溶蝕透水地質(zhì)條件下錨碇深基坑施工技術(shù)

牛世偉

（中鐵交通投資集團有限公司，廣西 南寧 530021）

1 地質(zhì)概況

柳州雙擁大橋地處喀斯特溶蝕地區(qū)，該區(qū)域的巖層多溶洞和溶蝕裂隙，地質(zhì)勘察資料顯示，基巖儲水條件較差，圓礫層的空隙受粘性土充填，透水性較差。潛水一般賦存于近河岸處基巖淺部的裂隙中，地下水位為+77.0m，基本與柳江水位+77.4持平，水量較小。該層水埋藏于巖溶洞穴和裂隙中，受巖溶發(fā)育不均勻性的影響，其均勻性較差。開挖過程中在水頭作用下，溶洞或溶槽內(nèi)的軟塑填充物有向基坑移動的趨勢，施工中應(yīng)維持水頭平衡，并采取固化填充物等措施進行止水。地質(zhì)基巖面總體起伏較平緩，凹凸不平，落差為5m左右。溶蝕較發(fā)育，多為串珠狀、充填性溶洞，充填物為紅粘土?；鶐r為灰色石灰?guī)r，覆蓋層從下至上依次為硬塑粘土、紅粘土、新四紀沖填紅粘土，厚薄不均，最厚達30m。大橋的南北岸錨碇的平面投影為半徑28.5m的圓形，地表以下的埋置深度均為22m，基坑采用明挖的方式進行施工。

2 施工原理

以地下水位為分界線，采用不同的支護、止排水施工方案。特別是針對基坑巖體的溶蝕情況采用有效的止水方案是本工法的關(guān)鍵點。

2.1 支護結(jié)構(gòu)及原理

（1）地下水位以上部分：基坑采用放坡開挖、坡面支護的施工方案，放坡坡率為1∶0.8，支護采用錨桿加鋼筋網(wǎng)加噴混凝土的形式。

（2）地下水位以下部分：基坑采用垂直開挖、環(huán)向排樁加連續(xù)板墻支護。排樁與連續(xù)板墻構(gòu)成一個環(huán)向整體，形成一個環(huán)向封閉的支護結(jié)構(gòu)，支護結(jié)構(gòu)能起到抵抗基坑周邊水平荷載的作用，既達到力學強度方面的要求，又能控制基坑整體位移變形。

2.2 止排水結(jié)構(gòu)及原理

（1）地下水位以上部分：以排水為目的設(shè)計好整個排水系統(tǒng)。

①坡頂排水：在坡頂距坡角3m處設(shè)置高0.4m、寬0.4m的環(huán)向截水溝，將錨碇范圍的雨水、基坑滲水直接排至錨碇范圍以外。

②坡面排水：由混凝土護坡面、坡面泄水孔、二級平臺坡腳處環(huán)向截水溝和匯水槽對坡面排水匯集構(gòu)成。再由水泵抽排至坡頂排水溝，排至錨碇范圍以外。

（2）地下水位以下部分：地下水位以下部分以止水為目的處理土體滲水及溶蝕區(qū)特殊透水條件下滲水、涌水?；又苓呁翆硬捎酶邏盒龂姌短幚?，基坑周邊及底部巖層采用灌漿處理，高壓旋噴樁和灌漿聯(lián)合處理使基坑外圍、底部構(gòu)成桶形封閉止水帷幕結(jié)構(gòu)。

基坑垂直開挖部分排水：根據(jù)基坑開挖后滲水量大小，在坑底設(shè)置積水坑、積水井。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 施工工藝流程

3.2 工藝原則

實現(xiàn)基坑帷幕止水效果及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，滿足后續(xù)施工及安全要求。

3.3 操作要點

3.3.1 溶蝕地質(zhì)基坑開挖支護

因基坑為溶蝕地質(zhì)，開挖深度大，從安全、成本、施工可操作性等方面進行綜合考慮，做出如下圖2示意的放坡與垂直支護開挖方式，既縮小了放坡開挖的范圍，也減小了垂直開挖的深度和難度。

