淺談陽澄湖樞紐工程中地涵深基坑開挖的施工對策

呂洪奇　周　屹

(昆山市水利建筑安裝工程有限公司， 江蘇 昆山　215300)

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淺談陽澄湖樞紐工程中地涵深基坑開挖的施工對策

呂洪奇周屹

(昆山市水利建筑安裝工程有限公司， 江蘇 昆山215300)

【摘要】本文詳細描述了七浦塘拓浚整治工程陽澄湖樞紐地涵深基坑開挖施工的工作原理、設(shè)計方法、施工工序及注意事項，以期為類似工程提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】地涵； 深基坑； 開挖； 邊坡

1引言

陽澄湖樞紐工程由船閘工程、交通工程、立交地涵等部分組成，為蘇州市七浦塘拓浚整治工程的一部分，施工區(qū)域處于七浦塘與Ⅲ級航道——張家港申張線的交匯處，施工地點位于江蘇省昆山市巴城鎮(zhèn)境內(nèi)。

地涵和節(jié)制閘采用合建的施工方案，地涵過水橫斷面由3孔方形涵洞組成，過流能力為100m3/s，涵洞為3孔，尺寸(寬×高)為6.5m×5.6m，主體的底高程-11.5m，寬22.9m，15節(jié)共225m。結(jié)合立交地涵的布置，設(shè)置東、西節(jié)制閘以滿足排水需要，節(jié)制閘總凈寬19.5m(6.5m×3孔，底高程-1.0m)。

該工程的立交地涵工程，在施工前必須進行地涵主體的基坑開挖，原張家港申張線老河道的河底高程為-1.0m，兩岸邊坡頂原始高程為4.5m左右，地涵主體洞身底板的最深處要開挖至-11.5m高程，故基坑的最大開挖深度約16m，開挖區(qū)域的土層滲透系數(shù)為3×10-6cm/s。開挖土層的地質(zhì)編號為3-1土層，土壤為灰色淤泥質(zhì)、重粉質(zhì)壤土、局部淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、夾砂壤土薄層、局部互層、含腐殖質(zhì)，土壤黏聚力c=13.2kPa,土壤內(nèi)摩擦角φ=8.6°，土壤滲透系數(shù)Kv=3.0×10-6cm/s，土壤允許承載力[R]=60kPa。

地涵開挖的總量約為34m3，基坑上口尺寸：長×寬=366m×122.5m，最大開挖深度為16m，棄土堆放在地涵四個角的棄土區(qū)內(nèi)，土方運輸距離約為300～1500m，施工降水采用管井與明溝排水結(jié)合的方式，施工便道寬5m，采用鋼板臨時鋪設(shè)。

2土方開挖及基坑邊坡穩(wěn)定性驗算

a.開挖原則。根據(jù)地勘報告及設(shè)計要求，基坑型式分二級坡比加5m寬平臺。由于該工程的地涵開挖深度較深(最大開挖深度約16m)，故該項目采用兩級放坡開挖的方案：一級邊坡高程-11.4～-6.0m，坡比為 1∶4，在高程-6.0m處設(shè)5m平臺，二級邊坡高程-6.0～-1.0m，坡比為1∶3.5。同時，開挖過程中對已成型的邊坡及平臺，全部采用混凝土護面硬化處理，防止雨水沖刷、邊坡水土流失及滑坡現(xiàn)象，見圖1。

圖1　地涵開挖斷面 (單位：m)

b.邊坡穩(wěn)定性驗算。該工程邊坡穩(wěn)定性采用瑞典條分法原理分析，首先假定將要破壞的土體(滑裂面AB)以某一固定長度的半徑R(不確定)繞某一圓心O(不確定)發(fā)生滑動變形(見圖2)，故可根據(jù)力矩平衡原理，計算式[1]：

(1)

