錨碇深基坑開(kāi)挖及多種坡率、多種支護(hù)形式施工技術(shù)

張磊 中交一公局第三工程有限公司

1.工程概況

新田長(zhǎng)江大橋全長(zhǎng)1770m，主橋采用主跨1020m雙塔單跨鋼箱梁懸索橋，兩岸均采用重力式錨碇，其中北岸高峰岸錨碇區(qū)位于斜坡中部地帶,邊坡面積為5633m2，開(kāi)挖總方量134000m3。

錨碇區(qū)基坑邊坡高度為12.0～52.0m，主要為泥巖和砂巖組成的巖質(zhì)邊坡?；舆吰缕露葹?：0.3、1：0.5、1：0.75、1：1四種坡率，最高處邊坡有6級(jí)，最低處為1級(jí)，單級(jí)邊坡高度為8m和10m兩種。針對(duì)不同地層及邊坡坡度采用錨噴支護(hù)、錨桿護(hù)面墻或錨索護(hù)面墻防護(hù)。

2.基坑開(kāi)挖、支護(hù)形式

具體見(jiàn)表1。

表1 基坑開(kāi)挖、支護(hù)情況

3.工程特點(diǎn)及施工重難點(diǎn)

（1）錨碇基坑占地面積大、開(kāi)挖土石方量大，使得現(xiàn)場(chǎng)施工組織和施工難度增大；（2）錨碇基坑施工區(qū)域上方有一危巖帶，崩坡積體上存在有孤石，需進(jìn)行排危和安全防護(hù)措施后進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)。（3）錨碇開(kāi)挖時(shí)需要配合爆破施工，爆破施工過(guò)程中的震動(dòng)對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響較大。（4）地表高差大，導(dǎo)致基坑開(kāi)挖過(guò)程出渣便道選取困難、現(xiàn)場(chǎng)采用便道隨開(kāi)挖高程的調(diào)整而變化的方式。（5）錨碇基坑施工范圍采用永久排水加臨時(shí)排水的方式。（6）由于錨碇位置地形坡度大，基坑深，施工過(guò)程中需對(duì)邊坡進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

4.施工工藝

該項(xiàng)目采用機(jī)械+爆破方式：表層軟弱土層采用挖掘機(jī)直接開(kāi)挖，強(qiáng)風(fēng)化巖層采用破碎錘破碎，中風(fēng)化巖層采用松動(dòng)性爆破施工，施工合理，工效較高。

5.錨碇基坑開(kāi)挖、支護(hù)施工

5.1 總體思路

（1）對(duì)施工區(qū)域上方危巖帶進(jìn)行處置完成后再進(jìn)行基坑開(kāi)挖。（2）邊坡開(kāi)挖自上而下分層開(kāi)挖，開(kāi)挖一級(jí)支護(hù)一級(jí)，下級(jí)臺(tái)階必須在上級(jí)臺(tái)階支護(hù)完畢后再行開(kāi)挖，嚴(yán)禁大挖大刷。（3）基坑開(kāi)挖中對(duì)不同深度、不同風(fēng)化程度的巖層選擇適當(dāng)?shù)拈_(kāi)挖方式，如機(jī)械、人工、小藥量爆破等開(kāi)挖方式，避免采用大藥量爆破以免影響邊坡和巖體穩(wěn)定性。（4）基坑施工及使用過(guò)程中通過(guò)對(duì)基坑進(jìn)行監(jiān)測(cè)，了解各施工階段及使用過(guò)程中基坑邊坡的動(dòng)態(tài)變化，判斷基坑邊坡的穩(wěn)定性，為工程安全提供保障措施。

5.2 錨碇基坑開(kāi)挖

基坑開(kāi)挖采用4臺(tái)反鏟挖掘機(jī)、2臺(tái)推土機(jī)和8輛卡車出渣。開(kāi)挖過(guò)程中，三臺(tái)挖機(jī)成“品”字型布置，從三個(gè)方向同時(shí)開(kāi)挖，由挖掘機(jī)和推土機(jī)接力將土石方運(yùn)至出渣通道處，自卸車裝車運(yùn)輸至棄土場(chǎng)。

