150钻孔灌注桩；

HIJ段、JA段竖向围护结构采用φ1000＠1200钻孔灌注桩；

DD’段竖向围护结构采用φ1200＠1400钻孔灌注桩，桩间采用高压旋喷封堵，灌注桩外侧采用φ800＠500高压旋喷桩止水；

BCD段、D’EE’段采用800mm厚地下连续墙，地连墙接缝处采用φ800＠500

高压旋喷桩封堵。

灌注桩桩长20.5m~24m；局部因利用钻孔桩作为主体结构侧墙及工程桩，DD’段灌注桩L=66.45m；

BCD、D’EE’段采用地连墙支护；

水平支撑形式采用混凝土桁架式角撑和对撑组合结构。第一道水平支撑底标高-4.15m；第二道水平支撑底标高-9.20m。

支撑及立柱桩：在φ1000立柱桩内设置550×550型钢格构柱作为支撑梁临时立柱。

电梯井等局部深坑处坑内采用放坡方法进行开挖。

2、基坑降水设计方案概况

本工程采用封闭式降水措施，坑内共设置51口降水井，坑外共设置29口观察井，降水井井径800mm。降水井井深分别为：疏干井井深18m；承压井井深30m；潜水观测井井深18m；承压水观测井井深30m，降水方案另说。

3、基坑周边荷载要求

基坑四周地面超载需控制20kN/㎡以内。

五、施工部署及施工重点、难点分析

一、施工部署

（一）、土方量统计及工期目标

土方量：本工程土方开挖量约20万m3；日出土量2000~2500 m3。

工期目标：土方开挖施工工期80-90天。

（二）、施工段划分及施工准备

根据基坑深度，基坑平面形状，全面考虑总体土方及土方施工工期，以横向对撑为分界线，将基坑分为南、北两个作业区。北区土方从4#出土通道经北侧出土口将土方外运；南区土方从1、2、3#出土通道经南侧出土口将土方外运，两个区同时作业。

（详见挖土分区示意图）

挖土分区示意图

（三）、机械配备

第一步土方配备3台1m3，20辆自卸汽车。

第二步土方配备6台1m3和20台0.6m3挖掘机，20辆自卸汽车。

第三步土方配备6台1m3和20台0.6m3挖掘机，20辆自卸汽车。

收尾阶段共配备3台长臂挖掘机负责收尾工作。

（四）、施工阶段的安排

1、根据施工图及场地实际情况，为方便土方施工，土方开挖阶段在绍兴道与徽州道一侧基坑中（南北两侧）各设一个出土口，出土口宽度12m，共设置4个出土通道，通道宽8m，保证土方运输的道路畅通（详见出土口设置图）。

出土口设置示意图

2、施工操作人员24小时作业。

3、运土车辆采用密封车弃土外运，做好车辆的冲洗工作，确保施工现场清洁。

4、在南侧1#、2#、3#、4#出土通道位置处，采取在帽梁上插筋设置三角肋扶壁墙控制桩顶变形措施，8米宽运土通道共设置9道三角肋。如下图所示。

砼扶壁墙立面示意图 砼扶壁墙配筋示意图

（五）、施工顺序

根据工程施工设计和地层情况，本工程施工顺序：放样→竖向支托桩→降水→开挖第一道钢筋混凝土支撑下土方→施工第一道支撑梁→混凝土达到设计强度后分层、分块开挖至第二道钢筋混凝土支撑底并形成核心岛装土平台→施工第二道支撑混凝土→混凝土达到设计强度后分层接力退挖至基槽底并收尾→清底后及时浇筑垫层、基础底板和传力带。

二、施工重点、难点分析

1.基坑支撑多

本工程基坑开挖面积约15400m2，挖土深度 11.95~13.05m，基坑开挖面积较大且坑深较深，坑内纵横水平支撑较多，且二道水平砼对撑不允许利用作为挖土栈桥；基坑进深小，土坡道需要两次填垫，工期要求及坡道回填是土方工程的重点、难点之一。

解决措施：

第二步土方完成后，第一道水平支撑下土方已被扰动，根据水平支撑布置及出土口布置情况，采取支撑下加固措施，形成通向核心岛的运土通道，最大化的发挥机械使用效率，加快施工速度。具体如下：

