基坑开挖技术总结概要.docx
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基坑开挖技术总结概要
基坑开挖技术总结
陈龙文
摘要本文以广州市轨道交通十四号线支线工程监理2标施工3标康大站基坑开挖为例，介绍了基坑开挖施工工艺，和保证基坑开挖施工安全与质量所采取的各项措施，对基坑开挖过程中监理工作情况进行总结。
关键词基坑开挖监理工作控制
一、工程概况
1.1工程简介
康大站为地下两层岛式站台标准车站，结构形式为明挖双层单柱两跨钢筋混凝土结构，全长225米，标准段宽度为19.7米，有效站台中心里程为YDK58+548.000，有效站台中心里程轨面高程为25.516米，有效站台中心里程处顶板覆土约为3.350米。
车站共设置5个出入口，2组风亭和1个冷却塔。
设置的出入口分别位于九龙大道两侧。
2组风亭均位于九龙大道西北侧。
车站主体围护结构采用800mm厚地下连续墙+内支撑的形式。
内支撑拟采用竖向3道支撑，第一道为钢筋混凝土支撑；第二、三道除两端盾构井采用钢筋混凝土支撑，其他主撑采用φ609mm、t=16mm的钢管支撑。
围护结构连续墙标准墙幅按照6m宽分幅，地下连续墙接头采用工字钢接头。
本站主体结构基坑采用明挖顺作法施工，即开挖至基坑底后顺作车站底、中、顶板及侧墙和其它结构。
本站基坑侧壁安全等级为一级，基坑监测安全等级：
一级。
康大站平面布置图
1.2工程地质
本站站址范围地层由上而下依次为：
<1>、<4N-1>、<4N-2>、<3-1>、<3-2>、<5H-2>、<6H>、<7H>。
结构底板主要位于<6H>、<7H>花岗岩风化土层。
工程地质剖面图
1.3地层物理参数
地层物理力学参数表
1.4水文地质
车站范围地下水为第四系松散岩类孔隙水和基岩缝隙水，按埋藏条件可划分上层滞水、潜水和承压水。
第四系冲积一洪积砂层、卵石层，为主要含水层，属中等～强透水层，地下水较丰富～丰富，若砂层埋藏较浅，砂层孔隙水为潜水，埋藏较深则为承压水；冲击-洪积土层、残积土层和岩石全风化带，含水较贫乏，透水性差。
水的腐蚀性：
地下水对混凝土结构具有弱腐蚀性、对混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性，对钢结构具有弱腐蚀性。
基坑降排水以坑内井点降水为主，本基坑采用1000mm管井井点降水，每隔约13.5m设置一口，降水井深度为20-24m；车站主体范围共布置35口降水井，车站开挖总面积约4500m2,平均每128m2一口降水井。
二、基坑开挖及降水施工情况
2.1施工进度情况
名称
康大站
土方总量
约75000m3
开挖时间
2014.7.12~2014.12.30
日出土量
600m3/1000m3
累计出土
至2014年10月15日累计出土45000m3
康大站主要工程量
2.2开挖设备及选型
开挖设备选型表
型号
部分参数
长臂挖机
重量32.9吨，开挖深度18米，斗容量0.3立方米，开挖第三道土时使用，开挖效率8分钟/车/20m3。
小松PC60
重量6.46吨，斗容量0.28立方米，设备高度2.5米，挖掘半径6.22米，倒土效率50立方米/小时，（小型挖掘机）一般采用在基坑内使用。
电动抓斗
挖掘深度不限米，挖土效率40立方米/小时。
斗容量1.3立方米，在开挖第四道土层的时候使用，一般装土效率12分钟/车/20m3。
小松PC200-6
开挖第一、二道土层，斗容量1.2立方米，开挖效率4分钟/车/20m3
2.3基坑开挖节点验收内容
2.3.1基坑围护结构设计和施工方案已通过专家组评审，专家评审意见已得到回复和落实；
2.3.2基坑围护结构、冠梁及砼支撑施工情况：