基坑開(kāi)挖邊坡豎向分6個(gè)大層，每個(gè)大層開(kāi)挖完成后進(jìn)行邊坡防護(hù)施工。按照?qǐng)龅卣w標(biāo)高，從高往低，進(jìn)行土石方開(kāi)挖，最大開(kāi)挖深度按3m進(jìn)行控制。

在距離坑底標(biāo)高1m以前，根據(jù)巖層的風(fēng)化情況和強(qiáng)度分別采用機(jī)械、小爆破、人工等開(kāi)挖方式；在距離坑底標(biāo)高1m以內(nèi)禁止采用爆破開(kāi)挖，采用機(jī)械開(kāi)挖和人工修整。

基坑開(kāi)挖過(guò)程中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在開(kāi)挖區(qū)域設(shè)置≥2%縱橫坡，主要引排雨水及地表水，確保能排水順暢無(wú)積水。

圖1 基坑開(kāi)挖流程圖

5.3 邊坡支護(hù)形式

5.3.1 錨噴支護(hù)施工

（1）噴射混凝土工藝流程：坡面清理→初噴混凝土→錨桿施工→鋼筋網(wǎng)片安裝及固定→復(fù)噴混凝土→養(yǎng)護(hù)→進(jìn)入下一循環(huán)。

（2）錨桿施工流程：測(cè)量放線→鉆機(jī)就位→鉆孔→錨桿孔清理→錨桿孔檢驗(yàn)→錨桿制作及安裝→錨孔注漿。

5.3.2 錨桿護(hù)面墻施工

（1）護(hù)面墻工藝流程：坡面清理→錨桿施工→鋼筋網(wǎng)安裝→模板安裝→托架安裝→澆筑混凝土→混凝土養(yǎng)護(hù)→混凝土拆?！M(jìn)入下一循環(huán)。

（2）錨桿施工流程：測(cè)量放線→鉆機(jī)就位→鉆孔→錨桿孔清理→錨桿孔檢驗(yàn)→錨桿制作及安裝→錨孔注漿。

5.3.3 錨索護(hù)面墻施工

（1）護(hù)面墻工藝流程：坡面清理→鋼筋網(wǎng)安裝→模板安裝→托架安裝→澆筑混凝土→混凝土養(yǎng)護(hù)→混凝土拆?！^索施工→進(jìn)入下一循環(huán)。

（2）錨索施工流程：坡面修整→測(cè)放孔位→鉆孔→清孔→驗(yàn)孔→錨索安裝→錨孔注漿→外錨頭施工→張拉→封錨。

6.基底處理

6.1 基底處理措施

開(kāi)挖到距基坑底面1m時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求先局部快速開(kāi)挖幾處試驗(yàn)坑(至基底)，并立即進(jìn)行地基原位承載力試驗(yàn)及摩擦系數(shù)試驗(yàn)，以縮短基底的暴露時(shí)間。基底處理開(kāi)挖先以破碎錘的方式進(jìn)行，之后采用風(fēng)鎬進(jìn)行細(xì)處清理，然后由反鏟挖掘機(jī)將土方裝車外運(yùn)，坑底約0.3m高度的土方由人工鏟除修平，最后運(yùn)出基坑。挖至設(shè)計(jì)基底標(biāo)高后進(jìn)行地基表面處理，清除浮動(dòng)巖石。

6.2 基底試驗(yàn)

對(duì)錨碇基坑基底應(yīng)分別進(jìn)行基巖原位承載力試驗(yàn)、摩擦系數(shù)試驗(yàn)、剪切試驗(yàn)，最后進(jìn)行基底試驗(yàn)分析。

6.2.1 基巖原位承載力試驗(yàn)

