桥梁大型深基坑无支护开挖施工方法研究.doc

桥梁大型深基坑无支护开挖施工方法研究 齐斐明QIFei-ming （中铁二十三局集团第一工程有限公司，日照276826） （Railway23rdBureauGroup1stEngineeringCo.，Ltd.，Rizhao276826，China） 摘要：针对无水、土层结构稳定的桥梁深基坑，从施工工艺流程、施工操作要点，施工方法的特点及适用范围、经济效益分析方面详细介绍了一种深基坑无支护的施工方法。该方法能够很好地合理利用开挖坡度，使得工程量达到合适的平衡点。极大地加快了工程进度，缩短了施工工期，同时还节约了支护材料和费用。此外，该方法表现出了一定的环保和节能效益，在应用区域能够起到良好的社会效益。希望该方法能够得到广泛的应用。 Abstract：Fortheanhydrousridgedeepfoundationpitwithstablesoilstructure，thispaperintroducesthedeepexcavationwithoutsupportconstructionmethodfromtheconstructionprocess，constructionpoints，constructionmethod，thescopeofapplicationandtheeconomicbenefitanalysisindetail.Thisisagoodmethodtomakereasonableuseoftheexcavationslope，maketheengineeringquantityachievetherightbalance.Thismethodgreatlyaeleratestheprogressoftheproject，shortenstheconstructionperiod，andalsosavesthesupportingmaterialandcost.Inaddition，thismethodshowstheenvironmentalprotectionandenergysavingbenefitandplaysagoodsocialbenefitintheappliedregion.Thispaperhopesthemethodcanbewidelyapplied. 关键词：深基坑；无支护；基坑开挖；施工方法 Keywords：deepfoundationpit；nonsupporting；foundationpitexcavation；constructionmethod ：U445.55：A：1006-4311（xx）19-0087-04 ：xx年5月16日。 作者简介：齐斐明（1976-），男，辽宁丹东人，本科，工程师，研究方向为主要从事公路、桥梁施工技术管理工作。 0引言 在公路桥涵施工技术规范JTG/TF50-xx中，关于不大于5m深度以内的无水且土层构造基坑，不支护坑壁基坑进行开挖施工时，坑壁开挖坡度定作了明确的界定，但对于不支护基坑深度大于5m时1，只在说明中指出基坑坑壁坡度可适当放缓或加设平台，没有界定基坑坑壁坡度是多少为经济且合理。 在桥梁特大型深基坑开挖过程中，如果没有很好地控制开挖的坡度，一方面，很容易引起超挖，造成的土方量增加，直接增加了不必要的工程费用，且增加的土方量对于水土环境的治理不利；另一方面，对于深大基坑，坡度的控制对于边坡的稳定性极为重要，坡度过小，在降水的作用下，容易造成边坡的滑坡和溜方等工程地质灾害2-5。因此，无支护基坑合理开挖坡度的确定，对于基坑施工的经济性、安全性、环境保护具有重要的意义。本文介绍了桥梁特大型深基坑土方无坑壁支护开挖的施工经验及方法。 1施工工艺流程及操作要点 1.1施工工艺流程 该方法针对于基坑无水，有水基坑必须采用公路桥涵施工技术规范JTG/TF50-xx中明挖地基所规定的边开挖、边支护操作规程开挖，施工工艺流程见图1。 1.2施工操作要点 1.2.1施工准备 熟悉设计文件和技术规范，进行施工环境调查及现场复查，编制实施性施工组织设计。实施性施工组织设计宜包括：编制说明，施工组织机构，施工总平面布置，施工方案，临时工程施工图，资源计划，总进度计划，质量管理，安全生产，环境保护等内容。 建立健全质量保证体系，其主要内容为：确立质量方针和质量目标，建立质量管理组织机构，制定质量检验程序及质量保证措施。 建立健全安全施工管理体系，制定技术和组织保证措施，为施工中的技术安全和生产安全提供保障。根据其制定的安全操作细则，向施工人员进行安全技术交底。 编报实施性施工技术方案，对于施工技术复杂的工程，还应做施工方案比选，以确定出经济上合理、技术上可行的施工技术方案。 