基坑围护结构检测试验及围护结构工程质保资料情况；
2.3.3基坑周边及坑内加固情况已全部完成；
2.3.4降水井施工及降水运行情况；
2.3.5现场已设明沟排水，排水措施是否满足基坑开挖要求；
2.3.6基坑周围保护建筑物、管线等。
对开挖深度2H（H表示基坑开挖深度）范围内的建筑房屋进行了鉴定，同时设置了房屋沉降观测点，基坑范围的地下管线已全部迁改、保护完成，管线对基坑开挖无影响；
2.3.7监测点布置及初始值已经完成；
2.3.8围护结构施工阶段无遗留问题；
2.3.9人员、机械、钢支撑已全部到场，满足现场基坑开挖要求
2.3.10卸土点及其运输路径已经完善；
2.3.11承包商基坑开挖现场管理制度落实情况到位；
2.3.12基坑开挖风险源分析完成；
基坑开挖无支撑暴露时间及基坑变形的控制；
钢支撑吊装、架设、拆除的安全监控；
雨季施工及防台、防汛的应急措施；
出土车辆的运输安全；
2.3.13远程监控系统已经建立并已正常运行，各监测点初始值已采集完成，已开始上传；
2.3.14基坑开挖的相关质量保证资料已经监理部审批；
2.3.14监理部按要求对承包商进行基坑开挖技术交底。
2.4基坑开挖施工过程中监理控制要点
钢支撑轴力计安装
砼支撑应力计安装
钢支撑轴力施加旁站
旁站轴力计施加情况
2.5钢支撑架设质量控制
2.5.1合理安排每段及每层土石方的开挖顺序。
检查钢支撑拼装质量，特别是高强螺栓的安装是否符合规范要求；
2.5.2土方挖至钢围檩底标高（托架位置需挖出将托架安装完成）再将围檩架设完成后，使用C3O混凝土进行填充。
并及时架设钢支撑，并按设计要求对钢支撑施加预应力（监理全过程旁站），以减少支护前墙体的变形，避免连续墙失稳。
在该层支撑完成后方可进行下层土石方开挖，禁止超挖，做到随挖随撑；
2.5.3检查钢支撑并试拼装，保证支撑有适当的长度和足够的安装精度，以满足基坑开挖进度需要；
2.5.4钢支撑安装必须保证钢支撑和墙面均匀接触，并保证支撑与墙面垂直，固定端接头与活动端接头在同一平面上，不能出现歪扭现象，以防止偏心受压；
2.5.5斜支撑支承前应先支承斜支撑附近的直支撑，直支撑的数量不得少于斜支撑；
2.5.6千斤顶本身必须附有压力表，使用前需在实验室进行标定，千斤顶施加顶力达到设计值后，塞紧钢楔块才能拆除千斤顶；
2.5.7检查钢支撑与的连接，钢支撑与柱桩连接处的细部处理是否到位，并及时施加预应力，根据监测数据及时调整支撑轴力。
施加预应力监理部要求全过程旁站，旁站点具体如下：
2.5.7.1钢支撑施加支撑轴力应用的一台200T的千斤顶是否经过标定；
2.5.7.2支撑加力之前，必须迅速设定围护结构收敛量测点及支撑轴力监测点，取得初始读数后加力，加力后测试实际预加力，以此控制预加力施加准确；
2.5.7.3严格要求承包商分级施加支撑轴力，一次施加轴力不小于设计值的50％，然后按100％设计值逐级增加支撑轴力。
最终施加轴力值根据基坑围护结构变形、轴力监测等监测确定；
2.5.7.4施加预应力设备必须专人负责，且应定期维护（一般半年一次），如有异常应及时校验；
2.5.7.5施加预应力后，必须再次检查并加固，其端板处空隙应用微膨胀高标号水泥砂浆或细石混凝土填实；
2.5.7.6在施加预应力时要密切注意支撑全长的弯曲，所加预应力值应满足设计要求。
并及时压紧固定斜口钢锲；
2.5.7.7在每安装完下一道钢支撑后，相应上道钢支撑复加预应力，复加预应力设备同上。
2.6基坑开挖施工质量控制
根据现场实际施工条件，初步拟定车站深基坑开挖决定采用一个工作面进行，即从北端头井处开始，由北向南进行。
总体施工顺序如下：
2.6.1端头井处：