試驗(yàn)前，對(duì)基巖測(cè)點(diǎn)表面范圍內(nèi)受擾動(dòng)的巖體進(jìn)行清除并修鑿平整，其起伏差不大于5mm，承壓板下用少許砂漿找平，承壓板蓋上后反復(fù)擠壓、搓轉(zhuǎn)擠出多余砂漿，安裝加載系統(tǒng)和沉降變形測(cè)量系統(tǒng)。具體試驗(yàn)步驟如下：（1）選用0.5m×0.5m載荷板做承載力試驗(yàn)。（2）正式加載前，對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行初始穩(wěn)定讀數(shù)觀測(cè)。每隔10min讀數(shù)1次，連續(xù)3次讀數(shù)不變即可開(kāi)始加載試驗(yàn)，并將此讀數(shù)作為各測(cè)表的初始讀數(shù)值。（3）試驗(yàn)前先將反拉支架制作完成，試驗(yàn)時(shí)通過(guò)控制千斤頂?shù)挠瓦M(jìn)行加載，最大加載力不應(yīng)少于地基承載力設(shè)計(jì)值的1.2倍。（4）卸載時(shí)，分級(jí)卸載。全部卸載后，當(dāng)30min回彈量＜0.01mm時(shí)，即認(rèn)為穩(wěn)定。（5）基底植入精軋螺紋鋼，制作、安裝反拉型鋼支架，利用反拉法對(duì)基巖進(jìn)行承載力測(cè)試，直到基底巖石產(chǎn)生破壞，以此確定其極限容許承載力值。

6.2.2 摩擦系數(shù)試驗(yàn)

該試驗(yàn)每組共制4個(gè)試樣，每個(gè)試樣截面為50cm×50cm，高度為50cm?；鶐r與混凝土界面的現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)采用直接快剪的方式進(jìn)行。試驗(yàn)步驟如下：（1）給試樣施加預(yù)定的法向壓力P1；然后分級(jí)施加水平向剪力T，直至試樣剪破為止；對(duì)下面試樣施加不同的法向壓力P2、P3、P4，重復(fù)以上步驟直至試樣剪破。在分級(jí)施加水平剪力時(shí)，測(cè)讀每級(jí)剪力作用下的穩(wěn)定剪切變形δ。試樣剪切變形穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為3min內(nèi)試樣剪切位移量＜0.005mm，試樣剪切破壞標(biāo)準(zhǔn)為在某級(jí)荷載作用下15min內(nèi)變形仍不穩(wěn)定，就將剪切變形不能穩(wěn)定的前一級(jí)水平剪力定義為最大剪力Tmax。

現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)采用豎直方向和水平方向加載，達(dá)到剪切破壞后，按前述方法確定最大水平推力Tmax。然后將豎直力和最大水平推力向有一定傾角的剪破面的法向和剪切法向投影，假定在剪破面上的法向應(yīng)力和最大剪應(yīng)力即該破壞面的抗剪強(qiáng)度為均勻分布，則可通過(guò)計(jì)算得出剪切面上的法向應(yīng)力和抗剪強(qiáng)度值。計(jì)算公式如下（1）、（2）：

式（1）、（2），A—截面尺寸，mm。

根據(jù)試驗(yàn)實(shí)際情況和試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，得出基巖原位承載力及摩擦系數(shù)測(cè)試值，從而驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的安全度。

7.施工注意事項(xiàng)

7.1 錨碇基坑開(kāi)挖注意事項(xiàng)

（1）施工放樣前，應(yīng)對(duì)首級(jí)控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測(cè)，并注意坐標(biāo)系統(tǒng)。（2）為保證施工安全，在開(kāi)挖前應(yīng)清除坡頂線內(nèi)外松動(dòng)巖石和碎石，防止下滑，確保施工安全。（3）施工過(guò)程中注意監(jiān)測(cè)點(diǎn)的保護(hù)。（4）邊坡施工嚴(yán)格遵循開(kāi)挖一級(jí)、防護(hù)一級(jí)原則，邊坡開(kāi)挖后需及時(shí)施做防護(hù)工程，避免坡面暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)影響邊坡穩(wěn)定。（5）基坑開(kāi)挖不宜間斷，基底應(yīng)避免超挖，達(dá)到設(shè)計(jì)高程經(jīng)檢驗(yàn)合格后，應(yīng)立即澆筑墊層混凝土避免長(zhǎng)時(shí)間晾槽。（6）基坑周圍不得隨意堆放材料、施工機(jī)械等。開(kāi)挖土石方不應(yīng)堆放于基坑四周，應(yīng)盡可能及時(shí)運(yùn)棄，以免影響基坑坑壁穩(wěn)定性。