按式(1)計算瑞典圓弧法的穩(wěn)定安全系數(shù)Fs。

圖2　瑞典條分法受力分析

圖2中Pi+1及Pi是同時作用于破壞土體(滑裂面AB)中某一土條兩側(cè)的合力，根據(jù)摩爾-庫倫準則：

(2)

式中c′——有效黏聚力；

φ′——有效內(nèi)摩擦角；

u——孔隙壓力。

故可以計算出圖中滑裂面AB上的平均抗剪強度Tf，而土體切向阻力Ti：

(3)

根據(jù)土體的法向力平衡，可得

(4)

由于xi=Rsinαi,可得

(5)

地涵開挖二級坡比的穩(wěn)定性分析是按瑞典圓弧法的原理計算，由于計算過程繁雜，施工對策編制過程中采用了理正巖土系列軟件進行計算[3]，計算如下。

控制參數(shù):

采用規(guī)范:通用方法。

計算目標:安全系數(shù)計算。

滑裂面形狀:圓弧滑動法。

地震烈度:7度。

地震作用綜合系數(shù):0.050。

地震作用重要性系數(shù):1.000。

地震力作用位置:質(zhì)心處。

水平加速度分布類型：矩形。

計算結(jié)果見圖3。

圖3　計算結(jié)果

最不利滑動面:

滑動圓心=(18.720m,31.200m);

滑動半徑=38.909m;

滑動安全系數(shù)=1.349。

故地涵基坑開挖的邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)最小值FS=1.349>1.05，能夠滿足邊坡穩(wěn)定的要求[2]。

3施工主要人員、投入主要機械設(shè)備及投入材料準備

a.地涵基坑開挖投入主要人員。該項目施工人員均由經(jīng)驗豐富、責(zé)任心強、勤奮能干、服務(wù)態(tài)度好的工程技術(shù)人員和組織機構(gòu)人員組成；作業(yè)人員均選配專業(yè)素質(zhì)高、曾有過類似工程工作經(jīng)驗的施工隊伍人員。根據(jù)該工程的施工內(nèi)容，在工程進展中為確保各工種各專業(yè)配備齊全，以做到每項施工內(nèi)容都有科學(xué)、合理、專業(yè)的歸口和管理，切實做到不同工種不同專業(yè)之間的配合和銜接。

投入工程的人員信息見表1。

表1　投入工程的人員信息

b. 地涵基坑開挖投入主要機械、設(shè)備及材料準備。根據(jù)施工合同及工地現(xiàn)場的實際情況，地涵基坑開挖投入主要機械、設(shè)備及材料見表2。

表2　投入主要機械、設(shè)備及材料

4地涵基坑的施工流程

4.1施工測量

a.測量放樣依據(jù)。根據(jù)項目復(fù)核、批準使用的水準點引測樁位，按照《水利工程施工測量規(guī)范》的要求，進行現(xiàn)場地涵基坑坐標定位和高程測量。

b.測量主要設(shè)備。該工程投入的主要測量設(shè)備為水準儀1臺(型號為NAL-124)，全站儀1臺(型號為RTS632DL)，塔尺2把，30m卷尺1把，50m卷尺1把等。

c.高程、軸線測量。根據(jù)設(shè)計圖紙中標注的坐標系統(tǒng)，確定該工程中立交地涵的中心線和軸線。采用全站儀放樣，進行中心線和軸線的控制；然后用水準儀引測標準樁位高程，對立交地涵基坑高程進行控制，施工過程中做好測量成果的標記和保護，并定期對樁位進行校準。

d.高程測量。

4.2土方開挖

土方開挖施工時，先采用挖掘機配合推土機進行開挖，首先對老駁岸土方進行開挖，開挖高程為4.5～-1.0m，然后分級進行地涵基坑開挖，對基坑-1.0～-6.0m高程的土方按照1∶3.5的邊坡進行開挖，再按照1∶4的邊坡開挖-6.0～-10.0m高程的土方，詳見圖4。考慮到基坑需要分級開挖到-10.0m高程后，先進行水泥攪拌樁基礎(chǔ)施工，待養(yǎng)護、檢測結(jié)束后，進行人工配合機械開挖，開挖高程為-10.0～-11.4m，開挖土?xí)r禁止邊坡10m范圍內(nèi)堆土，防止發(fā)生滑坡或塌方事故。

