地基深基坑土方開挖技術及應用

劉克輝

（邢臺路橋建設總公司，河北 邢臺 071000）

當前，我國道路建設中遇到的深基坑工程越來越多，尤其在一些路橋工程項目中，由于需要跨越江河，一般都會遇到軟土地基，這種情況下大部分都應采用深基坑土方開挖技術。通過多年的建設經驗積累，目前在路橋工程項目建設軟地基處理中，已經取得了一定的成效，而深基坑土方開挖技術也越來越成熟。本文以某繞城高速公路某段大橋工程建設為例，主要就地基深基坑土方開挖技術展開分析。

1 工程概述

某市某繞城高速公路某段大橋工程項目樁號為14＋060，屬于斜拉橋，其跨越江河的長度為468m。在建設設計中，橋面總共設了兩個索塔承臺，其中一個位于江的左側，其承臺的平面尺寸約為62m×33m，厚度在5.5m左右，地面的標高設為＋2.9m，承臺的頂部標高則為＋2.0m，而底部標高則為－3.5m，承臺基坑的尺寸設置為65m×36m，總面積大約有2 340m2，開挖的方量則達到了16 146m3。此外，地基的底部標高為－4.0m，基坑的最大深度達到了10m左右，屬于深基坑工程。

本工程中，場地屬于軟土地基，這種地基的力學性質差，而且容易變形，土層呈現出一種鱗片狀，排水性能很差，而且天然飽和度及孔隙比都極高。該土層的相應物理力學性能指標詳見表1。該工程項目的承臺距江堤邊線的最近的距離為6.8m左右，該江堤采用的是C20混凝土結構堆砌而成，基礎采用的是C25混凝土，防汛通道的高程在＋3.83m，基坑的底標為－4.0m。在地基土方開挖時，需要考慮此問題，尤其是大堤的整體穩定性必須保證，加之開挖中及基坑土回填等方面都會引起大堤一定的沉降，因此在土方開挖中必須做好相關的支護建設。

表1 土層物理力學指標（局部）

2 地基深基坑土方開挖要點

2.1 應明確工程項目的相關技術標準，確保符合工程規范要求，通過相關理論方法及規范章程，對施工中的各道工序，尤其是關系著基坑穩定性與支護結構安全性等方面的影響因素著重加強驗算。工程建設單位應符合相關要求，在工程建設之前需要提出相關的設計標準，將基坑開挖與支撐施工等方面規劃設計完善，當得到了相應的審核通過之后才能展開工程項目的施工。

2.2 相關施工單位應設計合理的施工參數及施工程序。為了確保工程項目的質量與進度，相關的施工單位應設計合理的施工參數及施工程序，需要做好以下幾個方面：a）基坑若有支護，則需要分層開挖，層數一般為設置的支撐道數目加1；b）基坑若有支撐，在土層開挖過程中，應盡量保障開挖部分的深度與位置保持對稱，盡量避免基坑支護結構承受偏載；c）確保支撐、拉錨等方面的施工質量，做到科學組織并精心施工；d）應限制材料及設備的堆放數目與場地，要維護好基坑周圍的載荷，切勿超載；e）地基加固范圍、檢驗方法及質量要求等都必須合理；f）保障排水、降水及堵水等措施的到位，避免圍護墻發生水土流失；g）應對設計進行必要的監測，制定出科學合理的方案并落實施工，同時也要制定一些防治安全隱患的方案。

3 深基坑土方開挖施工技術及應用

3.1 盆式開挖

在本工程地基深基坑土方開挖之前，曾考慮過采用盆式挖土或是島式挖土方案，最后決定采用盆式挖土。島式開挖雖然可以提升開挖出土的速度，但是取土在沒有設置棧橋的情況下比較困難，而盆式開挖能有效規避此工程中的基坑圍護設計安全系數低的缺陷，同時也能有效控制成本。這里采用的盆式開挖具體為：放坡開挖至基底，同時可以設置相關的取土坡道，不需搭設棧橋，然后可直接能取土開挖。但是，這種技術依然存在一定的技術問題，比如取土速度慢，邊坡暴露時間過長容易產生危險等。

3.2 坑邊留土護壁

3.2.1 坑邊留土護壁原理

采用盆式開挖，盆邊應預留一定坡度與寬度的土體，這樣可以增大圍護結構被動區的土壓力，從而增大圍護的插入比，同時也能減少基坑的開挖深度。此外，由于留土的自重，能增加開挖側的土體水平向的基床系數，這樣也能有效減少圍護結構的變形。

