淺談陽(yáng)澄湖樞紐工程中地涵深基坑開挖的施工對(duì)策

呂洪奇　周　屹

(昆山市水利建筑安裝工程有限公司， 江蘇 昆山　215300)

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淺談陽(yáng)澄湖樞紐工程中地涵深基坑開挖的施工對(duì)策

呂洪奇周屹

(昆山市水利建筑安裝工程有限公司， 江蘇 昆山215300)

【摘要】本文詳細(xì)描述了七浦塘拓浚整治工程陽(yáng)澄湖樞紐地涵深基坑開挖施工的工作原理、設(shè)計(jì)方法、施工工序及注意事項(xiàng)，以期為類似工程提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】地涵； 深基坑； 開挖； 邊坡

1引言

陽(yáng)澄湖樞紐工程由船閘工程、交通工程、立交地涵等部分組成，為蘇州市七浦塘拓浚整治工程的一部分，施工區(qū)域處于七浦塘與Ⅲ級(jí)航道——張家港申張線的交匯處，施工地點(diǎn)位于江蘇省昆山市巴城鎮(zhèn)境內(nèi)。

地涵和節(jié)制閘采用合建的施工方案，地涵過水橫斷面由3孔方形涵洞組成，過流能力為100m3/s，涵洞為3孔，尺寸(寬×高)為6.5m×5.6m，主體的底高程-11.5m，寬22.9m，15節(jié)共225m。結(jié)合立交地涵的布置，設(shè)置東、西節(jié)制閘以滿足排水需要，節(jié)制閘總凈寬19.5m(6.5m×3孔，底高程-1.0m)。

該工程的立交地涵工程，在施工前必須進(jìn)行地涵主體的基坑開挖，原張家港申張線老河道的河底高程為-1.0m，兩岸邊坡頂原始高程為4.5m左右，地涵主體洞身底板的最深處要開挖至-11.5m高程，故基坑的最大開挖深度約16m，開挖區(qū)域的土層滲透系數(shù)為3×10-6cm/s。開挖土層的地質(zhì)編號(hào)為3-1土層，土壤為灰色淤泥質(zhì)、重粉質(zhì)壤土、局部淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、夾砂壤土薄層、局部互層、含腐殖質(zhì)，土壤黏聚力c=13.2kPa,土壤內(nèi)摩擦角φ=8.6°，土壤滲透系數(shù)Kv=3.0×10-6cm/s，土壤允許承載力[R]=60kPa。

地涵開挖的總量約為34m3，基坑上口尺寸：長(zhǎng)×寬=366m×122.5m，最大開挖深度為16m，棄土堆放在地涵四個(gè)角的棄土區(qū)內(nèi)，土方運(yùn)輸距離約為300～1500m，施工降水采用管井與明溝排水結(jié)合的方式，施工便道寬5m，采用鋼板臨時(shí)鋪設(shè)。

2土方開挖及基坑邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算

a.開挖原則。根據(jù)地勘報(bào)告及設(shè)計(jì)要求，基坑型式分二級(jí)坡比加5m寬平臺(tái)。由于該工程的地涵開挖深度較深(最大開挖深度約16m)，故該項(xiàng)目采用兩級(jí)放坡開挖的方案：一級(jí)邊坡高程-11.4～-6.0m，坡比為 1∶4，在高程-6.0m處設(shè)5m平臺(tái)，二級(jí)邊坡高程-6.0～-1.0m，坡比為1∶3.5。同時(shí)，開挖過程中對(duì)已成型的邊坡及平臺(tái)，全部采用混凝土護(hù)面硬化處理，防止雨水沖刷、邊坡水土流失及滑坡現(xiàn)象，見圖1。

圖1　地涵開挖斷面 (單位：m)

b.邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算。該工程邊坡穩(wěn)定性采用瑞典條分法原理分析，首先假定將要破壞的土體(滑裂面AB)以某一固定長(zhǎng)度的半徑R(不確定)繞某一圓心O(不確定)發(fā)生滑動(dòng)變形(見圖2)，故可根據(jù)力矩平衡原理，計(jì)算式[1]：

(1)

按式(1)計(jì)算瑞典圓弧法的穩(wěn)定安全系數(shù)Fs。

圖2　瑞典條分法受力分析

圖2中Pi+1及Pi是同時(shí)作用于破壞土體(滑裂面AB)中某一土條兩側(cè)的合力，根據(jù)摩爾-庫(kù)倫準(zhǔn)則：

(2)