3.3.2 基坑上部放坡開挖支護

根據(jù)勘察報告收集確認基坑土層土體參數(shù)指標及開挖深度，通過邊坡設(shè)計軟件進行邊坡坡率、支護方式的設(shè)計。根據(jù)基坑地下水位以上部分深度分兩級放坡開挖和設(shè)置開挖坡率；并在每級間設(shè)護坡平臺與截水溝。為便于錨桿施工方便，根據(jù)錨桿每層層高豎向分層開挖；平面開挖順序為先基坑中間后邊坡坡腳的環(huán)形掏槽開挖方式。開挖時采用機械開挖，人工配合修整坡面，坡面錨桿采用HRB335鋼筋加砂漿構(gòu)成的無應(yīng)力錨桿，護坡面縱橫向錨固肋筋和鋼筋網(wǎng)片分別采用HRB335、HPB235鋼筋，并在錨固鋼筋、肋筋、鋼筋網(wǎng)片安全前后分別進行各一層噴射C20混凝土施工，兩層噴射混凝土厚度根據(jù)設(shè)計總厚度、鋼筋在護坡外露面?zhèn)缺Ｗo層厚度確定，以充分利用鋼筋網(wǎng)片的有效受力為目的。

3.3.3 坡腳反壓梁及平臺施工

（1）坡腳反壓圈梁：根據(jù)設(shè)計計算確認在坡腳位置是否設(shè)置坡腳反壓圈梁。若設(shè)置反壓圈梁，要綜合考慮護坡面同坡腳反壓圈梁的結(jié)構(gòu)受力及防水效果，確保坡腳位置受力的穩(wěn)定。施工時可設(shè)置多個工作面，每個工作面要分段推進施工，根據(jù)鋼筋規(guī)格確定每次推進長度為10m或13m，以便于施工。

（2）垂直開挖平臺施工：垂直開挖平臺為支護排樁、高壓旋噴樁、灌漿、土石方開挖、支護板墻等工程施工提供作業(yè)平臺，施工機械多，是一重要的工作平臺，采用C20混凝土封閉硬化，同時設(shè)置環(huán)形排水系統(tǒng)，確保平臺滿足垂直開挖施工的需要。

3.3.4 環(huán)向支護排樁、樁頂冠梁及支護板墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及環(huán)向支護排樁施工

由設(shè)計確認基坑開挖深度，根據(jù)勘察報告收集確認基坑地下水位以下部分垂直開挖深度范圍巖面的位置分布，根據(jù)施工方案計算坡頂工作荷載，利用結(jié)構(gòu)體為環(huán)向（圓形）受力特點，通過邊坡設(shè)計軟件進行邊坡支護樁及支護板墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

（1）支護樁的設(shè)計及施工

1）確認支護排樁環(huán)向布置間距、樁徑、樁長。

2）樁的鋼筋配置和混凝強度等級。

3）樁伸入錨碇基底以下嵌巖深度。

4）支護樁施工采用常規(guī)的鉆孔樁施工工藝，可同時組織多臺鉆機進行同步作業(yè)。施工要求在每根樁成樁后，進行樁基質(zhì)量檢測。

（2）樁頂冠梁及支護板墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1）確認樁頂冠梁及支護板墻環(huán)向布置中線半徑、截面高度及寬度。

2）樁頂冠梁及支護板墻的鋼筋配置和混凝強度等級。

3）樁頂冠梁及支護板墻與支護排樁的位置關(guān)系。

4）樁頂冠梁及支護板墻具體施工。

3.3.5 環(huán)向高壓旋噴樁土層止水

在溶蝕區(qū)特殊透水條件下，基坑垂直開挖部分止水帷幕的設(shè)計施工是通過基坑支護排樁外側(cè)的土層旋噴樁帷幕體和巖層灌漿帷幕體聯(lián)合作用實現(xiàn)的。其中土體止水主要根據(jù)原狀土滲透系數(shù)及地下水的水力坡度計算確認采用如攪拌樁、高壓旋噴樁等相適用的帷幕止水方式。若選定對基巖面以上覆蓋層采用高壓旋噴樁處理，就要進行以下設(shè)計和施工：

1）確定高壓旋噴樁的帷幕體的截面厚度和高度、樁徑、排數(shù)和根數(shù)、樁間相互搭接尺寸。

2）確定高壓旋噴樁施工采用單管法、雙管法、三管法。

3）確定高壓旋噴樁引孔直徑的入巖深度。

4）施工要求高壓旋噴樁開孔偏差小于5cm，鉆孔斜不大于0.5%，孔內(nèi)無殘留的巖芯、巖粉和其他雜物。確認旋噴施工旋轉(zhuǎn)速度不大于n轉(zhuǎn)/min，提升速度V cm/min，噴射壓力不小于×MPa，水灰比。

3.3.6 垂直開挖、樁頂冠梁及混凝土板墻施工

（1）垂直開挖

在主要的支護體系和外圍的止水施工完以后，開始進行基坑開挖施工。由于是垂直開挖，開挖過程中分為4個階段，采用豎向分層，分層厚度根據(jù)每層混凝土板墻高度定為：樁頂冠梁2.5m、混凝土板墻三層各2.3m、2.3m、2.266m，水平跳槽間隔開挖，跳槽間距為10m。

