临海异形建筑基坑开挖施工的分区优化研究

林宏新

(三亚商务区开发建设有限公司，海南 三亚 572000)

旅游风景区的外观建筑设计一般都需要考虑与周围环境的协调，所以建筑外形多为非规则的形状[1]，特别是海边建筑工程的位置和形状常常又会受到海岸线走向限制，形成非直线型建筑轴线，而建筑不同功能需求也会影响其高度和形状布局，从而决定建筑基础的深度差别较大[2]。所以，对于临海异形建筑的基础基坑来说，受到不规则形状及开挖深度差异的影响，特别是邻水位置与地下水联系密切的施工限制，整个建筑基础基坑开挖过程的质量及工期控制是施工中需要重点关注的技术难题[3]。如何有效控制建筑基坑开挖施工的效率和建筑质量，协调好开挖施工过程组织，优化施工全过程的高效管理，是临海异形建筑基坑开挖及结构施工过程中必须解决的技术问题[4]。

本文依托海南三亚国际游艇荟建筑工程项目，针对建筑基坑的非规则形状特点及临海位置复杂地质条件的影响，通过对临海异形建筑基坑进行合理划分分区，并基于分区特征优化了基坑开挖、支护及结构的施工过程及工艺组织，解决了临海建筑基坑施工过程中水力联系的不良影响，保证了异形基坑开挖及结构施工过程的高效安全，研究成果可供类似条件下建筑基坑开挖及结构施工时参考和借鉴。

1)工程概况。

海南三亚国际游艇荟工程项目位于三亚市凤凰海岸游艇聚集区，主要包括1号游艇展示馆、2号游艇展示馆、3号游艇海洋文化中心以及建筑之间连通的地下室，其中1号楼地下1层，地上3层，建筑高度为18 m，建筑面积为7 346.87 m2；
2号楼地下1层，地上3层，建筑高18 m，建筑面积为7 586.83 m2；
而3号楼地下1层，地上4层，建筑高18 m，建筑面积12 040.35 m2。1号、2号和3号楼的位置从西端向东端依此排布，形成狭长条状的施工区域，因为受到海岸线走向的影响限制，建筑基坑整体形状不规则，具体形状如图1所示。

2)依托工程的施工难点。

工程施工区域南端紧邻南边海路，最窄处距离不足3 m，车辆难以通行，而且周围地质条件复杂，场地浅部分布有约3 m厚的杂填土，其中夹杂建筑废料和垃圾，而且场地为旧建筑物拆除地貌，地下存有大量旧基础，会对建筑基坑的开挖过程产生不利影响。建筑基坑北端红线靠近临春河入海口，距离临春河边线平均距离约为25 m，施工场地狭长，基坑开挖过程组织和现场平面布置难度较大。

建筑基坑总长度为510.7 m，开挖土体体积大，而且基坑最大平面宽度112 m，最小宽度18.6 m，沿基坑轴线不同断面位置的基坑宽度变化较大，施工过程的设备和人员组织困难。而且整体形状不规则，轴线为非直线线性，开挖深度差别较大，所以整体施工过程组织较困难。

同时，根据南边海路水文地质资料及临春河水位测量结果，施工场地水位埋深范围为0.50 m～2.80 m，水位标高为0.06 m～0.53 m，地下水位较高，基坑开挖过程中极易出现较大涌水量，影响建筑基坑的正常施工。同时，施工过程还会受到海水涨、落潮影响，地下水位变幅达到2.5 m，水位起伏较大，严重影响开挖过程中的降水施工。

基坑的总体开挖深度为2 m～4 m，局部电梯井位置的基坑开挖深度超过5 m。考虑到基坑开挖过程中土方运输的马道坡度需求，基坑轴向方向上开挖深度变化幅度大，同时大面积的建筑基坑的总体土方工程量大，需要考虑施工过程影响，根据施工特点对建筑基坑的施工进行分区域组织。而建筑基坑的分区组织，应充分考虑地面建筑、施工过程、施工工艺等因素的影响。

