箱涵無(wú)支護(hù)深基坑施工技術(shù)及要點(diǎn)控制

魏恩平

(福建省海盛交通投資有限公司，福建 三明 365000)

1 現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查及概況

該箱涵位于龍巖市永定區(qū)洪山鄉(xiāng)旅游公路K0+220處，長(zhǎng)度37.5 m，結(jié)構(gòu)寬度5.6 m，開挖深度為5.1 m，屬于危大工程，如1表所示。

表1 龍巖市永定區(qū)洪山鄉(xiāng)旅游公路情況表

基坑開挖處地質(zhì)情況及周圍環(huán)境描述如下：

(1)地質(zhì)自上而下分別為2.1 m素填土層、3 m粘土質(zhì)砂層。

(2)工程地點(diǎn)周圍空曠，無(wú)近距離構(gòu)造物及管線，周邊均為農(nóng)田，坡頂無(wú)荷載及動(dòng)載。

(3)經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)坑探測(cè)量，素填土層無(wú)地下水，砂質(zhì)粘性土層在標(biāo)高182.4 m處出現(xiàn)地下水。

2 基坑開挖總體施工方案確定

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)及環(huán)境調(diào)查，該箱涵基坑開挖四周無(wú)相鄰建筑物，地形平坦空曠，恰逢枯水季節(jié)，地表水少，地質(zhì)條件良好，適合無(wú)支護(hù)放坡施工。

因開挖深度超過(guò)5 m，達(dá)到5.1 m，為了確?；颖诜€(wěn)定、安全，計(jì)劃基坑分兩級(jí)開挖，因開挖土質(zhì)主要為砂質(zhì)粘性土，參照GB50268-2008《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》中表4.3.3中的邊坡坡度取值，按1∶1放坡開挖。同時(shí)在兩級(jí)間設(shè)1.0 m寬平臺(tái)，基底四周各留1.5 m工作寬度(用于設(shè)置坑邊排水溝、碼放護(hù)坡土袋及作業(yè)寬度)，基坑頂邊緣留有護(hù)道1.0 m，基坑四周2 m范圍內(nèi)嚴(yán)禁堆土，機(jī)動(dòng)車輛嚴(yán)禁在邊緣行走形成動(dòng)載。施工期間，加強(qiáng)對(duì)基坑邊坡的觀測(cè)，出現(xiàn)異常情況及時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案。

3 基坑穩(wěn)定性和滲水量的計(jì)算

(1)基坑穩(wěn)定性的計(jì)算

根據(jù)所提供的地質(zhì)勘察報(bào)告，土質(zhì)物理力學(xué)性能參數(shù)為：粘土質(zhì)砂天然含水量19～22%，塑限含水量15.5～18.4%，容重，γ=19 KN/m3，粘聚力c=10 KPa，計(jì)算內(nèi)摩擦角θ=21°，挖方坡腳β=45°邊坡高度安全系數(shù)取K=1.3

試求基坑邊坡的穩(wěn)定安全高度H=

解:根據(jù)《簡(jiǎn)明施工計(jì)算手冊(cè)》(中國(guó)建筑工業(yè)出版社江正榮、朱國(guó)梁編著)p61查穩(wěn)定系數(shù)為θs>12

由H=(θs×C)÷(K×γ)得

H=(12×10)÷(1.30×19)

=4.9 m

經(jīng)計(jì)算基坑邊坡的穩(wěn)定安全高度為4.90 m，放坡后基坑每一級(jí)開挖邊坡高度不大于3.50 m(基坑分2級(jí)放坡)

結(jié)論：基坑邊坡穩(wěn)定安全。

(2)滲水量的計(jì)算

根據(jù)K0+220(1-4.5×4.5)鋼筋混凝土箱涵的結(jié)構(gòu)尺寸，計(jì)算如下：

底面積：基底寬5.6+1.5×1.5=8.6 m，長(zhǎng)37.5+1.5+1.5=40.5 m，面積=8.6×40.5=348.3 m2。

側(cè)面積(粘土質(zhì)砂層182.4 m以下)：(40.5×1.8+8.6×1.8)×2=176.76 m2。

滲水量按粘土質(zhì)砂滲水經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)取值q1=q2=0.16 m3/h

基坑滲水量=(348.3+176.76)×0.16=84 m3/h

(3)水泵的選用

水泵進(jìn)口直徑以英寸表示時(shí)流量Q=5D2

當(dāng)直徑D為3吋時(shí)，水泵流量Q=5×3×3=45(T/h)相當(dāng)于Q=20～60 m3/h潛水泵。

水泵的選擇：84×1.5=126，即3吋的潛水泵4臺(tái)即可。

4 開挖施工要點(diǎn)控制

(1)施工準(zhǔn)備

①清理開挖范圍內(nèi)障礙物，測(cè)量放樣基底平面位置及基坑開口線，灑生石灰線標(biāo)記，并在基坑四個(gè)角點(diǎn)設(shè)保護(hù)樁，以便后續(xù)施工校核。