做好施工的现场准备，建造施工临时设施、施工便道，安装调试施工机具，建立工地实验室，标定试验机具；开展用于施工的原材料、商品构件的试验检测，并做好材料的储备工作。进行施工测量控制网的复测和优化加密。 制定环境保护的组织保证措施，确保施工过程中符合国家环境保护要求。 对工程施工中存在的各种潜在风险进行评估和分析，并制定必要的应急预案。 1.2.2施工放样、清表 按基坑开挖专项施工技术方案要求进行测量定位放线，通过水准仪、经纬仪等测量仪器，精确测定基础的轮廓线，原地面高程。放出开挖边界线并用做好标记，纵横方向上设置好保护桩。 将基坑的原地面表层腐殖土、表土、草皮等清理干净，清出的表层土宜充分利用。 1.2.3截水沟、防排水施工 挖基施工宜安排在枯水或少雨季节进行，开工前应做好计划和施工准备工作，开挖后应连续快速施工。 基坑顶面1.0m以外设置周围截水沟、排水沟及其他排水措施，基坑顶部做成4%的反坡，疏导水流。 坑缘留有护道，护道宽度不小于1.0m。 施工区域做好临时排水设施，场地排水沟做成0.2%的坡度，使场地不积水，必要时设置排洪沟。 1.2.4每级基坑边坡开挖 基坑开挖前，对土的取样试验，土的试验项目包括天然含水量、液限、塑限、标准击实试验，必要时应做颗粒分析、相对密度、冻胀、膨胀量等试验。 基坑开挖前，根据现场分布，确定基坑的一个面开挖一条施工机械（挖机、运输土方的汽车、夯实机、推土机等）出入基坑内外的施工道路，路基的横坡小于1：4。 在基坑开挖线外，采用反铲挖掘机开始对基坑进行开挖，开挖深度控制在45m，此过程称为一级开挖。 下一级基坑边坡开挖，先在预先确定的基坑一面开挖出入基坑内外的施工运输便道，以便基坑内土方外运，并做好临时排水措施。 将正铲或反铲挖掘机开行到基坑内，对基坑进行进一步的放坡开挖，每开挖到一级边坡做好平台和运用小型夯实机对已开挖边坡进行夯实。 对下一级边坡进行开挖，运输便道随边坡深度的开挖，逐渐向下延伸，同时考虑纵波的变化。 开挖过程中遇到边坡不稳定情况，应该重新设计边坡开挖坡度，对已开挖边坡进行重新放缓，直至边坡能够维持自稳状态。 开挖过程中，严禁挖斗碰撞已夯实的边坡，严禁超挖。 土方开挖期间须做好临时排水工作。 废土采用反铲挖机装自卸汽车外运，土方外运时应注意避免损坏排水沟等设施。 1.2.5基坑开挖要点 挖基施工宜安排在枯水或少雨季节进行。 基坑开挖应自上而下进行，不得乱挖，严禁超挖。 开挖至边坡线前，应预留一定宽度，预留的宽度应保证刷坡过程中设计边坡线外的土层不受到扰动。 基坑开挖中，基于实际地质情况，如需修改设计边坡坡度，应及时按技术要求进行重新放坡。 开挖至每个边坡平台时，应复测放样，边坡修整后才能下一台阶的施工。 边坡开挖后，对松散土层边坡和平台，应采用小型压路机或者夯具进行压实，压实度应该达到80%以上。 基坑的开挖应连续施工。 基坑开挖中，下雨时，在坑底基础范围之外设置集水坑并沿坑底周围开挖排水沟，使水流人集水坑内，排出坑外。集水坑宜设在上游，尺寸视流量大小的情况而定。排水设备的能力宜大于流量的1.52.0倍。 当挖至坑底时，在坑底基础范围之外设置集水坑，并沿坑底周围开挖排水沟，使水流入集水坑内，排出坑外。 当机械开挖至基底时，应预留一定厚度再由人工开挖至设计高程。如超挖，则应将松动部分清除，并应对基底进行处理。 ?輥?輯?訛基坑开挖施工完成后不得长时间暴露、被水浸泡或被扰动，应及时检验其尺寸、高程和基底承载力，检验合格后应立即进行基础工程的施工。 1.2.6基坑开挖技术要求 基坑坑壁坡度技术要求： 基坑深12m内，原则上可分两级开挖，每级深度6m，每级之间设1m平台，坑壁坡度自下而上分别为1：0.75，1：1.0。 基坑深18m内，原则上可分三级开挖，每级深度6m，每级之间设1m平台，坑壁坡度自下而上分别为1：0.75，1：1.0，1：1.5。 基坑深24m内，原则上可分四级开挖，每级深度6m，每级之间设1m平台，坑壁坡度自下而上分别为1：0.75，1：1.0，1：1.0，1：1.5。地质情况稍差的，分为5级开挖，第1-3级每级深度4m，每级之间设1m平台，4-5级每级深度6m，坑壁坡度自下而上分别为1：1.0；1：1.2；1：1.5；1：1.5；1：1.5。 对于深度大于36m的深基坑，此方法不太适合。应该结合坑壁支护方法进行开挖。 以24m深基坑开挖为例，基坑开挖示意图如2图所示。 1.2.7特殊情况处理 遇到大雨、特大暴雨时，应该对基坑坑壁进行覆盖，见图3。以防止雨水对坡面造成直接的冲刷，减少边坡的孔隙水压力作用，增强其稳定性。