降水施工→第一层土方开挖→冠梁、混凝土支撑施工→第二层土方开挖→第三层土方开挖→第二道混凝土支撑施工→第四层土方开挖→第五层土方开挖→第三道混凝土支撑施工→第六层土方开挖→第七层土方开挖→开挖开底、人工清基、验槽→施作第一段底板。
2.6.2标准段处：
降水施工→第一层土方开挖→冠梁、混凝土支撑施工→第二层土方开挖→第三层土方开挖→安装第一道围囹及钢支撑、施加预应力→第四层土方开挖→第五层土方开挖→安装第二道围囹钢支撑、施加预应力→第六层土方开挖→第七层土方开挖→人工清基、验槽→施作底板→重复上述从北向南推进，完成整个车站的基坑开挖。
开挖施工严格按“竖向分层、由上而下、先撑后挖、分层开挖”的原则进行，开挖时应充分考虑时间、空间效应，按一定长度分段施工，每段开挖应分层（2～3m高）分小段（6m长），随开挖随支撑，限时安装钢管支撑，做好基坑排水，减少坑底暴露时间。
及时安装预应力钢支撑和准确施加预应力：
第一层砼支撑开挖至支撑底标高后浇筑，第二层及其下面各层均分小段开挖和支撑，每小段（约6m长）土方于16小时内开挖完。
随即在8小时以内安装两根钢支撑并加好预应力。
预加轴力为设计轴力的40%～70%。
基坑开挖横剖面示意图
康大站基坑开挖平面示意图
康大站基坑开挖纵剖面示意图（2道钢支撑）
康大站基坑开挖横剖面示意图
2.7车站降水
康大站站基坑降水施工采取以管井降水为主，排水沟为辅的降、排水的方案。
2.7.1排水沟降水施工
基坑内排水系统的布置，虽然基坑开挖前已进行了井点降水，但由于存在不透水和弱透水层，且围护结构本身可能存在漏水点，基坑外地下水也可能通过连续墙墙底绕流等，开挖过程开挖面上难免还会有明水存在，因此仍须在开挖设计基底面后设置基坑内水平排、引水系统。
本工程根据基坑特点和开挖方式采用分区段设纵横向排水沟槽的坑内盲沟排水系统，及时将明水集结于降水井内，再由潜水泵抽出坑外，防止基底受水浸泡而受到破坏，并利于下部工序施工。
基坑内水平排水系统示意图
排水系统的技术要求
排水沟纵向设置于基坑两侧和中间，主要汇集连续墙渗漏水和地表水，并将其引入降水井内，沟深0.5m，底宽0.5m，水沟的边坡为1：
1～1：
1.5，向降水井方向设0.5%的纵坡。
降水井点每个降水范围不大于140m2。
井点埋设深度L=h+4m（h-基坑深度）。
铁管内径400mm，包尼龙网，并用12铅丝扎紧。
滤网缠绕时，重叠1/3幅面。
底部用数条钢筋焊死，并包两层铁丝网。
铁管与井壁间用粒径5-15mm的圆形、亚圆形砂卵石滤料填放至距井口500mm后，用水冲洗以保证滤料下沉密实。
降水井点井口位于地面以上0.70m，以防止地表污水渗入井内，一般采用优质粘土或水泥浆封闭，其深度不小于3.00m；井壁管采用焊接钢管，直径Ф400mm（内径）；采用圆孔滤水管，滤水管外均包一层30目～40目的尼龙网，滤水管的直径与井壁管的直径相同；沉淀管接在滤水管底部，直径与滤水管相同，长度为1.00m，沉淀管底口用铁板封死；从井底向上至滤水管顶部以上1.0m均围填中粗砂；在中粗砂的围填面以上采用优质粘土围填至地表并夯实，并做好井口管外的封闭工作；
井位在基坑范围内基本均匀布置，并避开支撑及结构梁、柱等。
地面钻孔前，须探明孔位处确无地下管道管线后方可钻孔，否则调整井位。
2.7.2坑内降水井数量与布置，采用围护明挖施工时，需及时疏干开挖范围内土层中含水，保证基坑干开挖的顺利进行。
因此，开挖前需要布设若干降水井。
结合本工程实际情况，本次降水工程降水井单井有效抽水面积a井取140m2。
坑内降水井数量计算公式：
n=A/a井
式中：
n—基坑内降水井数量（口）；
A—基坑面积（m2）；
a井—单井有效降水面积（m2）；
降水井的数量设计以上述计算为依据。
综合考虑潜水含水层地质条件、基坑形状及开挖因素，本工程降水井数量布置情况如下表：
