放坡开挖基坑的施工技术

科学技术与工程放坡开挖基坑的施工技术高水琴（华南理工大学 土木与交通学院，广东 广州，510640）摘要：放坡开挖可用于地基土质较好、开挖深度达8m、施工现场有足够放坡场所的工程。本文依托某工程讨论了放坡开挖基坑方法在典型软土地基、开挖深度达8m工程中的应用，针对基坑开挖的施工难点和重点，提出了“竖向分层、纵向分段、快速封底”的原则，详细阐述了施工方法和施工顺序。同时介绍了相应的基坑降水措施和基坑监测方案，以确保基坑开挖的安全。关键字：基坑；放坡；开挖方法；降水；监测中图分类号：TU473.2 文献标志码:AConstruction Technology of Foundation Pit Step-slop ExcavationGao shuiqin（School of Civil Engineering and Transportation, South China University of Technology，Guangzhou Guangdong，510640，China）Abstract:step-slope excavation is suitable for the project of which the foundation has better soil properties,the excavation depth of 8m or enough site space for step-slope. Relying on an engineering,this paper discussed the applications of step-slope in a typical soft soil engineering. According to construction difficulties of a foundation pit excavation, principle that excavation the foundation pit in many layers,areas and covering fastly are proposed, construction methods and excavation order are also expounded in detail. At the same time, precipitation measures and supervising program are researched in order to insure the safty of foundation pit excavation.Key words:foundation pit;step-slop; excavating methods; precipitation; supervise收稿日期： 基金项目：作者简介：高水琴（1985），女，四川成都人，研究生，研究方向：路基与边坡工程，Email:gaoshuiqin1.工程概况佛山市某快速干线网立交工程为现状道路改造工程，该工程位于两条主要干线的相交位置，以下穿隧道工程为主体工程。该下穿隧道全长318.24m，由长240m的开口框架（敞口段）及长78.24m的闭合箱型框架（闭合段）组成，隧道采用明挖顺筑法施工，最大挖深7.8m，宽度约3643m。工程在ZK54+492.142位置以1：1.25的坡度由地面向基坑过渡，在ZK54+612.14处达到最大深度，ZK54+690.382处以1：1.25的坡度直接放坡，到ZK54+810.382位置与地面衔接。根据工程勘察资料，本工程在开挖范围内的土层自上而下分别为：人工填土层：全场地分布，为现有路基填土，层厚2.107.00m，由细砂、粘性土、碎砖等组成，地面标高2.494.91m。粉质粘土层：灰黄色，介于软塑与可塑之间，具有强粘性，厚度为1.002.00m，顶界标高-0.070.85m。淤泥、淤泥质土：全场区分布，是场地内主要软弱土层，层厚6.6021.70m，深灰色、灰色、流塑，含腐殖质和粉砂及白色贝壳碎片，顶界标高-3.981.37m。2.施工难点与重点（1）土质差，淤泥层分布广而厚，含水量高。