1)建筑基坑分区应与地面建筑施工相协调。

建筑基坑开挖的主要目的是为了形成地面建筑基础的施工空间，基坑分区首先应考虑地面建筑施工的空间需要及施工的连续性要求，特别是地下室施工时混凝土结构后浇带的施工空间和位置需求，所以按照地面3栋建筑施工的相应范围，将整个建筑基坑分割成三段，分别对应地面的1号、2号、3号楼建筑基础的施工范围，这样可以使基坑开挖、基础施工与地面建筑的施工范围相对应，有利于从基础施工向地面建筑施工的过渡，保证地下基础与地面建筑施工的连续组织，方便整体施工过程的工艺组织和优化。

2)建筑基坑分区应考虑基坑施工过程的影响。

基坑分区施工还应考虑具体施工过程的影响，按照基坑施工过程特点，分阶段、分区域动态组织整个施工过程，合理安排施工车辆行走道路和材料场地布置等要求，方便施工过程的组织和协调。根据不同施工阶段的场地需求，考虑满足不同专业施工所需临时场地，实行动态管理，进行施工平面划分。同时，建筑基坑分区时还应考虑不同开挖深度对结构施工的影响，方便通道等整体结构施工对开挖深度和连续性施工的影响。所以，考虑到1号、2号楼之间通道结构施工的方便和连续性要求，满足通道位置开挖同时施工的需求，将1号、2号楼之间的通道区域合并施工。这样，在原来三段分区的基础上，在1号、2号楼之间增加设置中间施工段分区，将建筑基坑分为四个分区，既可以有利于施工组织，也方便地下通道的统一建设。

3)建筑基坑分区应方便不同工艺过程的组织。

由于建筑基坑整体呈狭长带状，施工过程应采用流水段来组织不同分区施工，以加快施工速度，缩短施工时间，减少材料及劳动力成本。总体上按照支护工程、桩基工程、土方开挖、地下室施工及相应钢结构等施工工艺过程的特点，进行基坑施工区域的划分，考虑不同分区内部施工工艺的连续性和工艺组织的方便程度，对基坑施工范围进行细致划分。同时要考虑到基坑整体开挖土方量大的影响，在分区施工时应使不同分区之间的工程量相差不大，这样可以方便设备的选用和开挖施工组织。所以，根据工程量相差不大的原则，将1号楼基础范围分为4个分区，2号楼基础分为3个分区，而3号楼基础的施工范围独立设置为1个分区。

4)建筑基坑的施工分区结果。

基于以上考虑和基坑施工工艺过程特点，将基坑整体施工范围分为7个施工区段，如图1所示，其中1号楼部分涵盖中区施工段、西一区、西二区、西三区等4个区段，2号楼部分涵盖中区施工段、东一区、东二区等3个区段，而3号楼部分独立设置为东三区，总体施工分区如图1所示。开挖施工时，从中区施工段开始施工，依次向东、西两侧推进，以加快施工进度，减少基坑施工对周围环境的影响。

3.1 测量放线的分区优化

由于建筑基坑整体形状不规则，基坑开挖轴线也不是直线，再加上不同断面位置的基坑宽度变化幅度大，这对于施工过程中的测量放线提出了更高要求。施工中根据不同分区基坑形状特点，结合施工区域周边情况，不同基坑分区的工程平面定位分别采用极坐标法、平面直角坐标法、双镜交汇法等测量方法，并通过不同测量结果的比对，来快速准确地对周边坐标进行定位。对于基坑开挖过程中竖向标高测量和定位来说，采用垂准仪对平面内控制点进行多次引测，通过支护结构上相应位置的预留孔洞，向上依次测量轴线，实现不同分区之间测点的准确引测和测量结果的校核。

3.2 降排水施工的分区优化

由于基坑北面紧邻大海，地下水位高，基坑开挖过程中涌水量较大，需要合理进行降水施工，使基坑开挖面土体保持干燥状态，保证基坑开挖和桩基支护施工的顺利进行。基坑降水采用以集水明排为主，并根据需要结合轻型井点降水的方式，在土方正式开挖前，先进行小面积范围的试挖施工，观察开挖进程中的地下水情况，当基坑内涌水量较大时，补充采用轻型井点降水的方法，根据基坑分区特征来进行井点布置位置的设计。同时，在基坑底部设置排水明沟、集水井及沉淀池，将开挖过程中基坑内出现的明水集中收集，经沉淀满足排放要求之后再统一排出，确保地下水位降至基坑开挖面下1.5 m位置，在局部有电梯井位置需要将地下水位降至基坑底4 m～5 m以下。而且当降雨量较大时，或出现施工用水流入基坑时，都应及时进行抽排，保证正常的开挖施工环境。

