路塹地段框架結構深基坑施工方法

姜建鋒

（中交三航局交建工程分公司，上海 200940）

1 工程概述

1.1 結構概況

本項目位于川南丘陵地區，為站場路基工程。由于該項目與既有車站共用站房，新建站場鄰近既有車場，部分結構需要與既有結構無縫對接，類似站場擴建。站場路基均位于挖方段，多為路塹結構，而該段路基范圍內的框架結構物基本位于路基基底以下，路基基底位置的框架結構均已入巖。單個結構物的高度基本在5m以上，基坑深度均已達到深基坑標準，框架結構基坑開挖具體情況如表1所示。

表1 框架結構基坑開挖情況統計表

1.2 地質巖性情況

該段里程范圍，地表上覆第四系全新統人工棄土（Q4q），人工填土（Q4ml），坡洪積層（Q4dl+pl）軟粉質黏土、粉質黏土，坡殘積層（Q4dl+el）粉質黏土；下伏基巖為侏羅系中統上沙溪廟組（J2s）泥巖夾砂巖。

<18-1>泥巖夾砂巖（J2s）：泥巖為紫紅色、紅褐色，泥質結構，泥鈣質膠結，巖質較軟，易風化剝落，具遇水軟化崩解、失水收縮開裂等特性；砂巖多為長石石英砂巖，淺灰、灰紫色，中～粗粒結構，泥鈣質膠結，中厚～厚層狀，質稍硬。全風化帶（W4）厚0～5m，原巖結構基本破壞，巖體風化呈土狀，屬Ⅲ級硬土，D組填料；強風化帶（W3）厚2～20m，局部稍厚，節理裂隙較發育，質較軟，屬Ⅳ級軟石，D組填料；弱風化帶（W2）屬Ⅳ級軟石，C組填料。具體<18-1>泥巖夾砂巖（J2s）巖土物理力學指標如表2所示。

表2 巖土物理力學指標設計值

1.3 水文情況

（1）地表水主要為溝水和坡面暫時性流水，流量受季節影響明顯，雨季水量較大，旱季相對較小。（2）地下水主要為第四系孔隙潛水及基巖裂隙水。第四系多為黏性土，孔隙水含量較少；基巖裂隙水主要發育于砂巖內，泥巖為相對隔水層，地下水含量較少，地表偶見裂隙水滲出。經勘查，地下水埋深大于10m。根據區域地質資料，標段內侏羅系中統上沙溪廟（J2s）地層含石膏，設計按地下水對混凝土結構具硫酸鹽侵蝕和鹽類結晶破壞侵蝕，環境作用等級分別為H1和Y1考慮。

2 基坑開挖方式及穩定性驗算

2.1 基坑開挖方式

站場范圍內的框架結構所在基坑的地質均為泥巖夾砂巖，基巖整體性較好，地表水多為雨水匯流，地下水位巖層裂隙水。按照地下水的分布，地下水位遠低于框架結構基底。站場范圍內為封閉施工，基坑周圍無重載交通和堆棄荷載，故而初步考慮以上幾處基坑采用放坡開挖。結合設計要求，基坑開挖方案，每級邊坡按照垂直高度不高于10m，邊坡坡率為1∶0.75，在邊坡高度高于10m后，每10m邊坡設置一級平臺，平臺寬度為2m。

2.2 放坡開挖穩定性驗算

由于框架結構位于路基范圍內，在基坑施工前均會進行地表構筑物和附著物的清理，該場地內為封閉施工。在施工過程中，施工車輛均在基坑安全范圍內行使，因此在放坡開挖穩定性檢算時，基坑所受外力均為自身周邊土壓力，按靜荷載進行計算。由于本項目范圍內5座框架結構的地質條件相同，其中框架1的基坑深度最深為8.2m，因此在放坡開挖時，取最大的放坡高度8.2m進行驗算。

（1）計算依據。結合以上框架結構的地質情況以及基坑特點，采用力學驗算法對基坑邊坡穩定性進行驗算。由于基坑放坡開挖的情況與路基深路塹邊坡的情況相似，因此在以上幾座框架結構深基坑邊坡穩定性借鑒深路塹邊坡穩定檢算方法計算。施工現場地質主要為砂夾泥巖，根據設計提供地質參數情況，結合深基坑所在地層，選取最不利情況，確定軟弱面，供邊坡穩定性驗算時采用。計算公式[1]：

式中：h為滑動面上變形巖體的高度，m；H為基坑邊坡高度，m；K為穩定系數，取值1.25；φ為滑動面內摩擦角；m為邊坡坡率；C為土的黏結力，kPa；r為土的容重，kN/m3；a為軟弱面傾角，°。