巖石部分采用爆破進行施工，爆破施工時需要加強對支護樁和已經(jīng)完成止水施工的保護，支護樁附近的巖石和土層采用人工進行清理。

（2）樁頂冠梁、混凝土板墻施工

樁頂冠梁、混凝土板墻按照基坑開挖分為四層進行施工，均采用C30鋼筋混凝土現(xiàn)澆成環(huán)向支護板墻，從上至下冠梁，板墻厚度分別為1.8m、1.2m、1.4m、1.6m，根據(jù)基坑的開挖順序采用逆作法進行施工，開挖一段施工一段，及時對基坑的開挖面進行封閉。

3.3.7 監(jiān)控量測及施工動態(tài)管理

（1）基坑水平位移變形觀測基準網(wǎng)布置為三等邊角網(wǎng)，在基坑四周均勻布設(shè)5個基準點，各基準點埋設(shè)標石，基坑平臺上埋設(shè)變形觀測點。變形觀測點觀測等級為“三等”，要求變形點中的點位誤差不超過±10mm。

（2）基坑沉降觀測基準網(wǎng)各基準點均為鉆進到基巖未風化層后埋設(shè)深層金屬管。各點均設(shè)半圓銅頭標志，做成窨井式點位，并用水泥蓋板或金屬蓋板保護。

（3）基坑監(jiān)測進程安排：基坑開挖深度之前，測得坡頂監(jiān)測點初始值；開挖至一級平臺處后，及時布設(shè)一級平臺處監(jiān)測點，并及時對監(jiān)測點進行初始位移值監(jiān)測；第一平臺至第二平臺施工期間，每開挖一層觀測一次；第二平臺施工期間，7天/次；第二平臺至坑底施工期間，3天/次；當變形數(shù)據(jù)超過報警值后，應(yīng)加密觀測次數(shù)；當有事故征兆時，應(yīng)連續(xù)監(jiān)測；在暴雨季節(jié)及連續(xù)雨天等條件下更要加密觀測。

（4）根據(jù)現(xiàn)場施工進度，每天對監(jiān)測項目進行數(shù)據(jù)收集，結(jié)合監(jiān)測報告對比分析界定基坑安全狀態(tài)，書面通報基坑安全狀態(tài)；簽發(fā)開挖指令，指導(dǎo)下一步是否能進行下一道工序的施工。

4 安全措施

（1）在基坑坡頂及冠梁頂設(shè)置環(huán)向圍欄防護，基坑內(nèi)與坑頂通過4組救生通道連通.

（2）為避免基坑坍塌，基坑開挖時宜采用從坑中間向坡腳開挖，開挖至距坡腳2m環(huán)向處再分段跳槽開挖支護；連續(xù)板墻施工時宜采用分段跳槽開挖和混凝土施工。

（3）依據(jù)《建筑施工安全檢查標準》編制下發(fā)《深基坑專項安全施工組織設(shè)計》及安全交底。

（4）實行三級教育，加強崗前、工序、轉(zhuǎn)崗等培訓與教育；組織高空作業(yè)、吊裝作業(yè)等工序的學習；實行班前教育制度。

（5）每月開展一次高空墜落、深基坑坍塌、通道逃生、傷員救治等專項應(yīng)急預(yù)案的演練。

（6）實行專業(yè)工種組長負責與簽認制，統(tǒng)一指揮、分級管理、規(guī)范施工。

5 效益分析

（1）技術(shù)效益：該工法的形成，屬國內(nèi)首例，填補了國內(nèi)溶蝕區(qū)特殊透水條件下圓形深大基坑開挖支護設(shè)計與施工空白；為各種單一的支護、止水提供了聯(lián)合利用的思路。

（2）經(jīng)濟效益：溶蝕區(qū)特殊透水條件下圓形深大基坑開挖支護方法安全可靠且防水效果好，是一種安全、高效、實用的開挖支護施工方法；較完全垂直支護開挖方法節(jié)約成本200萬元；縮短工期30天。

（3）社會效益：溶蝕區(qū)特殊透水條件下圓形深大基坑施工為后續(xù)工程施工提供了工期保證，在施工中支護安全可靠、止水效果好，未出現(xiàn)安全事故。

6 結(jié)語

柳州市雙擁大橋單主纜斜吊桿地錨式懸索橋工程采用錨碇深基坑施工技術(shù)，封底后無滲水和漏水現(xiàn)象，整個施工過程快速、安全、高效， 達到了預(yù)期的施工效果， 取得了較好的經(jīng)濟效益， 并為今后類似的深基坑開挖施工積累了寶貴施工經(jīng)驗和一手資料。