根据不同分区形状和开挖深度参数，确定合适的基坑降排水施工方法，采用的井点降水随基坑开挖边线布置，紧邻井点周边设置排水总管，总管的设置位置及走向由不同分区内排水方向确定。根据不同分区现场布置情况，在基坑上部设置塑料排水管，在基坑底设置集水井和排水沟，排水管和排水沟通向沉砂池，从基坑收集的水需要统一抽排至沉砂池进行过滤，经沉淀后再统一排至市政管网。

3.3 桩基支护施工的分区优化

在土方开挖前先施工止水帷幕及支护桩，以将地下水隔开，维持基坑开挖范围周围土体的稳定性。根据不同分区特点和支护要求，不同分区中桩基施工过程差别较大，特别是基坑周围的预应力方桩及灌注桩等桩基工程的施工工序多，施工工序繁杂且组织难度大。施工中根据不同分区特点，先进行预应力方桩施工，按施工分区逐步施工，预应力方桩施工完成一个施工区段后，在该区段立即插入灌注桩，并进行止水帷幕施工，有序组织机械设备和施工人员交叉流水作业，保证不同分区施工内容的高效完成。

建筑基坑的桩基施工中，具体的施工顺序为由中区施工段向两侧进行预应力方桩施工，即在1号楼范围由中区施工段向西一区、西二区、西三区施工，在2号楼范围由中区施工段向东一区、东二区施工，3号楼范围内的东三区单独同步进行施工。这样施工顺序组织，可保证三处区域同时进行施工且相互之间影响较小，从而提升施工效率，又不会对周围环境产生较大影响。同时，为避免对基坑南侧的南边海路及附近管线影响，7个施工分区内部的预应力方桩自南端向北端依次施工，施工范围逐渐远离南边海路，使打桩过程对道路及管线造成的影响程度降至最低。在每个分区段内部，当预应力方桩施工完成后立即插入灌注桩，其中1号楼、2号楼灌注桩从中区施工段开始，分别向东侧东一区、东二区和西侧的西一区、西二区、西三区依次逐步推进，3号楼范围东三区同时施工，分区内部的灌注桩施工按照先深后浅，先大后小的原则有序进行，预应力方桩和灌注桩具体施工顺序如图2所示。

对于施工分段内的桩基支护施工来说，也要根据分区范围特点进行施工组织。以东一区内的支护施工为例，首先在该分区基坑的南端，靠近南边海路处将预应力方桩从西端向东端等间距打入。一排共设置的7根方桩顺序施工，然后另起一排由南端向北端重复上述操作，直至预应力方桩规则的满布施工区段，在对周围环境影响降至最低程度的同时，保证施工快速、高效、有序进行。在该分区段的预应力方桩施工完成后立即插入灌注桩，灌注桩的插入顺序和方桩施工的顺序保持一致，相应的也可以减少施工过程对周围环境的影响。桩基施工过程中，对于杂填土区域空隙较大部位可采用换填措施，以保证止水帷幕施工的质量，防止预应力方桩施工时因土体挤密效应破坏止水帷幕，使止水帷幕结构中间连续而不中断，保证整体止水效果。咬合桩施工时，先施工东侧咬合桩，再施工南、北两侧咬合桩，最后施工西侧咬合桩。这样基坑整体范围按照分区划分，从中区施工段开始同时向东端和西端并行施工，即可减少施工对周围环境的影响，也可以提高施工效率。

3.4 土方开挖施工的分区优化

待支护工程完成后即开始土方开挖施工，建筑基坑整体开挖深度为2 m～4 m，分三层进行分层开挖施工，平均分层厚度0.7 m～1.3 m，基坑北端形成的环路直通工地两端大门。为提高总体施工效率，对基坑开挖也进行了相应分区优化，调整不同基坑分区区域的开挖顺序：基坑整体上从中区施工段与东三区同时开挖，中区施工段完成后同时向东端和西端推进，向西从东一区、中区施工段、西一区、西二区、西三区按区段逐段开挖，向东从东一区、东二区按区段逐段开挖。在开挖至每一个分区界限后，继续放坡开挖相邻区域，通过将狭长带状基坑的分区组织，合理调整开挖顺序，有效推进并行开挖施工，实现从中间向狭长带两侧延伸推进的施工过程，既避免了基坑开挖对南端道路、管线和北端临春河的影响，又使基坑狭长带形状特征得到充分利用，从而缩短开挖施工工期。施工中土方分区开挖的运输路线如图3所示。

