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(tuán)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(chǔ)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(kāi)挖過(guò)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(dòng)的趨勢(shì)，施工中應(yīng)維持水頭平衡，并采取固化填充物等措施進(jìn)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。基巖為灰色石灰?guī)r，覆蓋層從下至上依次為硬塑粘土、紅粘土、新四紀(jì)沖填紅粘土，厚薄不均，最厚達(dá)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(jìn)行施工。

2 施工原理

以地下水位為分界線(xiàn)，采用不同的支護(hù)、止排水施工方案。特別是針對(duì)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(diǎn)。

2.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)及原理

（1）地下水位以上部分：基坑采用放坡開(kāi)挖、坡面支護(hù)的施工方案，放坡坡率為1∶0.8，支護(hù)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(kāi)挖、環(huán)向排樁加連續(xù)板墻支護(hù)。排樁與連續(xù)板墻構(gòu)成一個(gè)環(huán)向整體，形成一個(gè)環(huán)向封閉的支護(hù)結(jié)構(gòu)，支護(hù)結(jié)構(gòu)能起到抵抗基坑周邊水平荷載的作用，既達(dá)到力學(xué)強(qiáng)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(jì)好整個(gè)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(hù)坡面、坡面泄水孔、二級(jí)平臺(tái)坡腳處環(huán)向截水溝和匯水槽對(duì)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。基坑周邊土層采用高壓旋噴樁處理，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(kāi)挖部分排水：根據(jù)基坑開(kāi)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(diǎn)

3.1 施工工藝流程

3.2 工藝原則

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

3.3 操作要點(diǎn)

3.3.1 溶蝕地質(zhì)基坑開(kāi)挖支護(hù)

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

3.3.2 基坑上部放坡開(kāi)挖支護(hù)

根據(jù)勘察報(bào)告收集確認(rèn)基坑土層土體參數(shù)指標(biāo)及開(kāi)挖深度，通過(guò)邊坡設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行邊坡坡率、支護(hù)方式的設(shè)計(jì)。根據(jù)基坑地下水位以上部分深度分兩級(jí)放坡開(kāi)挖和設(shè)置開(kāi)挖坡率；并在每級(jí)間設(shè)護(hù)坡平臺(tái)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(kāi)挖；平面開(kāi)挖順序?yàn)橄然又虚g后邊坡坡腳的環(huán)形掏槽開(kāi)挖方式。開(kāi)挖時(shí)采用機(jī)械開(kāi)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(wú)應(yīng)力錨桿，護(hù)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(jìn)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(jì)總厚度、鋼筋在護(hù)坡外露面?zhèn)缺Ｗo(hù)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(tái)施工

（1）坡腳反壓圈梁：根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算確認(rèn)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(hù)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(shí)可設(shè)置多個(gè)工作面，每個(gè)工作面要分段推進(jìn)施工，根據(jù)鋼筋規(guī)格確定每次推進(jìn)長(zhǎng)度為10m或13m，以便于施工。

（2）垂直開(kāi)挖平臺(tái)施工：垂直開(kāi)挖平臺(tái)為支護(hù)排樁、高壓旋噴樁、灌漿、土石方開(kāi)挖、支護(hù)板墻等工程施工提供作業(yè)平臺(tái)，施工機(jī)械多，是一重要的工作平臺(tái)，采用C20混凝土封閉硬化，同時(shí)設(shè)置環(huán)形排水系統(tǒng)，確保平臺(tái)滿(mǎn)足垂直開(kāi)挖施工的需要。

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

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

（1）支護(hù)樁的設(shè)計(jì)及施工

1）確認(rèn)支護(hù)排樁環(huán)向布置間距、樁徑、樁長(zhǎng)。

2）樁的鋼筋配置和混凝強(qiáng)度等級(jí)。

3）樁伸入錨碇基底以下嵌巖深度。

4）支護(hù)樁施工采用常規(guī)的鉆孔樁施工工藝，可同時(shí)組織多臺(tái)鉆機(jī)進(jìn)行同步作業(yè)。施工要求在每根樁成樁后，進(jìn)行樁基質(zhì)量檢測(cè)。

（2）樁頂冠梁及支護(hù)板墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1）確認(rèn)樁頂冠梁及支護(hù)板墻環(huán)向布置中線(xiàn)半徑、截面高度及寬度。

2）樁頂冠梁及支護(hù)板墻的鋼筋配置和混凝強(qiáng)度等級(jí)。

3）樁頂冠梁及支護(hù)板墻與支護(hù)排樁的位置關(guān)系。

4）樁頂冠梁及支護(hù)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(kāi)挖部分止水帷幕的設(shè)計(jì)施工是通過(guò)基坑支護(hù)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(shí)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(jì)算確認(rèn)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(duì)基巖面以上覆蓋層采用高壓旋噴樁處理，就要進(jìn)行以下設(shè)計(jì)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(kāi)孔偏差小于5cm，鉆孔斜不大于0.5%，孔內(nèi)無(wú)殘留的巖芯、巖粉和其他雜物。確認(rèn)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(kāi)挖、樁頂冠梁及混凝土板墻施工