②按照已經(jīng)擬定的總體方案，設(shè)置好臨時(shí)用電，并應(yīng)配備電力應(yīng)急系統(tǒng)；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形規(guī)劃好出土運(yùn)輸路線，修筑施工便道；提前做了截水、排水方案。

③選用合適的施工機(jī)設(shè)備，配備足夠的抽水設(shè)備，指定專門負(fù)責(zé)的施工人員、安全人員，并對(duì)參與本項(xiàng)施工的技術(shù)、管理人員、機(jī)械手等作業(yè)人員進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)交底，讓大家領(lǐng)會(huì)施工意圖，掌握施工數(shù)據(jù)和控制重點(diǎn)。

(2)基坑開挖

①根據(jù)地質(zhì)土層組成情況，在素填土層與粘土質(zhì)砂分界處設(shè)開挖平臺(tái)，從基底往上第一級(jí)開挖高度按3 m控制，剩余高度作為第二級(jí)開挖，高度約為2.1 m；基坑邊坡坡度均按1∶1來(lái)控制；兩級(jí)間設(shè)平臺(tái)，平臺(tái)寬度按1 m控制。

②因箱涵靠北側(cè)有農(nóng)田、灌溉溝渠等，且地質(zhì)很差，不具備便道修筑條件，因此在箱涵南側(cè)修筑便道，由此出土。

③因基坑開挖深度較深，且寬度較大，地下水豐富，箱涵基底有0.5%的流水波，為了開挖后能及時(shí)施作坡面防護(hù)，減少對(duì)基坑的擾動(dòng)，故選用兩臺(tái)300型大型挖掘機(jī)進(jìn)行雙機(jī)作業(yè)，從出口往進(jìn)口方向、全斷面開挖，一次成活，1#挖機(jī)負(fù)責(zé)開挖、修整邊坡及甩土作業(yè)，2#挖機(jī)配備4臺(tái)運(yùn)輸車負(fù)責(zé)裝運(yùn)土方。

④開挖過(guò)程中，施工人員不間斷跟測(cè)，以控制基底高程、邊坡坡度、基底坡腳位置三項(xiàng)指示為主，確保平面位置及高程一次到位，避免欠挖和超挖，不再進(jìn)行二次機(jī)械修整。同時(shí)觀察邊坡穩(wěn)定情況，及時(shí)采取措施。

⑤基底應(yīng)預(yù)留一層30 cm厚土用人工清底找平，避免超挖和基底土遭受擾動(dòng)。在距坑底標(biāo)高30 cm處，測(cè)出水平線，釘上小木撅，然后用人工將預(yù)留土層挖走。同時(shí)由兩端軸線(中心線)引樁拉通線(用小線或鉛絲)，檢查距坑邊尺寸，確定基坑寬度標(biāo)準(zhǔn)，以此修整槽邊，最后清除坑底土方。

⑥完成基坑開挖后應(yīng)及時(shí)組強(qiáng)驗(yàn)基，應(yīng)及時(shí)施作底板及涵身結(jié)構(gòu)，避免長(zhǎng)時(shí)間暴露及擾動(dòng)。

(3)基坑排水

①基坑開挖前應(yīng)在頂部四周開挖線2 m外開挖環(huán)形截水溝，用于攔截地表水和雨水流入基坑，沖毀坑壁，浸泡基坑。

②基坑邊坡平臺(tái)開挖完成后，及時(shí)安排人工在平臺(tái)坡腳開挖20 cm×20 cm的平臺(tái)截水溝，并用M7.5砂漿硬化，用于收集上一級(jí)邊坡匯水，集中在低點(diǎn)通過(guò)急流槽引入基底排水溝。

③基坑底設(shè)置30 cm×40 cm排水溝，并在基坑四個(gè)角處設(shè)直徑不小于600 mm的集水井，其深度應(yīng)低于基底設(shè)計(jì)標(biāo)高50～100 cm，集水井與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)邊緣的位置一定要留足安全距離，根據(jù)滲水計(jì)算，采用4臺(tái)3寸潛水泵進(jìn)行排水。

④集水溝溝底縱坡1～5‰，集水井可用編筐、圍護(hù)，防止泥沙堵塞。所有基坑集水抽水到坑頂2 m外臨時(shí)排水溝排往下游方向。

(4)邊坡防護(hù)