为了方便快速转运开挖土方，在每一个施工区段内各设置一个马道，保证施工期间人员和小型设备的交通。马道跨越基坑分区之间的咬合桩部位时，在咬合桩位置铺设钢板并在钢板下设置减震沟，以防止运输车辆的震动破坏止水帷幕的整体性。马道布置位置尽量减少占用上部主体结构区域，各分区开挖土方通过马道运送至北端道路的运输车上，土方运输线路具体为：中区施工段、东一区、东二区土方通过马道运输到北端的临时道路上，向东端运输至东侧大门，而西一区土方通过马道运输到北端的临时道路上，再向西端运输至西侧大门。由于西二区、西三区和东三区分别离东、西两端大门较近，故西二区、西三区土方直接通过马道运输至西端大门，而东三区土方直接通过马道运送至东端大门，这样可以使每一个施工分区内的开挖土方转运路径较短，实现各施工分区内快速转运土方，缩短开挖施工工期。

基坑土方开挖采用挖掘机和人工开挖相结合的方式，在基坑内部筏板基础、车库承台、地梁等大面积区域范围内采用挖机进行开挖施工，而在基坑基底以上0.2 m范围采用人工开挖，以提高基坑基底的平整度。土方开挖过程中，相应部位按要求进行放坡开挖，并对开挖标高进行精确核对，防止超挖造成边坡的不稳定，影响基坑周围边坡的施工安全。在基坑内部距离周围支护结构较近位置不能使用机械挖掘，而应采取人工进行开挖，并由专职测量人员使用水准仪进行开挖深度的严格控制。对于基坑底部的基础施工来说，当挖掘机挖土至基础桩顶标高以上0.2 m范围时，也应及时组织人工挖土至设计标高，减小挖机对基础和桩的破坏和影响。

由于不同分区范围内地梁顶面标高和高度不尽相同，开挖过程中对于相应编号梁的开挖深度应仔细检查核对，保证和设计图一致，以免影响地梁的施工质量。作业过程中因机械碾压等破坏的开挖位置，应根据周边控制桩要求及时进行修正，以免造成开挖位置偏离和基底开挖标高的错误。基坑开挖到位后，不再允许人为扰动基底土，同时加强排水和降水施工，特别是在雨天时应及时进行排水，防止产生基坑浸水现象，影响后续施工。土方开挖完成后及时进行工程质量验收，验收标准如表1所示。

表1 土方开挖工程质量验收标准 mm

工程施工及测量结果表明，采用分区基坑土方开挖方式，其允许偏差均满足验收标准，优化分区施工方法完全有效可行，保证了工艺过程的施工质量。

4.1 基坑分区施工过程

1)地下室结构施工内容。

地下室结构随基坑土方开挖逐段施工，共分为7个施工区段，每个施工区段分为3个流水段，优先施工主楼部位结构。而劳动力的组织分两个校区，其中主体劳务一负责中区至西三区施工，主体劳务二负责东一区至东三区施工，而每个劳务配备两个班组，各区段分两次流水作业施工，分段验收完成后及时进行地下室肥槽回填，回填完成后即进入后续主体结构施工。

2)基础施工内容。

地下基础施工阶段也相应地划分为7个区段，利用环形道路通向各个区段，环形道路每隔30 m设置错车平台，在工地靠南边路两侧设置两个大门。考虑到地下水丰富，场地面积大，为减少后期地下水困扰和地下室底板补浇工作，塔吊尽量坐落在基坑边，钢筋加工棚及木工加工棚在场地宽阔处沿环路就近布置。基础阶段采用两个主体施工队(每个主体施工队又可以分为两个班组，分别进行相应主体施工内容的组织)和两个安装施工队，安装施工队伍分别负责对应工区的安装及相关预埋件施工。

3)主体结构施工内容。

主体结构阶段共布置6个钢结构材料堆放料场，3个砌体材料堆放料场，同时布置场地南侧环形道路，吊车停放场地按需布置在环形路内侧。由于工程场地狭长，钢结构安装高峰期预计需要吊车20台，钢结构采用1个专业分包，钢结构在每段地下室结构完成后进行安装，幕墙节点安装及龙骨安装随钢结构穿插进行，同时3栋单体平行作业，根据每栋施工情况单独配置人员及机械设备。

