巖石深基坑開挖施工關(guān)鍵技術(shù)研究

趙 冬， 湯 堅(jiān)， 趙 俊， 王志華， 陳慶飛， 郭玉珠， 馬 龍， 陳春超

(江蘇省送變電有限公司，江蘇 南京 210028)

鎮(zhèn)海—舟山500千伏線路工程是舟山500千伏聯(lián)網(wǎng)輸變電工程重要組成部分，路徑全長(zhǎng)52.25 km，副跨線路包括瀝港、桃夭門和響礁門等三個(gè)大跨越工程，共8基塔。其中響礁門1#錨塔1#腿基坑開挖尺寸最大、深度最深、巖石最硬，因此，需要對(duì)該深基坑開挖施工中的關(guān)鍵性技術(shù)進(jìn)行分析，從而確保項(xiàng)目的順利進(jìn)行和施工質(zhì)量。

1 工程概況

響礁門大跨越1#錨塔采用承臺(tái)式巖石錨桿基礎(chǔ)，1#腿基礎(chǔ)型式為MZ65140+1.0，基礎(chǔ)坑深7.5 m，坑底斷面尺寸為14 m×14 m。響礁門1#錨塔1#腿基礎(chǔ)地基地質(zhì)情況如表1所示。

2 巖石深基坑開挖施工關(guān)鍵技術(shù)

施工前要完成技術(shù)準(zhǔn)備、人員組織、設(shè)備和工器具組織等工作，并制定切實(shí)可行的施工流程。

2.1 坑口放坡

根據(jù)降基后的場(chǎng)地，重新校核桿塔中心樁進(jìn)行分坑，用白色石灰粉標(biāo)明坑口開挖線，坑口尺寸要考慮坑壁放坡、坑底操作的裕度等因素，其中填土邊坡系數(shù)1∶ 0.75，粉質(zhì)黏土混碎石和全風(fēng)化凝灰土邊坡系數(shù)1∶ 0.75，強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r1∶ 0.58，中風(fēng)化凝灰?guī)r1∶ 0.26。

根據(jù)基礎(chǔ)地質(zhì)條件，計(jì)算基坑坑口尺寸如表2所示。

表2 基坑坑口尺寸表

2.2 基坑開挖

(1)深基坑采用挖機(jī)開挖，必須嚴(yán)格按照開挖順序，從上而下分層分段進(jìn)行。錨桿基礎(chǔ)主要分為三個(gè)階段，第一階段開挖2 m左右，第二階段開挖至承臺(tái)斜坡底部，第三階段為坑底1.5 m范圍的掏挖成型。

(2)開挖時(shí)嚴(yán)格按照坡度線向下開挖，并且在第一階段完成后及時(shí)留好挖機(jī)推出路線及入坑坡道，坡道坡度設(shè)置30°左右，禁止將坡道底設(shè)置在坑底掏挖層。

(3)基坑開挖至挖機(jī)無法破壞巖石完成開挖作業(yè)時(shí)，需采用錨桿鉆機(jī)密集打孔等措施對(duì)巖石進(jìn)行破碎處理，然后再用挖機(jī)清理。

(4)對(duì)于基坑內(nèi)挖機(jī)挖不到的區(qū)域，需進(jìn)入坑內(nèi)開挖，坑內(nèi)開挖按從遠(yuǎn)離坡道側(cè)到近坡道側(cè)的順序開挖，挖出的碎石通過裝載機(jī)運(yùn)輸?shù)娇油馀R時(shí)堆土區(qū)。基坑的廢土、巖石等向基礎(chǔ)外側(cè)方向堆棄，臨時(shí)堆土距基坑邊緣不小于5 m，且應(yīng)及時(shí)外運(yùn)。

(5)為了預(yù)防在基坑開挖過程中小石塊等墜落或坑壁局部坍塌，應(yīng)在坑壁上懸掛尼龍密目網(wǎng)防護(hù)，個(gè)別基坑巖質(zhì)較差的，可以改為鋼絲網(wǎng)防護(hù)。網(wǎng)的上口用間隔為1 m的錨樁固定，網(wǎng)的下口通過鉚釘釘入巖石內(nèi)固定。

(6)基坑開挖過程中需在坑底設(shè)置集水坑及排水溝，集水坑設(shè)置在靠近入坑坡道側(cè)，大小為50 cm見方，基坑底四周設(shè)置10 cm深的排水溝，連通集水坑。坑底產(chǎn)生積水時(shí)，及時(shí)使用水泵進(jìn)行抽排，防止雨水漫出，浸泡基坑和邊坡，影響基坑和邊坡的穩(wěn)定。