或者基坑四周环绕布置井孔中心距基坑边线1.50m，井距平均约9.0m，井孔直径600mm，无砂水泥管直径400mm，井管与井孔间的孔隙按以下要求进行填充上部2.0m用粘土填充封严2.0m以下采用2-4mm粒料填充10.0m以下至井底采用6-8mm粒料填充，滤管外部用铅丝缠绕并用尼龙布或80目丝网包裹牢固。集水总管采用100mm直径钢管与?准50mm直径抽水管相连接，马道口处集水总管要进行掩埋，防止被车轮碾压造成破坏。降水井起的是降水作用，降低地下水位，来增加边坡的稳定性。降水井有深有浅，深度按照降水要求，一般控制在20-50m之间。降水井有轻型，中型等的区分。降水井示意图4。 特殊地质情况，如局部土层松散，局部渗漏等，需要对此类边坡开挖进行处理，再进行下一道工序。遇到局部土层松散，首先应降低开挖坡度，减缓开挖速度，对松散土层进行石灰土加碎石回填，用小型夯具进行夯实。对于局部渗漏的区域且具有较明显的水压力，重点针对该区域进行变形监控，可以用图5方法处理，处理步骤如下： 剔凿清理漏水点（满足设置导流管和粘连封堵材料即可）。 插设导流管。 涂抹封堵材料（堵漏灵、快硬水泥）。 封堵导流管。 在地下连续墙外侧注浆处理或在地下连续墙内侧漏水点下方水平注浆处理。 1.2.8弃方 弃方土不得占用耕地。 沿河弃土不得影响排洪、通航，不得加剧河岩冲刷。不得向水库、湖泊、岩溶漏斗及暗河口处弃土。禁止在贴近桥墩台、涵洞口处弃土。 弃土应相对集中堆放，并与周边环境相协调，严禁随意处理。 弃土堆的几何尺寸、压实程度、位置、弃土堆的边坡应保证弃土堆自身的稳定。弃土堆的边坡不陡于1：1.5，顶面向外设不小于2%的横坡。 弃土应按设计要求进行压实。 应按设计要求及时完成弃土场的防护、排水工程。 1.2.9监控监测 根据设计要求，本高边坡的监控量测主要项目包括：地面位移监测、深层位移（测斜）监测、人工巡视监测。高边坡具体监测项目及作用如表1。 利用全站仪放出测点，参照标准水准点埋设，所有基点应和附近水准点联测取得原始高程，在测点位置挖长、宽均为100mm深度为400mm的坑，然后放入地表测点预埋件（自制），测点采用?准12mm、平圆头钢筋制成。测点四周用砼填实，待砼固结后即可量测，采用精密水准仪对下沉量进行观测，测量精度1mm。地表沉降量测测点见图6。 在边坡代表性剖面上，预先打Z1-Z2垂直钻孔。钻孔孔径，一般开孔?准110mm，终孔?准90mm。打钻孔时，要取岩芯，进行素描后绘制柱状图。在孔中埋设测斜仪ABS塑料导管，用测斜仪从孔底到孔口，每隔0.5m监测岩土体在边坡倾向的水平位移值，绘制孔深与水平位移关系曲线。建立监测系统后，隔三天测读一次初读数，然后在边坡开挖过程中，定期进行巡回监测，同时结合地面位移监测和人工巡视监测及时预报出边坡岩土体位移动态。 人工巡视检测是一项经常性工作，应做到每天有人巡视检查。 建立监测系统后，隔三天测读一次初读数，然后在边坡开挖过程中，定期进行巡回监测，同时结合地面位移监测和人工巡视监测及时预报出边坡岩土体位移动态。人工巡视检测是一项经常性工作，应做到每天有人巡视检查。地表位移的检测周期与降雨量相应，施工期间，旱季和少雨季节每月观测1-2次，雨季每周观测1次，暴雨期及雨后数天内每天观测一次，直至无明显变化为止。检测工作可在边坡加固工程完成后六个月内或当年雨季结束后三个月如无明显位移可结束。否则需视具体情况定。 2施工特点及适用范围 2.1施工特点 桥梁基坑开挖方量是需要计量的，建设单位力求基坑坑壁坡度开挖要陡，可计量的基坑开挖方力求要少，但施工单位应对基坑边坡的稳定性进行验算，该方法能够很好地合理利用开挖坡度，使得工程量达到合适的平衡点。在工程进度方面，无支护坑壁将减少支护工作内容，加快了工程进度，缩短了施工工期。在投资方面，无支护坑壁措施，节约了支护材料和费用，可节约基坑工程总投资的5%25%。在资源配置方面，该施工方法节约了支护材料用量，能源消耗明显减小，从而体现出了一定的环保和节能效益，在应用区域起到良好的社会效益。 2.2适用范围 一般基坑坑壁的坡度根据地质条件、基坑深度、施工方法、施工机械、坑壁支护方法等情况确定，该方法适用于地质条件良好的无水基坑、粘性土层构造、无坑壁支护、坡顶无静荷载、动荷载时施工，应用部位为桥梁、船闸等特大型深基坑开挖。 3经济效益分析 3.1指标对比 针对无水、土层结构稳定的基坑，对比分析无支护基坑和有支护基坑的几种施工方法经济指标，分析结果见表2。 3.2效益分析 与喷射混凝土加固坑壁来比，工程量的综合造价可降低5%-20%。 与锚杆挂网喷射混凝土加固坑壁来比，工程量的综合造价可降低10%25%。 与预应力锚索加固坑壁来比，工程量的综合造价可降低5%-15%。 与土钉支护加固坑壁来比，工