箱涵無支護深基坑施工技術及要點控制

魏恩平

(福建省海盛交通投資有限公司，福建 三明 365000)

1 現場地質調查及概況

該箱涵位于龍巖市永定區洪山鄉旅游公路K0+220處，長度37.5 m，結構寬度5.6 m，開挖深度為5.1 m，屬于危大工程，如1表所示。

表1 龍巖市永定區洪山鄉旅游公路情況表

基坑開挖處地質情況及周圍環境描述如下：

(1)地質自上而下分別為2.1 m素填土層、3 m粘土質砂層。

(2)工程地點周圍空曠，無近距離構造物及管線，周邊均為農田，坡頂無荷載及動載。

(3)經過現場坑探測量，素填土層無地下水，砂質粘性土層在標高182.4 m處出現地下水。

2 基坑開挖總體施工方案確定

根據現場地質及環境調查，該箱涵基坑開挖四周無相鄰建筑物，地形平坦空曠，恰逢枯水季節，地表水少，地質條件良好，適合無支護放坡施工。

因開挖深度超過5 m，達到5.1 m，為了確保基坑壁穩定、安全，計劃基坑分兩級開挖，因開挖土質主要為砂質粘性土，參照GB50268-2008《給水排水管道工程施工及驗收規范》中表4.3.3中的邊坡坡度取值，按1∶1放坡開挖。同時在兩級間設1.0 m寬平臺，基底四周各留1.5 m工作寬度(用于設置坑邊排水溝、碼放護坡土袋及作業寬度)，基坑頂邊緣留有護道1.0 m，基坑四周2 m范圍內嚴禁堆土，機動車輛嚴禁在邊緣行走形成動載。施工期間，加強對基坑邊坡的觀測，出現異常情況及時啟動應急預案。

3 基坑穩定性和滲水量的計算

(1)基坑穩定性的計算

根據所提供的地質勘察報告，土質物理力學性能參數為：粘土質砂天然含水量19～22%，塑限含水量15.5～18.4%，容重，γ=19 KN/m3，粘聚力c=10 KPa，計算內摩擦角θ=21°，挖方坡腳β=45°邊坡高度安全系數取K=1.3

試求基坑邊坡的穩定安全高度H=

解:根據《簡明施工計算手冊》(中國建筑工業出版社江正榮、朱國梁編著)p61查穩定系數為θs>12

由H=(θs×C)÷(K×γ)得

H=(12×10)÷(1.30×19)

=4.9 m

經計算基坑邊坡的穩定安全高度為4.90 m，放坡后基坑每一級開挖邊坡高度不大于3.50 m(基坑分2級放坡)

結論：基坑邊坡穩定安全。

(2)滲水量的計算

根據K0+220(1-4.5×4.5)鋼筋混凝土箱涵的結構尺寸，計算如下：

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

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

滲水量按粘土質砂滲水經驗數據取值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

水泵進口直徑以英寸表示時流量Q=5D2

當直徑D為3吋時，水泵流量Q=5×3×3=45(T/h)相當于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臺即可。

4 開挖施工要點控制

(1)施工準備

①清理開挖范圍內障礙物，測量放樣基底平面位置及基坑開口線，灑生石灰線標記，并在基坑四個角點設保護樁，以便后續施工校核。

②按照已經擬定的總體方案，設置好臨時用電，并應配備電力應急系統；根據現場地形規劃好出土運輸路線，修筑施工便道；提前做了截水、排水方案。

③選用合適的施工機設備，配備足夠的抽水設備，指定專門負責的施工人員、安全人員，并對參與本項施工的技術、管理人員、機械手等作業人員進行詳細的技術交底，讓大家領會施工意圖，掌握施工數據和控制重點。

(2)基坑開挖

①根據地質土層組成情況，在素填土層與粘土質砂分界處設開挖平臺，從基底往上第一級開挖高度按3 m控制，剩余高度作為第二級開挖，高度約為2.1 m；基坑邊坡坡度均按1∶1來控制；兩級間設平臺，平臺寬度按1 m控制。