(7)基坑開挖前按照要求設(shè)置邊坡，基坑開挖必須一次性完成。開挖過程中，要加強(qiáng)坑深監(jiān)測(cè)，提前在周邊坑壁用紅漆噴好標(biāo)高線(可作為后期支模用)，防止超挖。

2.3 邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算

(1)根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，基坑基面均位于強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r層和中風(fēng)化凝灰?guī)r層。本次主要驗(yàn)算位于強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r和中風(fēng)化凝灰?guī)r的邊坡的穩(wěn)定性。

(2)巖土地質(zhì)力學(xué)參數(shù)如表3所示。

表3 巖土地質(zhì)力學(xué)參數(shù)

(3)邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算。①采用圓弧滑動(dòng)法計(jì)算邊坡穩(wěn)定性，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)K的計(jì)算公式為：

(1)

式(1)中：γi為重力密度，kN/m3；bi為第i條土寬，一般取(0.1～0.2)R；i為計(jì)算條塊號(hào)，從后方起編；n為條塊數(shù)量；φ為內(nèi)摩擦角；hi為第i條土條平均高度，m；ci為黏聚力，kPa；αi為第i條中線處法線與鉛垂線的夾角；li為第i條滑弧長(zhǎng)度。

② 驗(yàn)算原則：1∶ 0.58及1∶ 0.26放坡均驗(yàn)證h=7.5 m基坑。

③ 1∶ 0.58放坡時(shí)，坡腳β≈60°，查表可得，坡底角α1=29°，坡頂角α2=40°；

求出第一次試算的滑動(dòng)圓心，在CAD上畫出坡腳圓，可得滑動(dòng)半徑R=12.4 m。

將邊坡分為若干條，條取寬b=0.1，R=1.24 m，各條的編號(hào)如圖1所示，編號(hào)為負(fù)數(shù)的條，表示其產(chǎn)生的切應(yīng)力反向。

在圖中測(cè)出中線處法線與鉛垂線的夾角α1、各條中心高度hi和弧長(zhǎng)li，編號(hào)為-1和8的兩個(gè)分條，其寬度并不正好等于1.24 m，其中心高度hi要換算成寬度等于1.24 m寬分條的寬度。經(jīng)過計(jì)算，將以上數(shù)據(jù)代入公式(1)內(nèi)，可計(jì)算處滑動(dòng)圓心O1時(shí)的穩(wěn)定安全系數(shù)。

圖1 測(cè)量示意圖

O1不一定為最危險(xiǎn)滑動(dòng)圓心，因此K1不一定為最小的穩(wěn)定安全系數(shù)，故應(yīng)假定其他滑動(dòng)圓心，一般滑動(dòng)圓心選擇方法如下：在A點(diǎn)下H高度位置定為D點(diǎn)，D點(diǎn)往右4.5H長(zhǎng)度定為E點(diǎn)，連接EO1，以0.3H在EO線上移動(dòng)，如圖2所示。

圖2 測(cè)量示意圖

再按上述方法求出K2=1.82。Kmin=1.82>1.5，因此邊坡穩(wěn)定。

④ 1∶ 0.26放坡時(shí)，坡腳β≈75°，查表可得，坡底角α1=32°，坡頂角α2=40°。

同樣按照上述方法，可得Kmin=1.71>1.5，因此邊坡穩(wěn)定。

(4)挖方允許的最大邊坡計(jì)算。當(dāng)土體處于極限平衡狀態(tài)時(shí)，挖方邊坡的允許最大高度可按下式計(jì)算：

(3)

由公式(3)可得，強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r基坑坡度為1∶ 0.58時(shí)，β=59°53′11″，邊坡穩(wěn)定時(shí)最大允許高度為：

基坑坡度為1∶ 0.26時(shí)，β=75°25′33″，邊坡穩(wěn)定時(shí)最大允許高度為：

響礁門1#塔1#腿基坑最大坑深為7.5 m，小于14.3 m，滿足要求。

2.4 坑底清理

(1)基坑開挖完成后，測(cè)量坑底標(biāo)高，盡可能將坑底整平，將凸出最高的巖石按坑底標(biāo)高來控制。

(2)對(duì)基坑底部松動(dòng)的巖石快、浮渣等進(jìn)行清理，待清除撬挖巖渣等堆積物后，采用淡水沖洗基坑，將廢水通過集水坑排除坑外。

3 結(jié)語(yǔ)

鎮(zhèn)舟線副跨工程深基坑基礎(chǔ)開挖的順利進(jìn)行，為以后巖石深基坑開挖施工提供了可靠的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐，對(duì)于以后大跨越及特高壓輸電線路施工有一定的參考和借鑒意義。