式中c′——有效黏聚力；

φ′——有效內(nèi)摩擦角；

u——孔隙壓力。

故可以計(jì)算出圖中滑裂面AB上的平均抗剪強(qiáng)度Tf，而土體切向阻力Ti：

(3)

根據(jù)土體的法向力平衡，可得

(4)

由于xi=Rsinαi,可得

(5)

地涵開挖二級(jí)坡比的穩(wěn)定性分析是按瑞典圓弧法的原理計(jì)算，由于計(jì)算過程繁雜，施工對(duì)策編制過程中采用了理正巖土系列軟件進(jìn)行計(jì)算[3]，計(jì)算如下。

控制參數(shù):

采用規(guī)范:通用方法。

計(jì)算目標(biāo):安全系數(shù)計(jì)算。

滑裂面形狀:圓弧滑動(dòng)法。

地震烈度:7度。

地震作用綜合系數(shù):0.050。

地震作用重要性系數(shù):1.000。

地震力作用位置:質(zhì)心處。

水平加速度分布類型：矩形。

計(jì)算結(jié)果見圖3。

圖3　計(jì)算結(jié)果

最不利滑動(dòng)面:

滑動(dòng)圓心=(18.720m,31.200m);

滑動(dòng)半徑=38.909m;

滑動(dòng)安全系數(shù)=1.349。

故地涵基坑開挖的邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)最小值FS=1.349>1.05，能夠滿足邊坡穩(wěn)定的要求[2]。

3施工主要人員、投入主要機(jī)械設(shè)備及投入材料準(zhǔn)備

a.地涵基坑開挖投入主要人員。該項(xiàng)目施工人員均由經(jīng)驗(yàn)豐富、責(zé)任心強(qiáng)、勤奮能干、服務(wù)態(tài)度好的工程技術(shù)人員和組織機(jī)構(gòu)人員組成；作業(yè)人員均選配專業(yè)素質(zhì)高、曾有過類似工程工作經(jīng)驗(yàn)的施工隊(duì)伍人員。根據(jù)該工程的施工內(nèi)容，在工程進(jìn)展中為確保各工種各專業(yè)配備齊全，以做到每項(xiàng)施工內(nèi)容都有科學(xué)、合理、專業(yè)的歸口和管理，切實(shí)做到不同工種不同專業(yè)之間的配合和銜接。

投入工程的人員信息見表1。

表1　投入工程的人員信息

b. 地涵基坑開挖投入主要機(jī)械、設(shè)備及材料準(zhǔn)備。根據(jù)施工合同及工地現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，地涵基坑開挖投入主要機(jī)械、設(shè)備及材料見表2。

表2　投入主要機(jī)械、設(shè)備及材料

4地涵基坑的施工流程

4.1施工測(cè)量

a.測(cè)量放樣依據(jù)。根據(jù)項(xiàng)目復(fù)核、批準(zhǔn)使用的水準(zhǔn)點(diǎn)引測(cè)樁位，按照《水利工程施工測(cè)量規(guī)范》的要求，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)地涵基坑坐標(biāo)定位和高程測(cè)量。

b.測(cè)量主要設(shè)備。該工程投入的主要測(cè)量設(shè)備為水準(zhǔn)儀1臺(tái)(型號(hào)為NAL-124)，全站儀1臺(tái)(型號(hào)為RTS632DL)，塔尺2把，30m卷尺1把，50m卷尺1把等。

c.高程、軸線測(cè)量。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙中標(biāo)注的坐標(biāo)系統(tǒng)，確定該工程中立交地涵的中心線和軸線。采用全站儀放樣，進(jìn)行中心線和軸線的控制；然后用水準(zhǔn)儀引測(cè)標(biāo)準(zhǔn)樁位高程，對(duì)立交地涵基坑高程進(jìn)行控制，施工過程中做好測(cè)量成果的標(biāo)記和保護(hù)，并定期對(duì)樁位進(jìn)行校準(zhǔn)。

d.高程測(cè)量。

4.2土方開挖

土方開挖施工時(shí)，先采用挖掘機(jī)配合推土機(jī)進(jìn)行開挖，首先對(duì)老駁岸土方進(jìn)行開挖，開挖高程為4.5～-1.0m，然后分級(jí)進(jìn)行地涵基坑開挖，對(duì)基坑-1.0～-6.0m高程的土方按照1∶3.5的邊坡進(jìn)行開挖，再按照1∶4的邊坡開挖-6.0～-10.0m高程的土方，詳見圖4。考慮到基坑需要分級(jí)開挖到-10.0m高程后，先進(jìn)行水泥攪拌樁基礎(chǔ)施工，待養(yǎng)護(hù)、檢測(cè)結(jié)束后，進(jìn)行人工配合機(jī)械開挖，開挖高程為-10.0～-11.4m，開挖土?xí)r禁止邊坡10m范圍內(nèi)堆土，防止發(fā)生滑坡或塌方事故。

