浅谈较深基坑在软土地基开挖的方法

关键词：较深基坑  土方开挖  混泥土灌注桩  工程预制桩  侧向压应力  支护 

一、工程地质简介 

广东国鑫工程为年产150万吨钢铁厂，根据地勘报告显示，地表部分都是回填土，土层厚度一般在1.0m到1.8m厚，下面是平均厚度为25m的淤泥层，5m厚的粉质粘土层，1m厚的细沙层，桩施工完后，地表面的回填土固定桩头的位置，下面的沙层或岩石层层固定桩的另一端，桩的中间部分处于淤泥层中，地勘报告显示iw﹥2，淤泥为流塑状态，对桩没有固定作用，开挖时把上面的回填土层去掉，桩基本上就处于一端固定一端悬空状态，在开挖完后怎样保护桩就是非常重要的问题。经过多次探讨，不断的努力试验，从刚开始的抛石挤淤到后来的“轻型”钢板桩支护，逐步在摸索中实现了桩基础施工的优化设计，积累了不少的淤泥状态下的桩基础施工经验， 

二、根据施工经验，在工程施工前提出的几点建议 

1．从塌方土的受力状态分析 

广东国鑫工程采用预制管桩作为基础处理核心，由于此处地质情况特殊，淤泥层较深，较深基坑挖土时由于土的自重大于土的主动土压力，引起四周土方坍塌，推动预制管桩发生倾斜甚至断裂从而不能起到承载基础的作用。 

为了减小预制管桩侧向压应力及侧向压力的作用时间时间，建议打桩机将预制管桩直接送到基础基底标高或预制桩桩顶距基础基地标高0.2~0.3米左右为最佳深度。这样当土方塌方时，预制管桩还没有外露，这样预制管桩就不会收到侧向推力作用，而且当基坑成型时，预制桩所受的侧向压应力也非常小，这样就能保证预制管桩的施工质量，保证开挖的施工质量。 

2．从预制管桩承受的侧向推力分析、 

根据地勘报告得出，桩的施工深度一般在40m左右，对于一些大型设备基础达到60m，桩需要穿过第一层持力层，而40m的桩是由长度为6m、9m、12m等长度不等的预制管桩经过端头焊接焊接后打入持力土层，由于焊接面积较小，所以焊接接口处强度有限，承受侧向压应力的能力受到很大限制。为了可以承受住土层带来的侧向压应力，我们应尽考虑选用混凝土灌注桩。建议较大及特大基础采用此桩作为基础承载核心。 

三、结合以上建议，在国鑫的后续工程中大大减少开挖的风险，保证了预制管桩的施工质量和土方开挖的施工质量，并且在开挖的速度上也有了很大提高，下面我就国鑫工程的软地基土方开挖的方法进行一下简单的总结： 

1. 放坡开挖（适用于基础底标高处于淤泥层0.5m以上的基坑） 

首先根据地勘报告找出基础区域回填土的厚度，然后根据建筑施工手册查出回填土的类别，结合前期施工经验选取合理的放坡系数1：1.0~1：2.0；如果基础底标高处于回填土1.5m以上，可以选择1：1.0的放坡系数，如果基础埋深在回填土与淤泥交接处即2.0m左右时选择1：1.5的放坡系数，此时基础地面为淤泥表面，基坑周边动荷载影响，相当于加大回填土的自重，使基坑外漏淤泥有上涌的现象，所以加大放坡系数，尽可能使动荷载远离基坑，并且到达挖土机能够开挖到的位置，从经济方面考虑选取1：1.5的放坡系数为最佳，当基础底标高处于淤泥层0.5m以上时，要再结合回填土的内摩擦角和淤泥的内摩擦角来选取回填土的放坡系数为1：2.0，淤泥土质的放坡系数为1：2.5，并且在开挖淤泥土质时，需要用长臂挖土机配合，才能达到设计基底标高； 

