软土地下工程深基坑土方开挖施工技术

1工程概况
某工程位于天津市中心地区，施工场地狭小，场地北侧地下室外墙距离滨江道仅3.40m;南侧地下室外墙距离交通银行3层楼(原大陆银行旧址)最近处约为8.6m;东侧地下室外墙距离黑龙江路约为2.9～3.9m;西侧地下室外墙距离大沽北路约3.4m，由办公楼和商业裙房组成。基坑周长约为262m，面积约为4220m2。大面开挖深度17.95～21.50m，最深开挖深度22.5m，总土方量约8.7万m3。基坑开挖深度涉及第⑥1及⑥4层淤泥质黏土。拟建场地地下水类型有浅部土层中的潜水和深部土层中(⑨2，⑨2-2)的承压水。浅部土层中的潜水主要补给来源为大气降水，水位随季节有所变化，年变幅在0.50～1.00m。地下水埋深按2～3m考虑。基坑深部土层中第1承压含水层主要存在于第⑨层中。场地土地质情况如表1所示。
2基坑支护及水平支撑体系设计
本工程基坑支护体系为地下连续墙+高压旋喷桩止水，内置3道钢筋混凝土支撑，支撑体系布置以对撑为主，辅以角撑和边桁架形式(见图1)。

图1　基坑支护形式

表1　土层地质情况

3土方开挖重难点
综合分析场地地理位置、土质条件、基坑开挖深度、基础结构、周边环境的影响，本基坑具有以下特点。

表2　土方开挖方案对比

1)场地内基坑开挖主要地层影响为⑥1及⑥4层淤泥，该层土性差，为高压缩性软塑淤泥质土，厚度大，对基坑开挖很不利。
2)本工程基坑面积大而深，水平支撑道数多，场地狭小，选择经济合理的出土方式成为土方开挖成功与否的关键。
3)在设计挖土通道的同时，还要综合考虑基坑及地下结构施工期间混凝土浇筑停车位、钢筋堆放场地、钢结构堆放场地设置的合理性和科学性。
4)由大量工程实践可知，土方车直接进入基坑内装土进行开挖是加快挖土进程最有效的施工方法。因此在布置出土路线时，有条件的情况下应首先选用此方法。
5)对于本工程而言，采用土方车直接进入基坑内大开挖还是按常规设置栈桥，或者二者进行组合利用，需要权衡利弊、综合考虑各方面因素才能做出决策。
4土方开挖流程
根据支撑竖向布置情况，土方分4步进行开挖:①第1阶段开挖－0.400～－2.700m;②第2阶段开挖－2.700～－11.100m;③第3阶段开挖－11.100～－16.000m;④第4阶段开挖－16.000～－21.900m。
考虑基坑南侧紧邻保护性建筑(交通银行)，土方在进行分步开挖时，每一步都遵循“先北侧后南侧”的顺序，以尽可能减少对基坑南侧土体的扰动和变形。
5土方开挖技术措施
针对土方开挖的重难点，分别采取了以下措施:1)第2，3步土方开挖时，采用设置直接进入基坑内的土方坡道、土方车直接进入基坑内装土的方法进行，以加快挖土进程。考虑到出土坡道根部反向放坡土体会将部分内支撑杆件覆盖，影响此区域内支撑施工，工期较长。为解决上述难题，将各种解决方案进行了对比(见表2)，最后确定采用在坡道根部植入钢板桩形成临时挡土墙，利用对撑与出土坡道形成有效出土通道的方式(见图2)，有效规避了反向放坡土体影响支撑施工的难点，保证了支撑与土方开挖的连续作业，减少了措施难度、降低了成本。

图2　第3步土方开挖示意

2)由于第4步土深度较深，故利用出土坡道及平台完成大面开挖，后期逐渐收土坡道，将两个出土平台及坡道完全挖除，如图3所示。

图3　第4步土方开挖示意

3)针对⑥1，⑥4粉质黏土层土体渗透系数较小，基坑降水难度较大，土体蠕变效用较为明显等特点，为减少对基坑开挖施工的影响，采取以下措施:①提前预降水，以延长此土层降水时间，缓解降水困难的问题。②土方开挖中心岛及2步土台留设避开此层土，保证土方开挖施工顺利进行。③充分利用石灰可有效改善淤泥质土含水率的特性，在挖出的淤泥质土中掺加石灰，减小开挖难度。

图4　地下室结构施工期间现场平面布置

4)在基坑设计时，提前考虑支撑施工及地下结构施工期间的料场问题(钢筋、钢结构和模板堆料的荷载按实际情况施加)，将首道支撑兼作堆料平台(见图4)，充分利用了支撑空间，节约了工程造价。
6结语
H型钢板桩作为一种新型的支护体系，很好地应用于软土地区深基坑土方开挖的出土坡道临时挡土墙，具有安全性和科学性，避免了对内支撑施工的影响，既加快了施工进度，又可回收利用，比设置栈桥等出土方式更经济。
首道对撑与出土坡道有效形成出土通道，同时首道支撑兼作堆料平台，充分缓解了城市中心区现场用地紧张的现状，具有较好的综合经济效益。

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