錨碇深基坑開挖及多種坡率、多種支護形式施工技術

張磊 中交一公局第三工程有限公司

1.工程概況

新田長江大橋全長1770m，主橋采用主跨1020m雙塔單跨鋼箱梁懸索橋，兩岸均采用重力式錨碇，其中北岸高峰岸錨碇區位于斜坡中部地帶,邊坡面積為5633m2，開挖總方量134000m3。

錨碇區基坑邊坡高度為12.0～52.0m，主要為泥巖和砂巖組成的巖質邊坡。基坑邊坡坡度為1：0.3、1：0.5、1：0.75、1：1四種坡率，最高處邊坡有6級，最低處為1級，單級邊坡高度為8m和10m兩種。針對不同地層及邊坡坡度采用錨噴支護、錨桿護面墻或錨索護面墻防護。

2.基坑開挖、支護形式

具體見表1。

表1 基坑開挖、支護情況

3.工程特點及施工重難點

（1）錨碇基坑占地面積大、開挖土石方量大，使得現場施工組織和施工難度增大；（2）錨碇基坑施工區域上方有一危巖帶，崩坡積體上存在有孤石，需進行排危和安全防護措施后進行開挖作業。（3）錨碇開挖時需要配合爆破施工，爆破施工過程中的震動對邊坡穩定性影響較大。（4）地表高差大，導致基坑開挖過程出渣便道選取困難、現場采用便道隨開挖高程的調整而變化的方式。（5）錨碇基坑施工范圍采用永久排水加臨時排水的方式。（6）由于錨碇位置地形坡度大，基坑深，施工過程中需對邊坡進行動態監測。

4.施工工藝

該項目采用機械+爆破方式：表層軟弱土層采用挖掘機直接開挖，強風化巖層采用破碎錘破碎，中風化巖層采用松動性爆破施工，施工合理，工效較高。

5.錨碇基坑開挖、支護施工

5.1 總體思路

（1）對施工區域上方危巖帶進行處置完成后再進行基坑開挖。（2）邊坡開挖自上而下分層開挖，開挖一級支護一級，下級臺階必須在上級臺階支護完畢后再行開挖，嚴禁大挖大刷。（3）基坑開挖中對不同深度、不同風化程度的巖層選擇適當的開挖方式，如機械、人工、小藥量爆破等開挖方式，避免采用大藥量爆破以免影響邊坡和巖體穩定性。（4）基坑施工及使用過程中通過對基坑進行監測，了解各施工階段及使用過程中基坑邊坡的動態變化，判斷基坑邊坡的穩定性，為工程安全提供保障措施。

5.2 錨碇基坑開挖

基坑開挖采用4臺反鏟挖掘機、2臺推土機和8輛卡車出渣。開挖過程中，三臺挖機成“品”字型布置，從三個方向同時開挖，由挖掘機和推土機接力將土石方運至出渣通道處，自卸車裝車運輸至棄土場。

基坑開挖邊坡豎向分6個大層，每個大層開挖完成后進行邊坡防護施工。按照場地整體標高，從高往低，進行土石方開挖，最大開挖深度按3m進行控制。

在距離坑底標高1m以前，根據巖層的風化情況和強度分別采用機械、小爆破、人工等開挖方式；在距離坑底標高1m以內禁止采用爆破開挖，采用機械開挖和人工修整。

基坑開挖過程中根據現場實際情況，在開挖區域設置≥2%縱橫坡，主要引排雨水及地表水，確保能排水順暢無積水。

圖1 基坑開挖流程圖

5.3 邊坡支護形式

5.3.1 錨噴支護施工

（1）噴射混凝土工藝流程：坡面清理→初噴混凝土→錨桿施工→鋼筋網片安裝及固定→復噴混凝土→養護→進入下一循環。

（2）錨桿施工流程：測量放線→鉆機就位→鉆孔→錨桿孔清理→錨桿孔檢驗→錨桿制作及安裝→錨孔注漿。

5.3.2 錨桿護面墻施工

（1）護面墻工藝流程：坡面清理→錨桿施工→鋼筋網安裝→模板安裝→托架安裝→澆筑混凝土→混凝土養護→混凝土拆模→進入下一循環。

（2）錨桿施工流程：測量放線→鉆機就位→鉆孔→錨桿孔清理→錨桿孔檢驗→錨桿制作及安裝→錨孔注漿。

5.3.3 錨索護面墻施工

（1）護面墻工藝流程：坡面清理→鋼筋網安裝→模板安裝→托架安裝→澆筑混凝土→混凝土養護→混凝土拆模→錨索施工→進入下一循環。

（2）錨索施工流程：坡面修整→測放孔位→鉆孔→清孔→驗孔→錨索安裝→錨孔注漿→外錨頭施工→張拉→封錨。

6.基底處理

6.1 基底處理措施

開挖到距基坑底面1m時，根據設計要求先局部快速開挖幾處試驗坑(至基底)，并立即進行地基原位承載力試驗及摩擦系數試驗，以縮短基底的暴露時間。基底處理開挖先以破碎錘的方式進行，之后采用風鎬進行細處清理，然后由反鏟挖掘機將土方裝車外運，坑底約0.3m高度的土方由人工鏟除修平，最后運出基坑。挖至設計基底標高后進行地基表面處理，清除浮動巖石。