开挖过程中，土体极易产生坍塌、基底隆起等事故。（2）该地区属亚热带海洋性季风气候区，雨量充沛，且粉细砂层分布范围较广，孔隙度高，渗透系数较大。在基坑开挖前，需将坑内地下水位降至基底以下1m，以确保基坑开挖的安全。（3）该隧道泵房开挖深度达12m，土方开挖难度大，并且易发生基坑内部水流入泵房。3.基坑开挖及支护施工3.1 基坑围护设计方案本工程位于淤泥、淤泥质软土地基地段，采用500mm间距1.5m的水泥搅拌桩以矩形布置的方式进行处理，以提高地基承载能力。基坑两侧打1排700mm的钻孔支护桩，支护桩空隙间打1排500mm间距35cm水泥搅拌桩止水1，用钢筋混凝土冠梁将灌注桩连接成整体，以确保基坑两侧的稳定与安全。3.2 基坑开挖方法基坑开挖的总体原则：在基坑开挖过程中应掌握好“分层、分步、对称、平衡、限时”五个要求，遵循“竖向分层、纵向分段、快速封底”的原则，并做好基坑排水。即“沿纵向按限定长度的开挖段逐段开挖，在每个开挖段中分层，分小段开挖，做好基坑排水，减少基坑暴露时间。”在基坑开挖施工中，通过选择并确定安全合理的基坑边坡坡度，使基坑开挖后的土体，依靠自身的强度，在新的平衡状态下取得稳定的边坡并维护整个基坑的稳定状况，同时还可以不使用横向支撑，以减少工程造价。根据工程条件，原有道路为双向八车道快速路，道路宽度较宽，有足够的空间用于放坡。因此，开挖深度3m范围内，采用放坡开挖后进行土钉墙支护，坡度为1：1.25，开挖宽度为43m；3m以下为支护后开挖，开挖宽度为36m。为保证开挖与主体结构施工流水作业，基坑采用纵向分段、竖向分层、横向分块，先对称放坡开挖两侧，后开挖中间预留部位土体，最后开挖至基底，采用台阶式整体推进开挖。根据基坑开挖深度和设计要求，以泵房为界，将基坑分为南区A-I节段和北区J-O节段，自中间向两端倒退开挖，组织双边施工，充分利用现有道路较好的交通条件运送开挖土体。其开挖顺序为：首先施工南区已经完成基坑围护结构及基底处理的A-I节，施工方向为自I节向A节倒退开挖。当北区围护结构及基底处理完成后，再施工J节-O节，施工方向为自J节向O节开挖。（如图1所示）图1 隧道基坑平面布置图竖向按设计自上而下分层开挖，分为两个阶段进行。第一阶段为放坡开挖，开挖高度为3m，采用4台PC200挖掘机进行施工。第二阶段为支护桩支护段开挖，开挖高度为2m4.8m，采用6台PC200挖掘机进行施工。为保证基坑开挖的安全，第二阶段土方采用分层开挖，每层开挖深度不大于2m。开挖纵向放坡，坡度为1：1.5，分层开挖的土方之间应留一定长度的平台。基底以上30cm采用人工开挖，逐步清除基底处理水泥搅拌桩周边土方，避免挖机碰触水泥搅拌桩。为防止挖机破坏边墙支护桩，对边墙留2030cm辅以人工清土。3.3 基坑开挖施工基坑开挖工艺流程：降水开挖表层对称放坡开挖冠梁施工分层向下开挖（每层监测）挖至基底（底部30cm人工开挖）底板施工。为保证基坑开挖的安全，上部土方开挖分两步进行，下部土方开挖分两层开挖至基坑底部。开挖步骤如下：（如图2所示） 图2 基坑开挖步骤图（1）第一步：预留基坑中间部位土方不进行开挖，先进行基坑两侧对称放坡开挖，放坡开挖底宽度为8.5m，高度3.0m，纵向分段开挖长度20m。放坡开挖采用挖机刷坡一次成形，根据土质情况，预留20cm左右采用人工刷坡，每段完成后立即进行土钉墙边坡防护，边坡防护与开挖进行交叉作业。（2）第二步：基坑中间预留部位土方，采用挖机直接开挖，开挖高度3m。中间段土方开挖时，与下层土方保持不小于1：1的坡度。（3）第三步：开挖基坑剩余2m4.8m土体，分两次开挖，一次开挖2m，二次开挖至基底以上30cm，第三步土方开挖与中间预留土方平行作业，两层土方开挖间平台长度不小于8m，采用PC200挖机开挖至基底。基坑开挖完成后，立即进行搅拌桩验收工作，验收完毕后，及时进行C15砼铺底及基坑底板施工，避免基坑底长期暴露在外。本隧道泵房处开挖深度达12m，宽度8m，长度12m。该处土方开挖与H节土方开挖同时进行，开挖前对无支护侧先采取加固措施，增加两排水泥搅拌桩。当开挖至H节底板1m处，采用1台小挖机进入泵房内进行开挖，开挖方向为泵房处向H节中线方向进行。