2. 放坡及钢板桩互相配合开挖（适应于基础底标高处于淤泥层0.5~1.0m之间的基坑） 

同样根据地勘报告查处回填土的厚度及选取开挖的放坡系数；由于基础埋入淤泥土质较深，如果放坡系数按1：2.5或更大时，回填土肯定不会造成塌方，但是0.5~1.0m高的流塑状态的淤泥土质是无法保证这样的高差的，务必造成塌方，并且淤泥产生流动，会造成周边的浅基础的桩发生变形，造成质量事故，为此要采用钢板桩配合进行土方开挖。首先按照图纸将基础外轮廓加0.5m的施工面的施工边线放到施工现场，然后用普通挖土机沿放完的轮廓线挖一条探沟，沟的深度为淤泥层下0.2~0.5m，再用挖土机站在探沟边把长度为6.0m的i40钢板桩压入淤泥中，钢板桩内外相扣，，待钢板桩全部压完后形成了一个闭合的矩形；开始修整钢板桩外围三遍的边坡，另一边的回填形成通道，然后挖土机站到钢板桩内侧把基坑的回填土取走一半，并然后用长臂挖土机（挖土机下铺垫一张钢板0.02m厚）站在剩余回填土的上面，以长臂挖土机最大挖土半径进行开挖，在开挖过程中一定要保证边坡的坡度，每开挖0.5m，边坡推进0.5m；如果在开挖过程中发现局部有上涌现像或长臂挖土机挖不到死角，切记不能再用挖土机去处理，必须人工进行清理，因为此时淤泥正处于临界状态，再去处理就会造成塌方；在开挖到基础底标高时一般都要超挖0.1m，然后用周围的回填土进行回填到设计标高，目的是回填土吸收淤泥的水分，起到固结淤泥的作用，并且为下道工序提供方便；待基础施工完后，回填到钢板桩顶标高，再用挖土机把钢板桩拔出来，再继续回填。 

3. 简易钢板桩支护开挖（适用于基础底标高处于淤泥层1.0m~2.0m的基坑） 

广东国鑫工程的建筑物一般比较大，半地下室的基础比较多，在国鑫工程土方开挖中简易钢板桩作支护是最常用的方式，与混凝土灌注桩做支护相比，从经济上分析，简易钢板桩做支护的费用约为混凝土灌注桩费用的1/50~1/80，从施工工期考虑，简易钢板桩支护开挖所用的时间是混凝土灌注桩支护开挖所用时间的1/3，从材料方面分析，混凝土灌注桩是一次性的，施工完后就不能在利用，简易钢板桩开挖完后基础施工完后回填完可以再拔出来，能重复利用，所以简易钢板桩支护是国鑫工程中最常用的一种支护开挖方式。 

前期做法跟第二种一样，把建筑物的外轮廓线放出来，并外扩1m，作为辅助开挖线，为了节约成本，用挖土机沿辅助开挖线挖探沟，沟底标高为淤泥层下0.2~0.5m，挖完后，结合地勘报告、建筑施工计算手册第三章支护工程和现场施工经验确定钢板桩的长度，一般为开挖深度的3~5倍，再结合挖土机的臂长，我们选用了7.5m长的i40钢板桩，挖土机站在自然地面上，提起钢板桩，其中挖土机的提升高度为6m最佳，剩余的1.5m钢板桩正好放在探沟底，然后挖土机把钢板桩压入淤泥层中，钢板桩顶标高为开挖探沟沟底标高，钢板桩两两相扣，等四周的钢板桩全部压完后，用挖土机把钢板桩围起的区域内土全部挖走，挖到距钢板桩顶一下0.5m处，然后根据支护工程计算出腰梁的截面进行内支撑施工，需要注意的是内支撑的位置必须在钢板桩顶标高0.3m以下，这样内支撑点以上也会受到一部分主动土压力，可以抵消一部分被动土压力；在施工内支撑时，钢板桩外周围的土也需要挖掉一部分，形成二级放坡，最后内支撑施工完后，用长臂挖土机站在钢板桩外侧刚刚挖走的那部分土面上进行挖土，运土车需要站在自然地面上等待装土；在第二次开挖淤泥之前，必须考虑长臂挖土机的站位，长臂挖土机站在指定位置挖完所在区域土后，缓慢移动到下一个位置进行开挖，严谨对已经挖过的位置进行第二次开挖，遇到处理不到得位置需要人工进行清理，目的就是使基坑周边尽可能有动荷载，防止淤泥上涌，这样一次挖成后，挖土机马上离开基坑周边，人工清理基坑，并且及进行交接，进行下一道工序；等基础施工完后，再把钢板桩拔出，进行周转。 

四、总结 

广东国鑫工程已接近尾声，所有较深基坑以基本全部施工完毕，经过我们不断努力研究，各种方法尝试后总结经验，已经验证以上方法对于较深基坑的挖方是可行的！