某截污管道工程基槽開挖及支護

呂其軍

(天津市市政工程設計研究院昆明分院，云南昆明 650000)

1 工程概況

擬建管道為某截污管道，沿某河岸布置至污水處理廠，場地屬沖湖盆地地貌類型，管道沿線廣泛分布軟土地基，穩(wěn)定性差;場地內地下水類型為第四系松散層孔隙水，地下水位高，對基坑開挖影響大。本工程基坑開挖深度介于4.0 m～7.0 m，大部分屬于深基坑施工。基坑土方開挖是本工程的難點之一。由于工程工期緊，時間上不允許大量施打鋼板樁進行基坑支護，根據(jù)對基坑土體整體穩(wěn)定性安全性驗算，大部分管道溝槽開挖采取放坡開挖，開挖量非常大，基坑兩側不允許堆土，土方需運輸至15 m以外堆放。部分采用鋼板樁支護的溝槽開挖，由于基坑內支撐分布較密，機械施工難度大，效率低。由于地下水位高，對溝槽邊坡穩(wěn)定性有較大影響，施工過程中要重點監(jiān)控土體變形情況。

2 本工程深基坑施工方法

2.1 基坑放坡開挖施工

該施工工藝用于靠近污水處理廠側(右側)，因施工場地限制(管道中心線距便道排水溝約6.5 m)，經(jīng)整體穩(wěn)定性計算，擬采用1∶0.6放坡開挖。左側無場地限制，采用1∶1放坡分兩臺開挖，開挖總深度按本施工段最大值6.5 m計，第一臺開挖深度3.5 m，第二臺開挖深度3.0 m，兩臺之間工作面6.0 m。基坑開挖必須分段、分層均勻開挖，開挖高度不得大于0.5 m，避免基坑壁受力不均產(chǎn)生變形(見圖1)。

圖1 基坑放坡開挖示意圖（單位：m）

2.1.1 右側放坡設計計算

1)基本計算參數(shù)。

a.地質勘探數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 地質勘探數(shù)據(jù)表(右側放坡)

b.基本計算參數(shù):

地面標高0.00 m，基坑坑底標高－6.5 m。

c.地面超載見表2。

表2 地面荷載數(shù)據(jù)表(右側)

d.放坡參數(shù)見表3。

放坡級數(shù)為一級坡。

表3 放坡參數(shù)表(右側)

2)整體穩(wěn)定性計算見表4。

其中，n為滑動體系條數(shù);γk為整體滑動分項系數(shù)，可取1.3;γ0為基坑側壁重要性系數(shù);Wi為第i分條土重，滑裂面位于粘性土或粉土中時，按上覆土層的飽和土重度計算;滑裂面位于砂土或碎石類土中時，按上覆土層的浮重度計算;bi為第i分條寬度;Cik為第i分條滑裂面處土體固結不排水(快)剪粘聚力標準值;φik為第i分條滑裂面處土體固結不排水(快)剪內摩擦角標準值;θi為第i分條滑裂面處中點切線與水平面夾角;Li為第i分條滑裂面處弧長;S為計算滑動體單元厚度。

表4 整體穩(wěn)定性計算數(shù)據(jù)表(右側)

計算結論如下:

第1步開挖內部整體穩(wěn)定性安全系數(shù)均1.33＞1.30，滿足要求。

2.1.2 左側放坡設計計算

1)基本計算參數(shù)。

a.地質勘探數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 地質勘探數(shù)據(jù)表(左側放坡)

b.基本計算參數(shù):

地面標高0.00 m，基坑坑底標高－6.75 m。

c.地面超載見表6。

表6 地面荷載數(shù)據(jù)表(左側)

d.放坡參數(shù)見表7。

放坡級數(shù)為二級放坡。

表7 放坡參數(shù)表(左側)

2)整體穩(wěn)定性計算見表8。

表8 整體穩(wěn)定性計算數(shù)據(jù)表(左側)

公式同右側放坡。計算結論如下:

第1步開挖內部整體穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.77＞1.30，滿足要求。

第2步開挖內部整體穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.85＞1.30，滿足要求。

2.2 基坑鋼板樁支護開挖施工

該段管道橫穿已建某市政道路，開挖深度達7 m，不宜采用大開挖，擬采用原地面開挖1.5 m卸載后，選用拉森Ⅳ型鋼板樁進行基坑支護，防止管溝兩側的土體坍塌。鋼板樁長12 m，沿截污管道兩邊連續(xù)設置成封閉的帷幕，溝槽內設置一道φ325×10無縫鋼管支撐，鋼管水平間距為5.0 m，垂直位置為樁頂面向下1.5 m。為加強鋼板樁的整體剛度，沿鋼板樁墻面全長設置圍檁。圍檁用H型鋼組成，在縱斷面上用角鋼與H型鋼、鋼板樁焊接連接。在兩根H型鋼接頭處用槽鋼焊接連接(見圖2)。

