广东省源天工程有限公司 广东 梅州 514000
摘 要:文章以某扩建船闸工程为例,针对工程的软基深基坑土方开挖的施工难点,提出解决该问题的开挖方案,指出了软土地基条件下深基坑开挖的主要施工技术措施和要求,在计算分析的基础上评价了工程的安全性,实践证明，该开挖技术减少了基坑开挖边坡防护支撑的复杂工序,同时确保了施工安全和节约成本，可供类似工程参考。
关键词:船闸扩建；深基坑；软弱类土；开挖方案；施工技术
随着内河航运事业的迅速发展,对经济实用的水运交通要求越来越高,对船闸工程的改扩建,产生了大量深基坑工程,其规模和深度不断增加。但我国南方地质以软弱类土为主，地下水文条件复杂，土质呈流塑、软塑状态，承载力及稳定性较差。因此，在此类深基坑施工中,船闸基坑开挖作为整个船闸主体工程的基础工作,如何在考虑工期、整体效益等其他因素的基础上,选择合理开挖技术方案,确保基坑开挖成型质量，保障基坑安全，避免对周边建筑的安全构成威胁成为重中之重。
1 工程概况
本项目由扩建船闸和公路桥两部分组成，船闸为Ⅲ级船闸，闸室有效尺寸为200m×23m×4.5m(长×宽×门槛水深)，上下闸首长均为29.4m。船闸主体基坑开挖总工程量为40.581万方。扩建船闸基坑设计呈工字形，两头为上、下闸首，中间是闸室。闸室基坑设计底高程-4.03m，长194m，宽33.4m，左侧(靠节制闸一侧)坡顶高程10.5m左右，坡高约14.5m；右侧坡顶高程5.5～6.5m；下游大堤顶高程为15.5m，坡高达20m。
2 场地水文地质情况
扩建船闸闸址区地貌单元为河流地貌，区内鱼塘、沟渠、圩堤星罗密布。地面高程6.5～8.0m，向江边微有倾斜，坡降甚小。工程区内地表广泛分布第四系冲积～湖积堆积(al-lQ42)、冲积堆积(alQ41)及人工堆积(rQ)，局部出露三迭系(T)、白垩系～第三系(K～R)基岩，闸址区基岩顶面埋深在高程-60m左右。工程区内松散冲积～湖积堆积与冲积堆积多具二元结构，根据土层结构及赋水特征，可将其划分为两大含水层，主要特征如下表所示。
1.孔隙潜水含水层:第四系全新统上段土层中的(淤泥质)粉质壤土、粉细砂与砂壤土等，具一定的含水、透水性能，属弱～中等透水含水层。
2.孔隙承压水含水层:由第四系全新统下段粉细砂、中细砂、砂砾石及砾卵石组成，具中等～强透水性，含水较丰富，是区内主要含水层，其承压水头随江河水位变化而异。
船闸基坑边坡是为修建船闸而开挖的临时边坡，边坡主要以软弱的中、重粉质壤土(填塘土)和淤泥质中～重粉质壤土组成，为软土斜坡(坡比1:3)。基坑及边坡地层主要为第四纪人工堆积物(rQ)、冲积～湖积堆积物(al-lQ42)，各土层的主要力学指标如下表1。
表1 基坑及边坡土体物理力学性质及渗透性指标表
层序 土层名称 含水率 天然重度 干重度 孔隙比 压缩系数 压缩模量 饱和固结快剪 渗透系数 凝聚力 内摩擦角 ω% γ γd e av0.1～0.2 Es0.1～0.2 c φ k kN/m3 MPa-1 MPa kPa ° cm/s ①1 堤身填土 33.0 18.6 14.0 0.94 0.48 4.2 15.0 16.0 5×10-5 ①2 填塘土 34.4 18.9 14.0 0.94 0.39 4.8 15.0 15.0 3×10-5 ②1 淤泥 40.0 17.7 12.6 1.15 0.85 2.5 9.0 7.5 8×10-6 ②2 淤泥质 39.2 18.1 13.1 1.09 0.72 3.2 12.0 10.0 3×10-5 中粉质壤土 ③ 中粉质壤土与粉细 40.0 17.8 12.6 1.15 0.63 3.3 13.0 14.5 5×10-5 砂互层
由表中分析可得出土体含水率高、压缩性高、强度低、承载能力差。主要存在沉降变形、岸坡抗冲刷稳定、渗透稳定及边坡稳定等工程地质问题。
3 开挖条件分析
基坑开挖深度大于10m，软土深度大于30m，在开挖施工过程中软土易蠕变，导致边坡土压力增大，易造成以下三种不利因素:
(1)闸基沉降变形问题
施工过程中软土地基在上部荷载作用下，易发生建筑物地基沉降变形，以及不均匀沉降等诸多问题，从而影响建筑物的正常使用。
(2)基坑开挖边坡稳定问题
船闸主体段开挖基坑为临时边坡，高度达15m左右，由于软弱地基，天然状态下软土强度较低，由其构成的人工边坡自稳能力差，容易形成基坑边坡滑移失稳，从而影响施工进度与安全。
(3)对周边建筑物的影响
本项目主要存在地基土体强度低、灵敏度高、基坑开挖深度较深等难点，开挖土体的过程中易造成周边建筑物基础受力不平衡，从而对建筑物安全构成隐患。
4 基坑开挖方案
