倒虹吸管深基坑軟土滑坡的原因分析及處理

沈輝SHEN Hui

（云南建投第一水利水電建設有限公司，昆明 650217）

1 工程概況

云南省昭通市黑石羅水庫位于蘇甲鄉水井村冷水河中下游，壩型為面板堆石壩，總庫容為4992.1萬m3，設計集鎮和供水人口15.1萬人、灌溉面積5.5萬畝，下游防洪人口1.6萬人、農田1.75萬畝。水庫渠系工程總長為53.063km，總干渠全長27.247km，靖安分干14.862km，青崗嶺干管10.954km。青崗嶺干管倒虹吸自昭通市水庫總干渠延長線末端總30+592處取水，起點樁號0+000，終點樁號3+738。全長3738m。沿線原地面高程1856.77～1965.16m，沿線基坑開挖最深7.33m，上口寬度8～13m不等，設計要求邊坡開挖坡比為1:0.75。土石方最深屬于深基坑開挖，實際施工難度較大，存在一定的隱患。本工程管道安裝和埋壓力鋼管，工程沿線途徑村莊、樹林、耕地和山坡，還跨經國道和灑漁河（橫江），與建筑物和構筑物存在較多交叉。在管道埋設完成后，管頂基坑采用之前開挖土料按設計回填至原地面高程。基坑工作深度最深為-7.33m，坡比1:0.75，上部開挖寬度為13m。

2 地質、水文情況

灑漁倒虹吸長度較大，兩岸均為陡坡地形。基巖屬于堅硬巖、中硬巖夾軟巖。河灘段地形寬闊，沖洪積粘性土和卵礫石層厚25～30m，右岸碎石黏土厚0～15m，基巖為茅口組灰巖及虎斑狀灰巖。倒虹吸管槽開挖以土質邊坡為主，部分巖質邊坡，需放緩坡比開挖。河床段鎮墩建深度根據沖刷深度確定，在開挖過程中遇到軟土采取超挖換填加固處理，基坑采取支護排水。勘察期間為枯水期，勘察范圍內確定為揭露道地下水，經過技術人員的分析，確定此地下水對擬建工程無影響。

3 基坑開挖施工方法

3.1 施工方法 根據工程地質報告及現場情況，機械開挖土方，施工使用360反鏟挖掘機，鏟斗容積1.3m。土方施工時，四個角處每隔50m開排水溝，在四邊開挖排水溝，在基坑開挖中，必須嚴格控制高度。挖土時留下300mm，人工清理土壤，以免擾亂舊土壤。由于開挖深度較大，采用分臺開挖法，沿軸線分三開挖。開挖時需要技術人員全面檢查坑底寬度，同時還要確保開挖坡度合理，在發現開挖不足時需要及時修補。在設計人工清理溝渠后，進行邊坡修復和清理，以控制坑底的寬度。

3.2 開挖及水位控制措施 根據測區控制確定管道控制點，為了測量和控制施工，記錄了控制點的坐標。在坐標中預先鋪好邊緣線，根據坑坑開挖圖，按比例撒上邊緣上下線。根據現場情況和機械開挖方法，采用平整開挖，坡度比為1∶0.75。地基留出300mm，人工清理基坑，將清理泥土送至挖掘機半徑處落下。根據地質調查，地下水位為12m，坑最深7.33m，根質報告，地下水影響較小，只在底部設置水坑，排水溝需要根據開挖情況調整。由于工程建設階段不是雨季，無需坡面維護。

3.3 質量保證及成品保護 基坑的土質必須符合工程設計要求，在坑周圍設置點，按照監測周期對沉降進行觀測，并向有關部門報告觀測值。允許偏差見表1所示。挖掘時要保護軸樁和地基找平樁，避免機械的碰撞和損壞。