开挖时在泵房边角处及H节泵房对面设集水坑，采用大功率抽水机抽水，尽量避免基坑内部水流入泵房。3.4 基坑边坡支护为减少基坑暴露时间，基坑边坡开挖完成后，应立即组织人员清理坡面松散土体，整平坡面，及时进行坡面支护。3.4.1 锚杆施工放坡开挖坡面采用22钢筋，L=4m和18钢筋，L=2m，长、短交错布设，间距2m3m，矩形布置。利用YT28钻机钻孔，安装锚杆，并灌注M30的水泥净浆，注浆方式为底部注浆。3.4.2 挂钢筋网在设置锚杆加固的边坡位置及坡顶1m范围内挂设钢筋网，钢筋网布置6.5100100。钢筋网应与锚杆或其他固定装置连接牢固，安装时尽量贴近坡面。3.4.3 喷射注浆为增强土层的抗剪能力，应在土层表面喷射混凝土，砼层厚度为60mm，混凝土强度为C20。采用喷砼机作业，砼由拌合站集中拌料，砼运输车运到工作面。喷射作业分段、分片、由下而上顺序进行，一次喷至设计厚度。4. 基坑降水在放坡开挖基坑时，除了沿基坑四周地面筑堤挖沟截水、组织疏水以防止地表水流入基坑冲刷边坡造成塌方和基坑浸水外，当基坑底面低于地下水位时，地下水将会不断地渗入坑内，要做好基坑降水设计。根据工程地质情况和平面形状，采用轻型井点降水法2降低地下水位。井直径为600mm，井深6m，井距纵向30m，单排布置，泵房处加设一口降水井，井深为11m。降水深度需在设计基坑底面以下1m。降水在开挖前1520天开始，使土体开挖时在一定程度上已经排水固结。降水井施工过程中，一边成井，一边洗井，并同时下泵临时抽水。联动抽水1520天后，降低后水位仍高于基底，需采取坑内降水，明排处理，在坑内做集水井集中抽排。集水井沿坑底四周设置，间距30m，直径600mm，井底低于坑底1m，下无砂井管和滤料、排水泵，采用碎石压底进行强排。5. 施工监测为保证基坑开挖的安全，施工监测在施工中起着极其重要的作用。根据监测结果，及时指导施工，以确保建筑物及作业人员的安全。监测内容主要包括地表沉降、地下管线沉降变形、围护桩沉降、围护桩水平位移、地面建筑物下沉和倾斜、土压力和地下水位。5.1 地表沉降监测监测点布设于基坑壁外侧防撞墙上，测点间距20m。施工初期每天观测12次，后期每隔7天观测一次，监测工具可用水准仪。5.2 地下管线沉降变形监测根据管线埋设的具体情况，在关键部位布设监测点。施工初期每天观测12次，后期每隔7天观测一次。5.3 围护桩沉降监测在基坑围护结构上布设监测点，间距为5m，采用经纬仪进行直线测法。5.4 围护桩水平位移监测在选定的桩体内，埋设水平位移测孔，采用PVC测斜管及SINCO自动测斜仪进行监测。5.5 地面建筑物下沉及倾斜监测在基坑外50m范围内的房屋承重构件或基础角点、中部及其它构筑物特征部位布设观测点，测点间距20m。5.6 土压力监测沿支护桩外侧壁每隔3m高度埋设一压力盒，以监测支护桩所受的水平土压力沿高度的分布变化规律。5.7 地下水位监测在基坑两侧的监测主断面上各布置2个测孔，距围护结构约1.5m。采用水位观测仪及水位观测管等进行观测，每隔12天观测一次。6. 结语对于场地比较空旷、开挖深度8m以内的基坑工程来说，可以考虑用放坡开挖来进行施工，无需使用横向支撑，大大缩减了工程的总造价。实践表明，这种施工方法技术可行、安全可靠、经济合理。在施工过程中应注意以下技术要点：（1）基坑施工过程中，基坑两侧坡顶不得堆土、堆料。（2）基坑开挖分层分段均匀对称进行，遵循“分层、分步、对称、平衡、限时”和“竖向分层、纵向分段”的施工原则。 （3）土方开挖过程中及时封堵墙体上的渗漏点，并确保排水系统正常运转。（4）基坑开挖过程中严禁超挖，基坑纵向放坡不大于安全坡度，对暴露时间长或可能受暴雨冲刷的纵坡采用挂网喷浆等坡面保护措施，严防纵向滑坡。（5）基坑开挖后及时设置坑内排水沟和集水井。（6）机械开挖的同时辅以人工配合，特别是基底以上30cm的土层采用人工开挖，以减少超挖、保持坑底土体的原状结构。（7）加强基坑稳定的观察和监控，以便发现施工安全隐患，并及时采取补救措施。参考文献1 夏明耀，曾进伦.地下工程设计施工手册M.北京：中国建筑工业出版社，19992 杨南方.建筑工程施工技术措施.北京：中国建筑工业出版社，2006