7.2 基底處理及試驗(yàn)注意事項(xiàng)

（1）現(xiàn)場(chǎng)基底處理時(shí)嚴(yán)格按照要求進(jìn)行施工，可先采用機(jī)械破碎的方式進(jìn)行施工，再采用人工配合風(fēng)鎬的方式進(jìn)行施工。（2）基底承載力以及摩擦試驗(yàn)過(guò)程需逐級(jí)加載。（3）基底摩擦試驗(yàn)剪切變形標(biāo)準(zhǔn)3分鐘內(nèi)位移量＜0.005mm。（4）基底摩擦試驗(yàn)豎向壓力P在剪切過(guò)程中始終作用在試樣頂面的形心。（5）基底摩擦試驗(yàn)水平推力的反力座必須鉛直且與試樣側(cè)面平行，盡量降低水平推力的作用點(diǎn)。

7.3 錨噴施工注意事項(xiàng)

（1）土方開(kāi)挖時(shí)，錨噴防護(hù)施工緊跟開(kāi)挖面，隨挖隨支護(hù)。每小段土方開(kāi)挖完成后，立即進(jìn)行坡面修整及初噴混凝土封閉施工，然后進(jìn)行錨桿打設(shè)及掛網(wǎng)施工，并在網(wǎng)片安設(shè)牢靠后復(fù)噴混凝土。（2）在噴高壓混凝土之前，采用風(fēng)管將巖面清理干凈。（3）噴射中及時(shí)清除松散的石塊。（4）復(fù)噴噴射前對(duì)舊混凝土接縫進(jìn)行鑿毛，并將泥土、雜物、松散混凝土清除干凈，并清水濕潤(rùn)。（5）噴射混凝土外觀要求：表面保證平順，沒(méi)有產(chǎn)生裂縫，錨桿頭及鋼筋無(wú)外露。（6）噴射混凝土厚度采用提前插打立筋或標(biāo)志樁來(lái)控制，驗(yàn)收時(shí)采用開(kāi)洞來(lái)查明混凝土厚度。

7.4 護(hù)面墻施工注意事項(xiàng)

（1）土方開(kāi)挖時(shí)，護(hù)面墻防護(hù)施工緊跟開(kāi)挖面，隨挖隨支護(hù)。每小段土方開(kāi)挖完成后，立即進(jìn)行坡面修整及坡面防護(hù)。（2）在澆筑混凝土之前，將邊坡面上的粉塵和雜物清除干凈。（3）錨桿鋼筋應(yīng)外露開(kāi)挖面50cm，再支模澆筑護(hù)面墻；錨索施工時(shí)，先澆筑護(hù)面墻，后施工錨索。（4）澆筑混凝土前應(yīng)安裝泄水孔，其尺寸應(yīng)符合圖紙規(guī)定。（5）張拉前檢查張拉設(shè)備。張拉前對(duì)張拉千斤頂進(jìn)行標(biāo)定，給出線性回歸方程，求出力值和油表讀數(shù)。（6）錨板安裝時(shí)保證與錨索軸線垂直，并與開(kāi)挖坡面全面貼緊。張拉結(jié)束后，及時(shí)割除多出的鋼絞線，及時(shí)封錨。（7）正式施工前，按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行拉撥試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程做好詳細(xì)記錄。

8.結(jié)束語(yǔ)

為保證錨碇基坑開(kāi)挖邊坡的穩(wěn)定性，合理選擇了四種不同的坡度，并設(shè)置錨噴支護(hù)、錨桿護(hù)面墻和錨索護(hù)面墻三種支護(hù)形式分區(qū)域進(jìn)行防護(hù)。確保施工及運(yùn)營(yíng)階段邊坡及山體的安全，也極大地降低了施工成本，取得了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。也為類似防護(hù)工程提供借鑒。