按照最不利條件，根據邊坡上力的實際受力情況，求出變形體高度，以此根據邊坡坡率求出坡高H（單位m）。

（2）檢算結果。基坑周圍不考慮其他荷載，只考慮土體自重，深度均為各基坑四周最高處至基坑底面高程之差，綜合各基坑開挖考慮，放坡坡比1∶0.75。

根據設計提供的地質參數，深基坑土質以砂夾泥巖為主，按最不利情況考慮，各項地質參數取值分別為土的黏結力C=20kPa，內摩擦角為φ=30°，邊坡系數為1∶0.75，坡率m=0.75，軟弱面傾角a=45°，土體自重r取23kN/m3。代入公式計算得：變形體高度h=7.31m，計算放坡坡高H=29.3m。由于基坑最大開挖高度為8.2m，計算的放坡高度為29.3m大于實際的邊坡高度8.2m，因此，以上5座框架結構采取1∶0.75的開挖坡率進行放坡開挖可行。

3 基坑開挖及防護方法

由于項目地處川南丘陵地區，降雨較為豐富，且幾座結構施工施工周期較長，為避免雨水沖刷坡面、造成積水，在基坑開挖后，對基坑邊坡采取表層錨噴處理，在基坑外2m處設置截水溝，在基坑底部設置集水坑。

3.1 非接長框架結構基坑開挖及防護

（1）基坑開挖。非接長框架橋基坑開挖時，結合基坑特點，及標段內深基坑地質特點，主要為砂夾泥巖，選用機械開挖的方式，放坡逐層向下開挖，每50cm為一層，邊坡坡比為1∶0.75，當開挖深度大于8m時設置二級邊坡，邊坡坡比為1∶1，兩級邊坡之間設置2m寬平臺防護。基坑開挖示意圖如圖1所示。

基坑開挖前對基坑頂邊界線外3～5m內的場地進行整平，開挖過程中應加強檢測工作，安排專人進行軸線、中心點和樁的標高測量，確保位置正確和開挖土方時不得超挖。基坑底部留20～30cm進行人工挖土。

圖1 基坑開挖示意圖

雨期施工時，基坑應分段進行開挖，并在基坑兩側圍以土堤或挖排水溝，以防地面雨水流入基坑槽，同時應經常檢查邊坡和支護情況，防止坑壁受雨水浸泡造成塌方。

基坑坡頂上2m范圍內嚴禁車輛行駛速度過快和急剎車。當基坑挖到設計標高后，及時請監理進行驗收，驗收通過后進行下一步施工，以免基底土暴露時間過長。

（2）基坑邊坡防護。基坑采用機械開挖，邊坡松動土體必須清除，并由人工修整坡面。①對于松散土、人工填土等穩定性不良地層，邊坡開挖完成后噴射M20砂漿，預防雨水沖刷坡面，并采用2m長，Φ20砂漿錨桿鋼筋網錨固防護。砂漿厚度為5cm、鋼筋網采用Φ8、15cm×15cm鋼筋網,Φ20砂漿錨桿間距為1m，梅花形布置。②對于穩定性較好的砂巖地層，直接采用噴射M20砂漿進行防護，砂漿厚度5cm，預防雨水沖刷坡面。基坑開挖完成后，應及時對基坑進行圍護，防止安全事故的發生。基坑圍護選擇在離坡邊線2m外圈澆筑尺寸為30cm×30cm的C15混凝土基礎，一方面起截排水用，另一方面作為防護欄桿基礎。設置基坑安全作業區域，防止基坑外側雜物落入基坑，保證基坑外2m范圍內無棄土、雜物堆積。

3.2 接長既有框架結構基坑防護

對于原狀地質，且為基巖整體性完整的情況下，接長車場的框架橋基坑開挖方式與邊坡圍護方式采取上述方法施工。但對于結構接長位置，由于存在回填土，為確保基坑的穩定，避免松散土坍塌，在接長結構位置，先施作方形人工挖孔樁支護。挖孔樁施工時鎖口高于地面30cm，防雜物掉入挖孔樁內，挖孔樁護壁厚度為20cm，采用C20混凝土拌制，樁身采用C30混凝土，挖孔樁開挖采用傳統的開挖工藝施工。

4 結束語

在以上5座框架結構基坑過程中，4跨以上的框架結構施工周期較長，基坑暴露時間長達4個月，但在基坑防護措施及排水措施施作到位后，基坑均為未出現開裂情況，且整個施工過程中基坑邊坡穩定、安全可控。