在基坑開挖施工時(shí)為做好邊坡坡面的防護(hù)，項(xiàng)目采取必要的施工防護(hù)措施。在坡面開挖成形前先挖截流溝或臨時(shí)排水溝，防止地表水流入坡面及邊坡坍塌[4]。

4.3棄土處理

地涵工程包括上下游洞首、洞室和上下游連接段擋墻，共開挖土方32萬m3，開挖土方分別運(yùn)至棄土區(qū)1(堆土3萬m3)、棄土區(qū)2(堆土1萬m3)、棄土區(qū)3(堆土23萬m3)、棄土區(qū)4(堆土2萬m3)和棄土區(qū)5(堆土3萬m3)，見圖4。其中棄土區(qū)3、棄土區(qū)4和棄土區(qū)5土方用來進(jìn)行洞首及墻后土方回填、堤防及道路填筑，其余開挖土方均運(yùn)至管理區(qū)填筑。位于河口邊緣的棄土區(qū)，外坡腳距離河口線不小于10m，棄土堆高不超過3m，邊坡1∶2，棄土區(qū)周邊設(shè)排水溝，深0.8m，底寬0.5m。開挖土方棄土?xí)r不允許在開挖邊坡及臨邊棄土，以保證開挖邊坡的穩(wěn)定。棄土區(qū)周圍開好排水溝，做好排水設(shè)施，確保邊坡穩(wěn)定。棄土區(qū)、管理區(qū)的土方堆置、回填由挖機(jī)配合推土機(jī)進(jìn)行。

圖4　地涵棄土示意圖

5基坑的變形及監(jiān)測(cè)

在地涵基坑開挖過程中及開挖完成后的地涵施工期內(nèi)，分別在地涵邊坡、附近建筑物設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，并經(jīng)常觀察附近已有建筑有無下沉和變形，特別觀測(cè)地涵工程閘塘土方開挖時(shí)東南角的高壓線塔基沉降、移位變形及地下水位變化等，均未出現(xiàn)異常情況[5]。

6結(jié)語(yǔ)

由于地涵大面積開挖涉及開挖邊坡設(shè)計(jì)、施工降排水及變形監(jiān)測(cè)等綜合技術(shù)難題，本文中的地涵采用了合理的邊坡設(shè)計(jì)，既節(jié)約了基坑開挖的成本，又控制好了地涵的施工工期，同時(shí)降排水及變形監(jiān)測(cè)在實(shí)際的應(yīng)用中效果也較好，值得其他類似工程推廣借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]陳希哲.土力學(xué)地基基礎(chǔ)[M].4版.北京：清華大學(xué)出版社,2007.

[2]楊光華.深基坑開挖中多支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)的土壓力問題[J].巖土工程學(xué)報(bào),1998,20(6):113-115.

[3]應(yīng)宏偉.軟土深基坑開挖的有限元分析[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),1999,17(4):59-64.

[4]馮權(quán)初.深基坑開挖工程實(shí)例淺談[J].科技與生活,2011(3).

[5]劉繼國(guó)，曾亞武.FLAC3D在深基坑開挖與支護(hù)數(shù)值模擬中的應(yīng)用[J].巖土力學(xué),2006,27(3):505-508.

DOI:10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.07.001

中圖分類號(hào)：TV551.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1005-4774(2016)07- 0001- 04

On construction countermeasures of underground culvert deep foundation pit excavation in Yangcheng Lake Pivotal Project

Lü Hongqi, ZHOU Yi

(KunshanWaterConservanayConstructionandInstallationEngineeringCo.,Ltd.,Kunshan215300,China)

Abstract：In the paper, working principle, design method, construction sequence and precautions of underground culvert deep foundation pit excavation construction in Yangcheng Lake Pivot of Qiputang Ice-breaking Realignment Project are described.

Key words：underground culvert; deep foundation pit; excavation; slope