（1）第一道支撑与第二道支撑间设置钢管支顶，减小水平支撑杆件的跨度；

（2）第一道支撑与第二道支撑上下不重合杆件，通过与基坑支护设计协商，形成上下重合，方便钢管支顶预埋件的埋设。

2.工期紧，任务重

天津市土质软弱，本工程土方量约20万m3，对如此大的土方量，如此深的的基坑工程，编制合理、安全、经济、行之有效的降水、挖土、出土方案，在保证基坑结构安全和施工安全的前提下，以最大限度加速出土工效，缩短施工工期，是地下工程乃至整个工程的重点、难点之二。

解决措施：

（1）施工过程中，加强降水井成品保护及检测，确保降水井正常运行，确保土方工程顺利进行。

（2）设置延伸至坑内的运土通道及装土平台，最大化的发挥机械施工效率，缩短施工工期。

（3）加大机械及劳动力投入，实行白天坑内倒土，夜间运土措施，确保日出土量2000~2500m³/日。

3.土方运输交通组织

本工程基坑南侧和北侧各设置一个出土口，每个大门设置车辆冲洗设施及沉淀池、排水沟、能保证及时清理运土车辆轮胎带泥问题，不污染场外道路。

解决措施：

由于现有场地和大门的位置所限，在每个大门外设专人指挥交通，对经过此道的行人和车辆进行有序疏导，确保行人和车辆的安全，从而确保土方车辆的顺利通行。

4．基坑开挖范围内土质有较厚的粉土层及坑底下有第一承压水含水层，施工期间的疏干井及减压井的保护，确保降水井正常运行及防止流砂是本工程的重点、难点之四。

解决措施：

（1）基坑开挖期间，制定疏干井及减压井保护措施，严禁机械碰撞，确保井周边土方开挖面水平及周边土方采取人工清除的措施。

（2）基坑开挖期间，降水井上插小红旗及减压井采取临时与支撑固定的措施，设置专人定期巡查监视。

（3）设置专人定期检查疏干井的出水量、浑浊度、井底标高及泵头位置。确保疏干井、减压井运行正常。

5、基坑临近有城市重要道路及已有建筑，控制基坑渗漏减小道路及已有建筑沉降，确保周边环境安全是本工程的重点、难点之五。

解决措施：

（1）基坑开挖前，进行基坑试降水，检查帷幕渗漏，如发现渗漏，及时采取封堵措施。

（2）采取信息化施工措施，设专人每天分析第三方监测数据、加强基坑周边道路、已有建筑的监测，设置专人进行定期巡查，及时发现问题，及时采取措施。

六、 挖土方案

一、土方施工的准备工作

1、生产准备

⑴ 根据施工平面总体部署，平整场地，搭建临时设施，规划好材料堆场。

⑵ 制作钢筋场地平整，修筑施工道路。

⑶ 做好车辆的冲洗设施（污水池、沉淀池等）。

⑷ 安装好临时用水、用电管线。

⑸ 组织人员、设备进场并对所有设备进行检测、维修

⑹ 落实好机械设备（含塔式起重机）的进场、维修检查和试运转，准备好施工用料及工程用料。按施工平面图堆放。

⑺ 建立相应的专业工作组，组织工人进场，安排好职工生活，并进行安全、防火和文明施工等教育。

2、技术准备

⑴ 做好测量基线、水准点，设置测量控制网并做好保护工作。提交监理、建设单位认可。

⑵ 组织技术人员熟悉施工图纸，掌握工程项目的结构形式和特点，参加图纸自审和会审工作。

⑶ 落实施工计划和技术责任制，做好对施工管理人员、操作人员的施工技术、安全交底工作。

⑷ 做好开工前的各种原始记录表格配备工作。

⑸ 做好各种施工用料的报检及测量用具的标定等技术准备。

⑹ 熟悉专业监测单位提供的基坑围护监测方案。

（7）土方开挖前，应做好地面排水和基坑四周的场地平整工作，并确保平整后的场地标高不高于设计标高。检查定位放线、水平标高，并随时观测周围的环境变化。