在基坑開挖施工時為做好邊坡坡面的防護，項目采取必要的施工防護措施。在坡面開挖成形前先挖截流溝或臨時排水溝，防止地表水流入坡面及邊坡坍塌[4]。

4.3棄土處理

地涵工程包括上下游洞首、洞室和上下游連接段擋墻，共開挖土方32萬m3，開挖土方分別運至棄土區(qū)1(堆土3萬m3)、棄土區(qū)2(堆土1萬m3)、棄土區(qū)3(堆土23萬m3)、棄土區(qū)4(堆土2萬m3)和棄土區(qū)5(堆土3萬m3)，見圖4。其中棄土區(qū)3、棄土區(qū)4和棄土區(qū)5土方用來進行洞首及墻后土方回填、堤防及道路填筑，其余開挖土方均運至管理區(qū)填筑。位于河口邊緣的棄土區(qū)，外坡腳距離河口線不小于10m，棄土堆高不超過3m，邊坡1∶2，棄土區(qū)周邊設(shè)排水溝，深0.8m，底寬0.5m。開挖土方棄土?xí)r不允許在開挖邊坡及臨邊棄土，以保證開挖邊坡的穩(wěn)定。棄土區(qū)周圍開好排水溝，做好排水設(shè)施，確保邊坡穩(wěn)定。棄土區(qū)、管理區(qū)的土方堆置、回填由挖機配合推土機進行。

圖4　地涵棄土示意圖

5基坑的變形及監(jiān)測

在地涵基坑開挖過程中及開挖完成后的地涵施工期內(nèi)，分別在地涵邊坡、附近建筑物設(shè)置觀測點，并經(jīng)常觀察附近已有建筑有無下沉和變形，特別觀測地涵工程閘塘土方開挖時東南角的高壓線塔基沉降、移位變形及地下水位變化等，均未出現(xiàn)異常情況[5]。

6結(jié)語

由于地涵大面積開挖涉及開挖邊坡設(shè)計、施工降排水及變形監(jiān)測等綜合技術(shù)難題，本文中的地涵采用了合理的邊坡設(shè)計，既節(jié)約了基坑開挖的成本，又控制好了地涵的施工工期，同時降排水及變形監(jiān)測在實際的應(yīng)用中效果也較好，值得其他類似工程推廣借鑒。

參考文獻

[1]陳希哲.土力學(xué)地基基礎(chǔ)[M].4版.北京：清華大學(xué)出版社,2007.

[2]楊光華.深基坑開挖中多支撐支護結(jié)構(gòu)的土壓力問題[J].巖土工程學(xué)報,1998,20(6):113-115.

[3]應(yīng)宏偉.軟土深基坑開挖的有限元分析[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報,1999,17(4):59-64.

[4]馮權(quán)初.深基坑開挖工程實例淺談[J].科技與生活,2011(3).

[5]劉繼國，曾亞武.FLAC3D在深基坑開挖與支護數(shù)值模擬中的應(yīng)用[J].巖土力學(xué),2006,27(3):505-508.

DOI:10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.07.001

中圖分類號：TV551.4

文獻標志碼：B

文章編號：1005-4774(2016)07- 0001- 04

On construction countermeasures of underground culvert deep foundation pit excavation in Yangcheng Lake Pivotal Project

Lü Hongqi, ZHOU Yi

(KunshanWaterConservanayConstructionandInstallationEngineeringCo.,Ltd.,Kunshan215300,China)

Abstract：In the paper, working principle, design method, construction sequence and precautions of underground culvert deep foundation pit excavation construction in Yangcheng Lake Pivot of Qiputang Ice-breaking Realignment Project are described.

Key words：underground culvert; deep foundation pit; excavation; slope