（1）垂直開(kāi)挖

在主要的支護(hù)體系和外圍的止水施工完以后，開(kāi)始進(jìn)行基坑開(kāi)挖施工。由于是垂直開(kāi)挖，開(kāi)挖過(guò)程中分為4個(gè)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(kāi)挖，跳槽間距為10m。

巖石部分采用爆破進(jìn)行施工，爆破施工時(shí)需要加強(qiáng)對(duì)支護(hù)樁和已經(jīng)完成止水施工的保護(hù)，支護(hù)樁附近的巖石和土層采用人工進(jìn)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(kāi)挖分為四層進(jìn)行施工，均采用C30鋼筋混凝土現(xiàn)澆成環(huán)向支護(hù)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(kāi)挖順序采用逆作法進(jìn)行施工，開(kāi)挖一段施工一段，及時(shí)對(duì)基坑的開(kāi)挖面進(jìn)行封閉。

3.3.7 監(jiān)控量測(cè)及施工動(dòng)態(tài)管理

（1）基坑水平位移變形觀(guān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)布置為三等邊角網(wǎng)，在基坑四周均勻布設(shè)5個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，各基準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)標(biāo)石，基坑平臺(tái)上埋設(shè)變形觀(guān)測(cè)點(diǎn)。變形觀(guān)測(cè)點(diǎn)觀(guān)測(cè)等級(jí)為“三等”，要求變形點(diǎn)中的點(diǎn)位誤差不超過(guò)±10mm。

（2）基坑沉降觀(guān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)各基準(zhǔn)點(diǎn)均為鉆進(jìn)到基巖未風(fēng)化層后埋設(shè)深層金屬管。各點(diǎn)均設(shè)半圓銅頭標(biāo)志，做成窨井式點(diǎn)位，并用水泥蓋板或金屬蓋板保護(hù)。

（3）基坑監(jiān)測(cè)進(jìn)程安排：基坑開(kāi)挖深度之前，測(cè)得坡頂監(jiān)測(cè)點(diǎn)初始值；開(kāi)挖至一級(jí)平臺(tái)處后，及時(shí)布設(shè)一級(jí)平臺(tái)處監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并及時(shí)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行初始位移值監(jiān)測(cè)；第一平臺(tái)至第二平臺(tái)施工期間，每開(kāi)挖一層觀(guān)測(cè)一次；第二平臺(tái)施工期間，7天/次；第二平臺(tái)至坑底施工期間，3天/次；當(dāng)變形數(shù)據(jù)超過(guò)報(bào)警值后，應(yīng)加密觀(guān)測(cè)次數(shù)；當(dāng)有事故征兆時(shí)，應(yīng)連續(xù)監(jiān)測(cè)；在暴雨季節(jié)及連續(xù)雨天等條件下更要加密觀(guān)測(cè)。

（4）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度，每天對(duì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，結(jié)合監(jiān)測(cè)報(bào)告對(duì)比分析界定基坑安全狀態(tài)，書(shū)面通報(bào)基坑安全狀態(tài)；簽發(fā)開(kāi)挖指令，指導(dǎo)下一步是否能進(jìn)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(hù)，基坑內(nèi)與坑頂通過(guò)4組救生通道連通.

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

（3）依據(jù)《建筑施工安全檢查標(biāo)準(zhǔn)》編制下發(fā)《深基坑專(zhuān)項(xiàng)安全施工組織設(shè)計(jì)》及安全交底。

（4）實(shí)行三級(jí)教育，加強(qiáng)崗前、工序、轉(zhuǎn)崗等培訓(xùn)與教育；組織高空作業(yè)、吊裝作業(yè)等工序的學(xué)習(xí)；實(shí)行班前教育制度。

（5）每月開(kāi)展一次高空墜落、深基坑坍塌、通道逃生、傷員救治等專(zhuān)項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案的演練。

（6）實(shí)行專(zhuān)業(yè)工種組長(zhǎng)負(fù)責(zé)與簽認(rèn)制，統(tǒng)一指揮、分級(jí)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?lài)?guó)內(nèi)首例，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)溶蝕區(qū)特殊透水條件下圓形深大基坑開(kāi)挖支護(hù)設(shè)計(jì)與施工空白；為各種單一的支護(hù)、止水提供了聯(lián)合利用的思路。

（2）經(jīng)濟(jì)效益：溶蝕區(qū)特殊透水條件下圓形深大基坑開(kāi)挖支護(hù)方法安全可靠且防水效果好，是一種安全、高效、實(shí)用的開(kāi)挖支護(hù)施工方法；較完全垂直支護(hù)開(kāi)挖方法節(jié)約成本200萬(wàn)元；縮短工期30天。

（3）社會(huì)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(hù)安全可靠、止水效果好，未出現(xiàn)安全事故。

6 結(jié)語(yǔ)

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(wú)滲水和漏水現(xiàn)象，整個(gè)施工過(guò)程快速、安全、高效， 達(dá)到了預(yù)期的施工效果， 取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益， 并為今后類(lèi)似的深基坑開(kāi)挖施工積累了寶貴施工經(jīng)驗(yàn)和一手資料。