降水井数量设计
工程部位
面积（m2）
计算井数（口）
实际井数（口）
井号
主体结构
4590.4
32.8
35
JS1～JS35
降水井深度设计
基坑开挖范围内土层的水位应控制在基坑开挖面以下3m，考虑井损及水力梯度等因素的影响，主体结构降水井的深度一般为开挖面以下约4～6m。
根据基坑开挖深度，主体结构降水井的深度设计为21～23m。
观测井设计
由于本工程周边环境简单，本次降水方案设计在坑外不布设水位观测井，在坑外布设水位监测孔，纵向间距约20m，横向间距约10m。
2.7.3降水井构造
2.7.3.1井壁管：
井壁管均采用焊接钢管，井壁管直径均为φ400/300mm（砂眼管）。
2.7.3.2过滤器（滤水管）：
滤水管的直径与井壁管的直径应相同；所有滤水管外均包一层40目的尼龙网，尼龙网搭接长度约为尼龙网单幅宽度的20%～50%。
2.7.3.3沉淀管：
滤水管底部设置长度为1.00m的沉淀管，防止井内沉砂堵塞而影响进水；沉淀管底口用铁板封死。
降水井点大样图
车站基坑降水剖面图
减压降水引起的地面沉降控制：
临近建筑物和地下管线的减压井抽水时间应尽量缩短，按需降水；采用信息化施工，对坑内外观测井进行实时跟踪监测，发现问题及时调整抽水井数量及抽水流量，进行按需降水；环境监测资料应及时报送监理部，以绘制相关的图表、曲线，调控降水运行程序，确保基坑开挖安全和环境安全；在降水井施工完成后，应进行试运行，再详细制定降压降水的运行方案；在降水运行过程中随开挖深度逐步降低承压水头，根据试运行得到的结果，按开挖深度确定井群的运行。
在控制承压水头足以满足基坑稳定性要求的前提下，尽量减小承压水位降深，以减小和控制降水对环境的影响；当坑外观测井内的水位下降超过自然变化的最大值时，应加密监测次数。
2.7.4试抽水：
试运行之前，准确测定各井口和地面标高、静止水位，然后开始试运行，以检查抽水设备、抽水与排水系统能否满足降水要求。
在降水井的成井施工阶段要边施工边抽水，即完成一口投入运行一口，确保在基坑开挖前，将基坑内地下水降到基坑底开挖面以下2m深。
水位降到设计深度后，即暂停抽水，观测井内的水位恢复情况。
基坑开挖前降水试验
基坑开挖前降水试验
降水试验数据统计表
序号
原始（15:
50）
16:
00
16:
10
16:
25
16:
40
全部停止（17:
10）
坑内
J35
4.21M
5.28M
6.30M
7.01M
7.52M
7.97M
坑外
W15
5.61M
/
/
/
/
5.68M
坑内
J18
4.27M
4.50M
5.00M
6.20M
8.37M
10.74M
坑外
W16
5.30M
/
/
/
/
5.35M
坑内
J17
4.27M
5.73M
8.69M
12.25M
15.87M
19.15M
坑外
W17
4.71M
/
/
/
/
4.73M
根据以上数据可以得出基坑内降水与基坑外水位观测井联系弱。
2.7.5降水运行：
2.7.5.1降水井抽水时，潜水泵的抽水间隔时间自短至长，降水井内每次抽水后，立即停泵，对于出水量较大的井每天开泵抽水的次数相应增多。
2.7.5.2降水运行过程中，做好各井的水位观测工作，及时掌握含水层水头的变化情况。
2.7.5.3在降水运行过程中可适当调控降水井的抽水量或调整降水井的运行数量来控制水头的下降幅度，减少因降水而引起的地面沉降。
2.7.5.4降水运行期间，现场实行24h值班制，值班人员要认真做好各项质量记录，做到准确齐全。
2.7.5.5降水运行过程中对降水运行的记录，及时分析整理，绘制各种必要图表，以合理指导降水工作，提高降水运行的效果。
降水运行记录每天提交一份，对停抽的井及时测量水位，每天1～2次。