2.2.1 鋼板樁的計算

1)地質勘探數(shù)據(jù)如表9所示。2)基本計算參數(shù):基坑坑底標高－7.00 m。支撐分別設置在標高－3.00 m處。計算標高分別為－3.50 m，－7.0 m處。3)地面超載見表10。基坑側壁重要性系數(shù)為1.00，為二級基坑。采用閉合鋼樁，其型號是拉森Ⅳ型。截面面積 A=0.020 0 m2，截面慣性矩 I=0.000 315 74 m4，截面彈性模量E=206 000.00 N/mm2。計算基坑隆起量:基坑底最大隆起量為0.00 mm。內力及位移計算:采用m法計算。計算采用位移法有限元，單元最大長度為0.1 m。因為計算中有大量矩陣運算，故不提供計算過程。水平間距及剛度表見表11。

圖2 基坑鋼板樁支護開挖示意圖

表9 地質勘探數(shù)據(jù)表(鋼板樁支護)

表10 地面荷載數(shù)據(jù)表

表11 水平間距及剛度表

各工況的最大內力位移如表12所示。

表12 各工況最大內力及位移表

全部工況下的最大內力位移如下:最大樁(墻)頂部位移為:0.00 mm。最大樁(墻)位移為:3.05 mm。最大正彎矩為:43.4 kN·m。最大負彎矩為:－22.7 kN·m。最大正剪力為:15.7 kN。最大負剪力為:－32.00 kN。

2.2.2 鋼板樁的檢驗

鋼板樁運到工地后，需進行整理，清除鎖扣內雜物，對缺陷部位加以整修。為確保每片鋼板樁的兩側鎖口平行，同時，盡可能使鋼板樁的寬度都在統(tǒng)一寬度規(guī)格內。對于樁身殘缺、不整潔、銹皮、卷曲等都要做全面檢查，并采用相應措施，以確保正常使用。

2.2.3 鋼板樁的吊運

裝卸鋼板樁宜采用兩點吊。吊運時，每次起吊的鋼板樁根數(shù)不宜過多，并應注意保護鎖口免受損傷。吊運方式有成捆起吊和單根起吊。成捆起吊采用鋼索捆扎，單根吊運要采用專用的吊具。

2.2.4 鋼板樁的堆放

堆放的順序、位置、方向和平面布置應考慮到以后的施工方便，鋼板樁應分層堆放，每層堆放數(shù)量一般不超過5分，各層間要墊枕木，枕木間距一般3 m～4 m，且上下層墊木應在同一垂直線上。堆放的總高度不應超過2 m。

2.2.5 鋼板樁的施打

根據(jù)現(xiàn)場條件，采用單獨打入法。從一角開始逐塊插打，每塊鋼板樁自打起打到結束中途不停頓。此法施工簡便，速度快，彈藥注意控制每塊樁的斜度不應超過2%。

2.2.6 鋼板樁內支撐架設

內支撐的設置，除了考慮受力外，還應考慮不妨礙施工，內支撐設置，一邊挖土，一邊安裝，支撐安裝必須非常及時到位，隨挖隨撐，根據(jù)水壓力和土壓力計算決定支持數(shù)量。

2.2.7 土方開挖

基坑支護后的開挖是本工程的難點之一，基坑開挖深度大，必須采用長臂履帶式挖掘機挖土。第一臺開挖在鋼板樁施打前進行，開挖深度1.5 m，第二臺開挖在鋼板樁施打后進行。當挖到基底0.2 m時，采用人工開挖清基。

2.2.8 鋼板樁的拔除

本工程采用振動錘拔樁。鋼板樁逐根試拔，易拔樁先拔。

2.2.9 鋼板樁土孔處理

對拔樁留下的樁孔，必須及時回填處理，回填方法采用填入法。填入法所用材料為石屑。

3 結語

本工程在僅有15 d工期的情況下，大部分管段采用基坑放坡開挖方式節(jié)約了時間。部分管段基坑采用鋼板樁支護開挖，在保護已有道路的前提下，高效率的完成管道施工。