②因箱涵靠北側有農田、灌溉溝渠等，且地質很差，不具備便道修筑條件，因此在箱涵南側修筑便道，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，為了開挖后能及時施作坡面防護，減少對基坑的擾動，故選用兩臺300型大型挖掘機進行雙機作業，從出口往進口方向、全斷面開挖，一次成活，1#挖機負責開挖、修整邊坡及甩土作業，2#挖機配備4臺運輸車負責裝運土方。

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

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

⑥完成基坑開挖后應及時組強驗基，應及時施作底板及涵身結構，避免長時間暴露及擾動。

(3)基坑排水

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

②基坑邊坡平臺開挖完成后，及時安排人工在平臺坡腳開挖20 cm×20 cm的平臺截水溝，并用M7.5砂漿硬化，用于收集上一級邊坡匯水，集中在低點通過急流槽引入基底排水溝。

③基坑底設置30 cm×40 cm排水溝，并在基坑四個角處設直徑不小于600 mm的集水井，其深度應低于基底設計標高50～100 cm，集水井與基礎結構邊緣的位置一定要留足安全距離，根據滲水計算，采用4臺3寸潛水泵進行排水。

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

(4)邊坡防護

①因砂性土層孔隙多、滲水量大，長時間滲水易造成坑壁失穩，導到坍塌，基坑開挖后為防止滑坍，對第一級坑壁采用土袋護壁，堆碼時砂袋的上下層和內外層應相互錯峰，搭接長度宜為1/2～1/3，堆碼密實整齊。

②為了避免第二級素填土層坑壁裸露，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1.2 m間距1 m進入錨固，并用砂包袋壓住，緊貼坑壁。

(5)基坑監測

①邊坡開挖完成后，大型箱涵施工周期相對較長，土體應力釋放加上外部因素的影響，必須對基坑穩定進行監測。

②在基坑四周設沉降與穩定觀測點，觀測點布設在施工區域以外，要求通視良好、交通方便，地基堅實且能長期保存。

③觀測的內容包括，基坑坑緣、頂面上有無裂縫，坑壁有無松動塌落現象發生、支護結構水平位移，地下水位，基地隆起等。

④監測的方法

表2 邊坡監測方法

在觀測過程中，如出現異常情況，應立即進行檢查，處理完畢后，方能繼續觀測。觀測資料應及時收集整理和匯總分析，以指導施工和提供處理數據。

(6)基坑開挖施工安全措施要點

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

②現場開挖過程中，對不明構筑物及不明管線不得擅自拆除和毀壞，以免造成嚴重后果。溝槽附近要設有明顯的安全警示牌。

③機械行駛道路平整、堅實；施工便道使用石渣土鋪墊，經常修整，防止作業時車輛下陷、側翻。

④開挖邊坡土方，嚴禁切割坡腳，以防導致邊坡失穩。

⑤機械挖土分層進行，合理放坡，防止塌方、溜坡等造成機械傾翻、機械施工區域禁止無關人員進入場地內。挖掘機工作回轉半徑內不得站人或進行其他作業。挖掘機、裝載機卸土，應待整機停穩后進行，不得將鏟斗從運輸汽車駕駛室頂部越過；裝土時人都不得停留在裝土車上，挖基時應備有便于出入基坑的爬梯等安全設施。

5 結 語

基坑坍塌是公路橋涵建設中重要危險源之一，極易造成群死群傷安全事故，通過對該箱涵無支護深基坑開挖的施工技術總結，從地質調查，邊坡穩定性及滲水計算、總體施工方案擬定等施工技術，到開挖過程各重點、要點的作業細節操作、施工安全措施要點以及基坑監測等全面的總結，對橋梁、涵洞施工中各類無支護基坑開挖，特別是中小型項目的施工人員有一定的指導和參考意義，實現提升基坑施工技術及安全管理水平的目的。