表1 土方工程的挖方和平整允許偏差

3.4 施工安全措施 為確保按照施工前設計方案挖坑，向施工隊組長、施工隊長提供技術及安全書面說明。作業組雙方簽字，由班組長和組長簽字，會同安全管理人員監督執行。設計會同項目參與單位，在開挖前，對建筑物、道路和管道等進行設計和評估。管道應制定技術安全和防倒塌措施，加強剪切和抗裂，發現問題及時采取措施，并與施工部門協商處理。在基坑開挖中，邊坡應按照說明和分區規劃分離，邊坡坡度應符合設計系數。開挖工程師應檢查邊坡穩定性，并注意土體因土體和塑性應力變化而向基坑位移。在校核計算時，考慮地面荷載和相鄰建筑物的影響等因素，選擇合理的支護來確定支護。開挖時注意變化，如果發現土石有裂縫，要及時保護，注意支護的穩定性和變化。為保證施工人員安全，在邊坡兩側及坑邊設置鋼管防護圍欄。為保證施工安全和正常施工，坑內需要安裝爬梯。夜間設置防護圍欄和標志外，在基坑周圍設置紅燈警示。在坑附近堆放土壤和移動施工設備，需要與坑邊保持一定距離。確保土質良好時，距坑邊1.5m。清掃底部時，兩人距離不應小于2m，應按指示方向分層作業。進入坑內時戴好防護頭盔，正確使用裝備。

4 施工部署

4.1 施工準備 測量人員必須經過培訓，進行周界控制線并監測開挖，加強開挖高度控制，嚴禁過度開挖。技術人員向現場施工人員做好技術交底，并繪制詳細現場圖。施工前，必須對所有施工人員進行有針對性的講解，確保每個操作人員了解技術要求。

4.2 土方開挖施工安排 開挖采用360反鏟挖掘機，鏟斗容積為1.3立方米，裝載機和挖掘機搬運土料，清底預留厚度300mm。根據實際和放坡系數，以相關情況來合理考慮土方開挖過程的安全性。實際土方開挖采用自然放坡，系數1∶0.75。

4.3 土方工程施工部署 由于施工時間和場地問題，為進一步土方工程的施工創造工作面，同時該過程也是土方工程施工過程的關鍵。因此，在實際施工部署過程中，為使開挖工作量可以在計劃期內高效完成，開挖必須以確保按照技術操作標準順利進行。分層挖掘的，每層挖掘到約2.5m以平滑斜坡，重復過程直到坑底。流程包括開挖線——土方開挖——修坡——下一步土方——基坑底。在此開挖過程中，根據工程實際情況，需要采用兩臺挖掘機，在進行挖修邊坡時，按照順序進行。在坑底留300mm厚的土，減少土層發生變質。測量挖掘深度，挖掘底邊由平整系數計算，勘察應畫一條白色灰線控制。到達坑底后，如果地基基層和地質研究不匹配，應立即報告檢驗和設計部門，以便采取必要的防護措施。使用開挖材料用作回管，操作撤離的土地數量有限，以確保坑安全，減少土的運輸。倒虹吸深基坑段平面如圖1所示。計劃開挖土覆蓋兩側，左側板邊距坑洞邊緣1.5m，右側溝邊。管道溝鋪設3m寬的道路，距離坑口線1.5m。基坑開挖斷面如圖2所示。

圖1 倒虹吸深基坑段平面圖

圖2 基坑開挖斷面圖

5 地基處理

基礎的土壤承受管道的重量和路堤的壓力，管道底板附加壓力高，附加壓力達到120kPa。在附加壓力下可形成沉積物，對管基進行處理，用鉆孔樁加固地基。鉆孔灌注樁采用碎石作為承載層，樁尖全部部分計入承載層。由于大面積梯形填充對地基造成額外的泥沙，縱向變形過大，用鋼筋混凝土包圍。過河段地基面高度為-3.00m，土主層為粉質粘土。泥土表現出高壓縮性和低強度，管道土壤承受管道的重量和河流的靜水壓力以及土壤，底部壓力為170kPa。開挖較厚覆蓋層,附加張力小于10kPa，考慮工程的可靠性，噴射樁的端部以間隔包含在礫石層中，用于加工混凝土鋼管。邊坡段管道通過細砂，可部分液化。施工中使用鋼管代替混凝土管。左岸管道主要土層為細砂，除了上面自重外，沒有其他不等載荷來滿足承載力。細砂可以用鋼管代替混凝土管進行稀釋，但其他處理可能會被忽略。管道基礎土層為粉質粘土，地基面以下粘土厚度小，需要采用位移法。加工時，沙子以礫石作為備用材料。