①因砂性土層孔隙多、滲水量大，長(zhǎng)時(shí)間滲水易造成坑壁失穩(wěn)，導(dǎo)到坍塌，基坑開挖后為防止滑坍，對(duì)第一級(jí)坑壁采用土袋護(hù)壁，堆碼時(shí)砂袋的上下層和內(nèi)外層應(yīng)相互錯(cuò)峰，搭接長(zhǎng)度宜為1/2～1/3，堆碼密實(shí)整齊。

②為了避免第二級(jí)素填土層坑壁裸露，下雨沖刷邊坡，上部采用塑料布覆蓋，塑料布上口要比邊坡邊緣多鋪2 m，下口要壓入砂包袋1 m以上，塑料布接口搭接1 m，采用Φ8鋼筋長(zhǎng)1.2 m間距1 m進(jìn)入錨固，并用砂包袋壓住，緊貼坑壁。

(5)基坑監(jiān)測(cè)

①邊坡開挖完成后，大型箱涵施工周期相對(duì)較長(zhǎng)，土體應(yīng)力釋放加上外部因素的影響，必須對(duì)基坑穩(wěn)定進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

②在基坑四周設(shè)沉降與穩(wěn)定觀測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)在施工區(qū)域以外，要求通視良好、交通方便，地基堅(jiān)實(shí)且能長(zhǎng)期保存。

③觀測(cè)的內(nèi)容包括，基坑坑緣、頂面上有無(wú)裂縫，坑壁有無(wú)松動(dòng)塌落現(xiàn)象發(fā)生、支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移，地下水位，基地隆起等。

④監(jiān)測(cè)的方法

表2 邊坡監(jiān)測(cè)方法

在觀測(cè)過(guò)程中，如出現(xiàn)異常情況，應(yīng)立即進(jìn)行檢查，處理完畢后，方能繼續(xù)觀測(cè)。觀測(cè)資料應(yīng)及時(shí)收集整理和匯總分析，以指導(dǎo)施工和提供處理數(shù)據(jù)。

(6)基坑開挖施工安全措施要點(diǎn)

①基坑開挖必須由專人進(jìn)行指揮，開挖前先明確地下物的情況(位置、埋深、材質(zhì)、結(jié)構(gòu)尺寸、重要性等)，然后在進(jìn)行土方開挖施工。

②現(xiàn)場(chǎng)開挖過(guò)程中，對(duì)不明構(gòu)筑物及不明管線不得擅自拆除和毀壞，以免造成嚴(yán)重后果。溝槽附近要設(shè)有明顯的安全警示牌。

③機(jī)械行駛道路平整、堅(jiān)實(shí)；施工便道使用石渣土鋪墊，經(jīng)常修整，防止作業(yè)時(shí)車輛下陷、側(cè)翻。

④開挖邊坡土方，嚴(yán)禁切割坡腳，以防導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。

⑤機(jī)械挖土分層進(jìn)行，合理放坡，防止塌方、溜坡等造成機(jī)械傾翻、機(jī)械施工區(qū)域禁止無(wú)關(guān)人員進(jìn)入場(chǎng)地內(nèi)。挖掘機(jī)工作回轉(zhuǎn)半徑內(nèi)不得站人或進(jìn)行其他作業(yè)。挖掘機(jī)、裝載機(jī)卸土，應(yīng)待整機(jī)停穩(wěn)后進(jìn)行，不得將鏟斗從運(yùn)輸汽車駕駛室頂部越過(guò)；裝土?xí)r人都不得停留在裝土車上，挖基時(shí)應(yīng)備有便于出入基坑的爬梯等安全設(shè)施。

5 結(jié) 語(yǔ)

基坑坍塌是公路橋涵建設(shè)中重要危險(xiǎn)源之一，極易造成群死群傷安全事故，通過(guò)對(duì)該箱涵無(wú)支護(hù)深基坑開挖的施工技術(shù)總結(jié)，從地質(zhì)調(diào)查，邊坡穩(wěn)定性及滲水計(jì)算、總體施工方案擬定等施工技術(shù)，到開挖過(guò)程各重點(diǎn)、要點(diǎn)的作業(yè)細(xì)節(jié)操作、施工安全措施要點(diǎn)以及基坑監(jiān)測(cè)等全面的總結(jié)，對(duì)橋梁、涵洞施工中各類無(wú)支護(hù)基坑開挖，特別是中小型項(xiàng)目的施工人員有一定的指導(dǎo)和參考意義，實(shí)現(xiàn)提升基坑施工技術(shù)及安全管理水平的目的。