三、监测分析
3.1监测情况
监测数据取2014年7月12日至2014年8月23日的数据进行分析。
本基坑共分10段，2014年8月23日现场进行北端头最后一道土层开挖收底，其余各段按照分层情况处于不同的开挖深度，这样能更直观的反映每层土方开挖与变形的关系。
3.2监测数据对比
2014年8月22日监测数据最大点及累计最大测点（样表一）
本次变量最大测点
变化速率
该点对应累计变量
报警值
累计变量最大测点
累计变量
该点对应本次变量
报警值
围护结构顶水平位移
S15
1.6mm/
3.5mm
24mm
S11
4.3mm
0.1mm
24mm
周边建筑物沉降
KDJZ053
1.1mm/
-0.5mm
按80%的规范规定设计值控制
KDJZ049
-1.8mm
-0.4mm
按80%的规范规定设计值控制
第一道支撑轴力
Z10
168.19kN/
1584.40kN
Z2-Z12Z1 Z13
Z2
2992.21kN
-0.35kN
Z2-Z12Z1 Z13
第二道支撑轴力
Z15
114.72kN/
4481.14 kN
Z14≤434Z15≤6650kN0kN钢2580kN
Z15
4481.14 kN
114.72kN
Z14≤434Z15≤6650kN0kN钢2580kN
地下水位
W26-3
-0.410m/
-0.464m
累计2m或连续2天大于0.5m/d
W4
1.831m
-0.084m
累计2m或连续2天大于0.5m/d
围护结构变形
B17
1.07mm/
9.36mm
24mm
B1
13.14mm
0.39mm
24mm
土体侧向变形
C12
0.64mm/
-2.64mm
24mm
C14
-5.66mm
0.48mm
24mm
地表沉降
D5
0.3mm/
1.5mm
28mm
D11-1
-8.7mm
-0.1mm
28mm
管线沉降
G30
1.70mm/
0.5mm
刚性压力管刚性非压力管、柔性管
G31
-2.3mm
-0.30mm
刚性压力管刚性非压力管、柔性管
支撑轴力（样表二）
测点编号
开挖深度
累计变量
备注
测点编号
开挖深度
累计变量
备注
Z3
13m
1501.89KN
第一道支撑
Z15
13m
4481.14 kN
第二道砼支撑
Z2
13m
2992.21KN
第一道支撑
Z14
13m
1037.28KN
第二道砼斜撑
Z1
13m
249.25KN
第一道支撑
Z16
13m
785.03KN
第二道钢支撑
Z8
8m
1399.26KN
第一道支撑
Z18
8m
403.50KN
第二道钢支撑
Z13
4m
115.10KN
第一道支撑
Z20
8m
80.71KN
第二道钢支撑
分析：
砼支撑轴力根据开挖的情况总体为增大趋势，现场监测情况轴力第一道砼支撑普遍受力偏大，第二道砼支撑Z15累计变量达到4047.11KN，开挖深度为13m，第二道钢支撑受力较小，建议：
做好钢支撑预加轴力的监测观察，一旦发现轴力值异常，现场应立即组织分析原因；对于钢支撑轴力损失现象，现场必须进行轴力损失对比试验，认真查找钢支撑轴力损失原因及规律，及时复加轴力。
在不超过钢支撑的极限应力情况下，复加轴力可以达到预加轴力值的110%～150%。
3.3康大站预警情况
康大站在基坑开挖期间水位报警一次，轴力接近报警值一次具体如下表：
时间
报警原因
报警位置工况
原因分析及采取的措施
2014.8.7
2014年8月7日下午，康大站基坑水位W30观测点本次变化量-319mm，变化速率53.16mm/d，累计变化量为-2165mm；基坑报警，
进行北端头第三道土层开挖