在工期紧张情况下，各工种劳动力组织集中，地下室结构施工、基础施工和主体结构施工都存在交叉作业，合理配置各阶段劳动力是进度保证计划的关键。为确保劳动力及时按计划到位，在劳动力组织上采取以大化小，以小保大的原则，采取劳动力整体集中调配，各专业施工队独立管理的模式，进行劳动力组织调配，满足施工要求。

4.2 基坑分区施工的安全保证措施

通过分区、分段的方式，将狭长带状基坑分割成相对独立的7个分区，不同分区之间通过围护结构和止水措施进行隔离，实现了不同分区之间的独立施工组织，而不同分区之间施工组织又相互配合，实现不同工艺过程的交叉流水施工。所以不同分区施工之间既相互独立，施工过程又相互影响，因此在基坑分区施工中采取了针对性安全保证措施。

1)建筑基坑内部人工开挖土石方时，应该远离危岩、孤石或未进行支护加固的危险构筑物，避免在具有危险的环境中进行施工，特别是要注意临近分区内孤石等影响，因为相邻分区内的施工条件中易于忽视，应予以足够重视。当两个分区同时施工时，施工条件的一直变化也会影响施工中的风险源的识别和应对，特别是在中段分区中进行施工时，两侧相邻的分区都会对其产生影响，所以更应该予以关注。

2)基坑开挖过程中，不同基坑分区之间的两人施工距离应大于2.5 m，防止施工时误伤或者相互干扰，而不同分区之间的多台开挖机械同时施工时，挖机之间距离需大于10 m，在挖机工作范围内，也不允许进行其他作业，以免造成人员伤亡或者机械损坏等事故发生，导致工期延误。受到不同分区连续作业的影响，设备和人员在基坑分区内部的移动会随时改变不同分区之间设备和人员的距离，从而造成相应的施工风险，所以在基坑分区内部的开挖过程组织中，也要合理规划开挖的顺序和施工时间，减小设备和人员之间的相互干扰，降低出现风险的可能性。

3)开挖过程中边坡的稳定性是决定开挖过程施工安全的重要因素，施工中应严格控制放坡参数，保证开挖后土体的稳定性，特别是在基坑分区的边界位置，更应严格按施工要求进行放坡开挖，并在开挖过程中随时观测开挖边坡的变化情况，一旦发现周围土体有裂缝延伸或者部分土体自动坍塌现象，需要及时对土体增加支护，保证周围土体的稳定性，并在后续的开挖过程中注意增加观察边坡稳定性频率。

4)基坑分区内部或者临近基坑分区有多台挖机同时在不同台阶上进行开挖施工时，要核算开挖边坡的稳定性，特别是要考虑临近分区的挖机施工影响。使用挖机在设置有支护的基坑分区内进行开挖施工时，应注意挖机与周围支护结构的相对位置关系，防止挖机施工过程中碰坏分区之间的支护结构，造成基坑围护结构的失稳破坏，影响开挖施工的安全。在对支护强度进行验算时，不仅要考虑分区内施工设备荷载的影响，同时也要考虑临近分区内施工荷载对其影响，当分区内的支护强度不满足稳定性要求时，应适当增加支护数量，以保证施工安全。

针对海南三亚国际游艇荟建筑工程的施工过程特点，对临海异形建筑基坑开挖过程进行了分区优化，实现了基坑开挖过程的安全高效施工，获得以下结论：

1)通过对临海异形基坑进行合理分区，实现了不同分区之间桩基支护、降水及开挖的交叉、流水、滚动施工，有效提高基坑开挖安全性及施工效率，缩短了施工工期。

2)建筑基坑的合理分区应考虑地面建筑形式、建筑施工过程、基坑施工工艺组织等因素的影响，使不同分区之间工程量相差不大，以方便施工工艺组织和设备高效应用。

3)通过基坑分区之间和开挖区域周围的止水帷幕及支护桩施工，在基坑分区周围形成了有效隔绝地下水的帷幕，保证了开挖过程的安全，而轻型井点降水与基坑内集水明排相结合的止水方法，实现了临海基坑分区内部开挖及结构施工的顺利进行，提高围护结构稳定性。