3.2.2 坑邊留土基底的寬度計算

通過前述原理，留土控制基坑容易變形，實際相當復雜，除去留土自重的作用，還有留土本身的水平抗力等因素的影響。因此，在實際的施工中，留土的物理性質及坡度、寬度等都對圍護結構變形有影響，因素眾多，就不能直接將其簡化為超載來計算。通過相關試驗，得到留土基底寬度的計算簡圖如圖1所示。

通過對圖1分析，上部留土寬b0應至少大于0.5m，下部寬D0應滿足以下公式：

圖1 留土基底寬度計算簡圖

式中，D0、h分別為基坑預留的護壁土體的基底寬與原土體的高度；Kp為被動土壓力系數；γ指的是土體的天然重度（kN／m3）；c、φ為預留土體的黏聚力（kPa）與內摩擦角（°）。本工程項目中，主要采用的是兩極放坡處理，其累計的D0取值為4H（H為開挖深度）。

3.3 出土通道設置

為了加快工程進度，同時避免無支撐暴露的時間過長，需要采取一定的措施加以解決，而環形出土通道及其與兩個出土通道相互結合的取土運輸形式，是最好的解決措施。這種設計下，對于支撐的外圍，可以在不擾動支撐梁兩側的土體情況下，施工一條環形的封閉便道將場區的出入口連接起來，具體的操作方法為：在支撐梁上覆蓋40cm左右的土層并夯實，此外，還應設置厚度為50mm的碎石墊層與20cm的C20鋼筋混凝土層。

3.4 對稱、分層及均衡挖土

對于深基坑開挖，可以優先選擇分段階梯分層開挖的方式，這種方式不僅利于施工組織，還能保障施工基坑的穩定。通過本工程支撐平面及土體墩臺特點的分析，總體的基坑開挖過程如下。

3.4.1 第一個階段：基坑周邊留土護壁，在其中間區域采用二級放坡處理，并開挖到整個基坑的基底，同時確保其一級平臺的最大寬度為16.5m，二級平臺寬度為8m。放坡的具體比例為1∶1.5，按照這個比例放坡到基底，再利用挖機短駁，對修整完好的邊坡采用鋼絲網噴漿的方式加以保護。

3.4.2 第二個階段：利用時空效應，采用在基坑周圍留土的方式，對底板后澆帶部分進行分區，并抽條開挖，最后總體退挖出場。在挖土時，應按照分區的順序進行，采用分區流水作業的形式，依次開挖。當土方開挖到了基底部分之后，在24h之內應及時對墊層及施工的底板進行澆筑。由于本工程未設置棧橋，因此取土比較困難，為了緩解這個問題，可以采用小型的反挖機挖土，用大型的機械設備進行傳遞。

3.5 基坑支護樁設計

3.5.1 鋼材選擇

通過對本工程的分析及SY5040《樁用螺旋焊縫鋼管》的質量要求，采用φ610δ8螺旋點焊鋼管，其直徑應約小于壁厚80倍，應保證在打入的時候不會出現壓屈。

3.5.2 樁長計算

樁的直徑選為610mm，而樁之間的距離設置為710mm，采用鋼管排樁的方式，內部支撐高度設為2.2m，若其超載值分別為10kN／m與20kN／m的情況下，采用理正基坑計算軟件進行計算，可以得到樁長的計算結構，如表2所示。

表2 樁長的計算結果

上述結果表明，當鋼管樁嵌入的長度達到了17.2m時，該支護系統的位移、應力、整體穩定性及抗傾覆性等都可以得到保證，因此排樁鋼管樁的設計長度可以采用下式計算：（17.2＋6.2）×1.1＝25.74（m），而實際中取為26m。

3.5.3 水泥土攪拌樁及底標高設置

鋼管支護樁距離大堤最近的地方大約為5m左右，為了防止潮汛的影響，應在基坑鋼管支護樁的周圍加設一排直徑為700mm的水泥攪拌樁，而底標高應為－6.0m。

4 結語

地基深基坑土方開挖對于道路工程建設關系重大，因此在具體的施工過程中要仔細慎重，除要選擇好科學合理的方法之外，還要在施工中加以控制，尤其要重視開挖技術及其應用。本文對案例工程項目進行了探討，簡要分析了地基深基坑土方開挖技術及其應用，希望能對相關項目有所幫助。

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