因报基坑警值设置过于严密，设计给予明确答复并出具书面文件，康大站水位监测点报警值1-13轴调整为累计4m或连续两天下降0.5m/d报警，13-28轴西侧调整为累计3.5m或连续两天下降0.5m/d报警。
2014.8.19
2014年8月19日下午，第二道支撑轴力：
累计最大测点Z15为4923.3KN达到报警值（报警值4340KN）
进行第二段第三道土层开挖
因基坑报警值设置过于严密，设计给予明确答复并出具书面文件，第二、三道混凝土支撑报警值根据设计计算调整到6650KN。
3.4分析结论
3.4.1根据B1测点得出，在基坑开挖过程中需密切加强周边环境及施工调查，因北端头盾构始发高压旋喷桩加固影响，导致围护结构变形累计量过大；
3.4.2钢支撑预加轴力的监测观察，严格按照分次进行控制，一旦发现轴力值异常，现场应立即组织分析原因；对于钢支撑轴力损失现象，现场必须进行轴力损失对比试验，认真查找钢支撑轴力损失原因及规律，及时复加轴力；
3.4.3基坑开挖与支撑的施工工序基本是按“分层、分步、对称平衡”的原则来控制的，最主要的施工参数是分层开挖的层数、每层开挖深度，以及基坑连续墙被动区土体开挖后，未支撑前的暴露时间和暴露的宽度及高度；
3.4.4基坑开挖到开挖面时变形较大，只有在支撑架设完成后，达到一定强度后方能形成支撑作用，变形速率减少；由此建议施工现场严格控制好无支撑暴露时间，在基坑土块开挖前必须现场已拼装好钢支撑；
3.4.5在施工前完成监控量测点的布设，提前测得初始读数，监测点的设置根据规范和设计要求进行，地表沉降点与地表路面结构脱离，与下方土体沉降同步，避免监测数据失真。
各监测仪器按照有关规定由有资质的机构定期检定，并且使用时处于有效检定期内；
3.4.6测量仪器的选型，要考虑最大可能需要的量程并根据基坑工程只在地下施工期内使用的性质选用满足安全监测要求、合适的仪器；
3.4.7尽量做到测量定人，定仪器；观测数据不得随意涂改，测量数据有疑问时，应做到反复观测寻找问题原因；
3.4.8传感器安装埋设前要进行检验和率定，绘制监测点安装埋设详图，并按照方案和埋设要求做好埋设准备。
传感器埋设时，核定传感器的位置是否正确，埋设的准备是否符合技术要求，按监测的位置和方向埋设传感器；
3.4.9所有监测点安装埋设完成后，及时绘制监测点位置图，并加强对现场测点保护，以防监测点被破坏；
3.4.10各监测项目变形量或测量值接近或到达报警值时，应反复核实、及时发出预警报告或报警，并提请业主及有关单位注意。
四、基坑开挖文明施工控制
在基坑开挖期间监理工程师应检查督促承包商做好如下工作，以确保施工安全：
4.1开挖前应对施工便道，排水沟进行维修，保证运输车辆运行通畅；
4.2做好施工机械的保养维修工作，保证施工期间机械工作正常；
4.3应时刻注意天气变化情况，合理安排施工；雨天做好临时边坡的维护工作；避免边坡滑坡、坍塌等事故发生；
4.4基坑周围一定要设置固定护栏、护网，确保做到安全文明施工；
4.5重物距土坡安全距离：
汽车不小于3m；起重机不小于4m；土方堆放不小于1m，堆土高不超过1.5m；材料堆放不小于1m；
4.6运输土方车进出施工现场严格进行冲洗工作，出土车辆不可超载；
4.7场地便道安排专人及时进行清理，施工现场设置休息亭，高温季节做好防暑降温的工作。
上下基坑梯笼的设置
基坑逃生梯笼的设置
进出土方运输车辆冲洗
现场设置休息室
场地内车辆限速标志
基坑采用双护栏临边
五、施工总结
基坑开挖是破坏原有土体平衡并重新建立起新的平衡的一个过程，在基坑开挖过程中，土体与支护结构之间的相互作用不断变化,还要受到施工条件、天气情况、周围环境等诸多因素的影响,再加上不可预测因素的发生我们应该主动
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