6 基坑穩定性評價

主含水層開挖前地下水位距基面3.5m以上。結構振動荷載的影響下，易發生液化或振動，不利于穩定性。雖然平整開挖工作量很大，但可以結合河流開挖。施工易上手和施工快捷方便。垂直開挖工程減少了開挖量，但施工周期較長。根據基坑邊坡穩定性計算，從河段開挖基坑提供開挖，坡度為1:2，深度約3m，采用輕型降水井，兩岸安裝真空泵，間距1.20m。在第二層挖掘中，從上到下。采取措施后，降水效果有所增強，坑壁無大滑坡，坑坡穩定。由于坑底含水層礫石有限，評估下含水層水壓的可能性。考慮可能會在含水層深度壓力沖刷坑底而引起流入，關系到設計方案的施工安全。根據壓力平衡的概念粗略估算，采用浮動自然權重。如果坑底不噴發，黏土的最小厚度應為2.35m，開挖后黏土實際厚度為3.0～4.6m，因此判定不會發生軟土滑坡，基坑穩定安全。

7 基坑邊坡穩定性驗算

基坑底部開挖寬度2m，有效深度最深為-7.33m，坡比1∶0.75。上部開挖寬度為13m。采用力學驗算，場地土質為粘性土，需要按圓弧滑動表在圖解的基礎上，然后需要經過分析制定科學的圖表，以供技術人員進行穩定性驗算。分析基坑周邊無其它荷載，對于穩定性驗算可以按正常狀態進行計算。總深度7.33m，工作狀態最大深度7.33m。滑動土楔體滑動面，不考慮土體應力分布和相互作用。假在計算過程中，可以假定滑動圓弧，然后按合理的步驟計算基坑邊坡的穩定系數，繪出穩定系數后，關系曲線K=f（o），根據關系曲線可以找出最小系數Kmin，因此，該值對應的滑動面是最危險的。如果在計算中得出Kmin≥1.20邊坡穩定，Kmin≤1.20時，需要再進行穩定性驗算。基坑開挖7.33m，大于5.3.1臨時邊坡安全要求。符合技術規范二類邊坡安全系數要求，以此來判定基坑邊坡穩定。

8 安全文明施工

8.1 安全生產管理體系的建立 項目經理是項目工程負責人，副經理在項目管理中負責安全施工，具體的任務需要組織安全措施和制度。項目工程師組織技術編制和培訓。建設單位負責落實技術安全措施。深基坑施工需要設立專職安全檢查人員，負責監督工作。施工負責人及相關人員每月進行全面審計。計劃聯合檢查每周一次，由主承包商和所有分包商參與。進行日常安全檢查以及安全指導。

8.2 現場安全管理 在現場關鍵區域張貼警示標志，張貼安全文明施工，設計部門將組織安全廣告檢查，發現問題及時解決。所有現場人員必須佩戴安全帽，高空作業佩戴必要的安全帶。設計部門對安全生產進行監督，組織工作進行檢查，發現違反操作規程的，責令停工進行檢查。對進入設施的工人進行培訓并保留記錄，不允許未經培訓的人員進入。做好技術說明書，并在分配任務時下達注意事項和安全要求，現場的建設要對情況進行監控。施工人員進場時，組織有針對性的培訓。

8.3 加強機械設備管理 為保證機械設備的正常高效的運行，施工現場為設備提供電和臨時場地等條件，清除設備運行的障礙。機械設備進入深基坑施工工作點后，技術人員必須將大小、開挖方式和技術措施等報告給技工。施工臨時用電嚴格執行三相五線制，對設備機械進行保護，并采取零、漏電保護措施。所有電氣裝置和設備應由專人維護。施工現場應配備斷路器和防觸電裝置。按照技術法規、安全規范和標準。任何人都不得違反規則。

9 監測坑安全

9.1 變形監測 本工程最大基坑開挖深度為7.33m，根據目前的技術條件，在基坑施工中必須進行監測，確保環境安全。開挖前設置觀測點，對變形進行監測，做好記錄，便于前后數據對比，及時發現變形情況。一旦發現邊坡變形，立即停止挖坑，接受坑的阻力。根據實際情況，確定計劃。土壤應用水泥砂漿壓實，防止變形膨脹和雨水滲入[1]。