6.2 基底試驗

對錨碇基坑基底應分別進行基巖原位承載力試驗、摩擦系數試驗、剪切試驗，最后進行基底試驗分析。

6.2.1 基巖原位承載力試驗

試驗前，對基巖測點表面范圍內受擾動的巖體進行清除并修鑿平整，其起伏差不大于5mm，承壓板下用少許砂漿找平，承壓板蓋上后反復擠壓、搓轉擠出多余砂漿，安裝加載系統和沉降變形測量系統。具體試驗步驟如下：（1）選用0.5m×0.5m載荷板做承載力試驗。（2）正式加載前，對測量系統進行初始穩定讀數觀測。每隔10min讀數1次，連續3次讀數不變即可開始加載試驗，并將此讀數作為各測表的初始讀數值。（3）試驗前先將反拉支架制作完成，試驗時通過控制千斤頂的油進行加載，最大加載力不應少于地基承載力設計值的1.2倍。（4）卸載時，分級卸載。全部卸載后，當30min回彈量＜0.01mm時，即認為穩定。（5）基底植入精軋螺紋鋼，制作、安裝反拉型鋼支架，利用反拉法對基巖進行承載力測試，直到基底巖石產生破壞，以此確定其極限容許承載力值。

6.2.2 摩擦系數試驗

該試驗每組共制4個試樣，每個試樣截面為50cm×50cm，高度為50cm。基巖與混凝土界面的現場剪切試驗采用直接快剪的方式進行。試驗步驟如下：（1）給試樣施加預定的法向壓力P1；然后分級施加水平向剪力T，直至試樣剪破為止；對下面試樣施加不同的法向壓力P2、P3、P4，重復以上步驟直至試樣剪破。在分級施加水平剪力時，測讀每級剪力作用下的穩定剪切變形δ。試樣剪切變形穩定標準為3min內試樣剪切位移量＜0.005mm，試樣剪切破壞標準為在某級荷載作用下15min內變形仍不穩定，就將剪切變形不能穩定的前一級水平剪力定義為最大剪力Tmax。

現場剪切試驗采用豎直方向和水平方向加載，達到剪切破壞后，按前述方法確定最大水平推力Tmax。然后將豎直力和最大水平推力向有一定傾角的剪破面的法向和剪切法向投影，假定在剪破面上的法向應力和最大剪應力即該破壞面的抗剪強度為均勻分布，則可通過計算得出剪切面上的法向應力和抗剪強度值。計算公式如下（1）、（2）：

式（1）、（2），A—截面尺寸，mm。

根據試驗實際情況和試驗數據分析，得出基巖原位承載力及摩擦系數測試值，從而驗證結構的安全度。

7.施工注意事項

7.1 錨碇基坑開挖注意事項

（1）施工放樣前，應對首級控制網進行復測，并注意坐標系統。（2）為保證施工安全，在開挖前應清除坡頂線內外松動巖石和碎石，防止下滑，確保施工安全。（3）施工過程中注意監測點的保護。（4）邊坡施工嚴格遵循開挖一級、防護一級原則，邊坡開挖后需及時施做防護工程，避免坡面暴露時間過長影響邊坡穩定。（5）基坑開挖不宜間斷，基底應避免超挖，達到設計高程經檢驗合格后，應立即澆筑墊層混凝土避免長時間晾槽。（6）基坑周圍不得隨意堆放材料、施工機械等。開挖土石方不應堆放于基坑四周，應盡可能及時運棄，以免影響基坑坑壁穩定性。

7.2 基底處理及試驗注意事項

（1）現場基底處理時嚴格按照要求進行施工，可先采用機械破碎的方式進行施工，再采用人工配合風鎬的方式進行施工。（2）基底承載力以及摩擦試驗過程需逐級加載。（3）基底摩擦試驗剪切變形標準3分鐘內位移量＜0.005mm。（4）基底摩擦試驗豎向壓力P在剪切過程中始終作用在試樣頂面的形心。（5）基底摩擦試驗水平推力的反力座必須鉛直且與試樣側面平行，盡量降低水平推力的作用點。

7.3 錨噴施工注意事項

（1）土方開挖時，錨噴防護施工緊跟開挖面，隨挖隨支護。每小段土方開挖完成后，立即進行坡面修整及初噴混凝土封閉施工，然后進行錨桿打設及掛網施工，并在網片安設牢靠后復噴混凝土。（2）在噴高壓混凝土之前，采用風管將巖面清理干凈。（3）噴射中及時清除松散的石塊。（4）復噴噴射前對舊混凝土接縫進行鑿毛，并將泥土、雜物、松散混凝土清除干凈，并清水濕潤。（5）噴射混凝土外觀要求：表面保證平順，沒有產生裂縫，錨桿頭及鋼筋無外露。（6）噴射混凝土厚度采用提前插打立筋或標志樁來控制，驗收時采用開洞來查明混凝土厚度。

7.4 護面墻施工注意事項

（1）土方開挖時，護面墻防護施工緊跟開挖面，隨挖隨支護。每小段土方開挖完成后，立即進行坡面修整及坡面防護。（2）在澆筑混凝土之前，將邊坡面上的粉塵和雜物清除干凈。（3）錨桿鋼筋應外露開挖面50cm，再支模澆筑護面墻；錨索施工時，先澆筑護面墻，后施工錨索。（4）澆筑混凝土前應安裝泄水孔，其尺寸應符合圖紙規定。（5）張拉前檢查張拉設備。張拉前對張拉千斤頂進行標定，給出線性回歸方程，求出力值和油表讀數。（6）錨板安裝時保證與錨索軸線垂直，并與開挖坡面全面貼緊。張拉結束后，及時割除多出的鋼絞線，及時封錨。（7）正式施工前，按設計要求進行拉撥試驗，試驗過程做好詳細記錄。

8.結束語

為保證錨碇基坑開挖邊坡的穩定性，合理選擇了四種不同的坡度，并設置錨噴支護、錨桿護面墻和錨索護面墻三種支護形式分區域進行防護。確保施工及運營階段邊坡及山體的安全，也極大地降低了施工成本，取得了良好的社會和經濟效益。也為類似防護工程提供借鑒。