9.2 安全監測 保證邊坡的穩定性和周邊道路安全。施工中應做好安全監控，通過人工檢查、對觀測數據進行分析，了解基墻土層、內部強度和變形情況，判斷基坑穩定狀況。定期對坑進行檢查，包括有無裂紋和坑的坡度。對基坑施工安全監測進行整理。

9.3 觀察頻率 每個對象必須在挖掘前達到穩定值并至少進行2次。在挖掘過程中每1-3天觀察一次，穩定后5-7天觀察一次。當結構變形超過規范或條件發生劇烈變化時，應加強觀察。在存在危險跡象的情況下，進行持續監測。監測工作以測量儀器為主，并結合目視檢查。間監測點應做好防護工作，監測前應檢查控制點。如有偏差應進行檢查，恢復測量精度。在施工中，及時監測和通報信息，對監測報告進行全面科學的分析，及時發現基坑施工中存在的問題，向管理人員提交監測報告。由于現場基坑施工條件變化，測量次數將根據實際施工環節和階段情況、進度和測量信息進行靈活的調整。當在基坑施工發現異常時，及時向主管報告。采取有效措施，確保施工安全[2]。

9.4 監控信息的處理 監測的目的是提供準確的施工安全信息，預測潛在的危害，并將結果傳遞給決策層，以改進方案并接受處理，監控數據要求必須確保基坑參數的全面準確。為達到此目的，現場的監測裝置和技術應用應用高精度設備，測量應及時送計算機處理。打造一支配備高性能監控設備的測量隊伍。測量完成后，將測量值與允許值進行比較，估計變形趨勢，并報告有關部門。如發現情況發生重大變化，應立即上報。如果測量正常，在測量后2天內提供報告。對監測結果進行分析并提出建議[3]。

10 應急救援預案

10.1 應急預案工作 根據項目特點和施工情況，組織危險源和環境識別，制定應急措施，開展應急培訓，對本項目突發事件進行改進。嚴格按照設計文件和技術，控制開挖坡度。特殊需要坑長時間懸空時，應在坑邊和斜坡上設置水坑，并配備專人負責。在進度允許的情況下，使用較小的工作臺面，避免暴露過大的臺面。周圍設置排水溝，需要逐層挖掘，層與層之間有臺階。邊坡的開挖應根據地質而定。如有必要，應噴灑混凝土以確保穩定。增加開挖監測頻率，對監測數據進行分析匯總。在危險情況下，通過安全通道疏散現場的人員，對受影響的現場地區進行必要的調整，疏通交通。減少動荷載，停止任何水源流向坑邊坡。挖溝時，加強對地基的監測，分析監測報告中的數據。排水及地基加固等措施應按照工程要求進行，避免周圍超載。開挖前，對圍欄、滲漏和堵塞的部分進行監測。疏散在危險情況下的人員，如發現有抬高跡象，應立即停止，并增設監測點。在停止回填之前，用土填充砂漿，直到在沉降趨勢減少。在開挖中設立專人對薄弱部位進行監測。如發現小漏點及時修補，先堵漏，防止漏點擴大。當變形超過允許范圍時，應尋求支撐，以消除薄弱變形、位移和開裂的進一步擴大。

10.2 救援職責分配 應急救援職責是當突發事故發生時，全面負責指揮救援，協調的救援行動，組織分析滑坡事故情況，提供事件的第一信息。救援隊員的電話應張貼在顯著位置，以便人員在緊急情況下方便地使用，并能第一時間聯系溝通。救援隊職責是提供及時的現場恢復管理和決策，應對突發事件和危機。如遇突發事件，立即啟動本預案，實現快速反應和及時部署。根據本預案管理方案和實際情況，為相關人員分配職責，協調救援，提高應對事件的能力。

11 結束語

綜上所述倒虹吸管工程在深基坑施工期間，在開挖過程中，需要避免深基坑軟土滑坡，分析沒走原因，并進行針對性的處理。在工程地質條件下，在軟土挖開深基坑時，要確定場地的水文和地質條件，分析邊坡的穩定性。施工應加強管理場地，科學安排施工，根據工程開挖邊坡。充分考慮不利因素，盡早采取防護，在施工中進行適當的培訓，提供臨時支護，確保深基坑軟土邊坡穩定。