由于船闸基坑土质差，基坑左侧及上、下游被河水包围，基坑左侧河流及节制闸，场地有限，因此在基坑开挖时需考虑多方面因素的影响，尽量将其不利影响降至最低。通过已开挖的基坑情况和对边坡的处理情况，综合考虑，对上闸首和部分闸室基坑开挖提出以下措施:
(1)在左侧桥梁第四联后部进行减载，将现地面高程(约10～11.0m)降至8.0m。
(2) 在场地条件满足纵向围堰的布置情况下，尽量放缓开挖边坡。上闸首及闸室左侧边坡采用1:4，在0.0m和4.0m高程处设宽2.0m的平台，右侧边坡采用1:5，在0.0m和5.0m高程处设宽2.0m的平台；上闸首上游侧边坡采用1:5，在3.0m高程处设宽10.0m的平台。
(3)为减小第②2层土的蠕变性，对位于桥位处的边坡土质进行改性处理，提高其抗剪强度，减小其蠕变性能。具体为在桥梁两侧打高压旋喷桩，桩底高程桥两左侧-6.0m，右侧-10.0m，采用三排梅花型布置形布置，桩距1.5m，排距2.0m。
(4)边坡排水与防护。在基坑开挖成形后，即对坡面进行防护，防止雨水的入侵，同时在坡顶和坡面布置纵横排水沟，及时排除雨水和积水。严禁在坡顶堆放弃土、钢筋及模板等附加荷载和施工机械在坡顶行驶。
(5)基坑观测。在基坑成形后，在其周边布置位移观测网，及时对边坡状况进行观测，随时掌握边坡的稳定情况，及时发现情况，以便采取处理措施。
(6)基坑开挖对现有设施的影响。在左侧有水文站的测流断面，在基坑开挖时，会对其断面拉线产生影响，需进行处理。场地内施工单位布置的钢筋场地和砼拌合站也部分受到开挖影响，需进行处理或搬迁。
5 基坑边坡稳定分析
根据基坑开挖的边坡情况，采用补充地质报告提供的土体力学指标，对边坡稳定进行分析计算。计算时，裕溪河水位分别取8.0m和9.5m两种进行。计算结果如下:
表2 上闸首及部分闸室边坡稳定计算成果表
位置 边坡特性 水位8.0m 水位9.5m 土体指标(不降低) 土体指标(降低10%) 土体指标(不降低) 土体指标(降低10%) C Φ K C Φ K C Φ K C Φ K 左侧 1:4 12 10 1.14 10.8 9 1.12 12 10 1.09 10.8 9 1.07 上游侧 1:5 9.4 7.6 1.54 9.4 7.6 1.51
计算结果，边坡稳定安全系数为1.07～1.54，由于基坑边坡为临时边坡，其稳定安全系数满足要求。
6 基坑开挖施工
6.1 土方开挖
一期土方开挖时应保证土方分层逐级开挖(土方开挖具体组织实施见附图)，在基坑中间修筑一条便道，便道标高比原地表平均标高低4m左右，首先挖运便道两侧土方，然后利用厚钢板支垫挖机，将远离便道的土方翻挖至便道边，再装车运出场地，最后将便道挖除。开挖时保证每1m一层，分层逐级开挖。
为保证基底原状土不受雨水浸泡，在土方开挖至保护层标高时，应立即挖出基坑底四周排水沟，以保证基坑能够及时排除地表水。开挖示意图为:.png)
图1 开挖示意图
6.2 保护层土方的挖除
为防止机械开挖挠动结构物的地基原状土，人工事先凿除粉喷桩和钻孔桩桩头，然后人工挖除50cm厚的保护层土。预留保护层土方开挖前应加深排水沟和集水坑，确保闸塘内不受积水的浸泡。
保护层土方在闸首、闸室底板施工前挖除，为保证结构物基底下土层质量，保护层土方开挖至设计标高后，检测该区域的土壤特性，若为不良土层，及时上报监理工程师请示处理措施，同时维护基底不受浸泡。
土方一旦开挖，需要加大人力物力的投入，在最短时间内完成，并及时进行砂垫层铺设和砼封底，以防地基土扰动，封底成型后及时进行底板的施工。
6.3 基坑坡面防护
基坑开挖成型后及时做好坡面防护，坡面逐段成型逐段护坡施工，以防止雨水冲刷导致坡面失稳。坡面防护采用水泥砂浆抹面，砂浆要求全部覆盖基坑坡面、每节平台以及排水沟和截水沟等，砂浆的平均厚度为3cm，砂浆护面完成后严禁任何设备和人员踩踏破坏。
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图2 分层逐级开挖护坡示意图
6.4 基坑降排水施工方案
由于土质属于微透水层，无法做到有效的降排水，而且从前期的基坑的降排水施工中可以看出基坑降排水主要以基坑明排为主。
在基坑开挖施工过程中，首先在坡顶四周挖除截水沟，基坑开挖完成后在闸塘底板两侧利用粉喷桩支挡设置排水沟。在闸室和闸首交界处设置横向排水沟，将基坑四周排水沟内水汇流至闸塘最低处的集水坑，集水坑内水再统一抽排出上游围堰外。集水坑布置在闸室和闸首交界处，并用钢板桩支护保证边坡稳定。基坑底板四周排水沟结构图(单位:m):基坑底板四周排水沟充分利用沟两侧粉喷桩，做成如图所示的截面形式，并在坡脚位置安放竹篱笆和瓜子片作为滤层。
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图3 基坑排水沟以及集水坑布置图
7 基坑开挖期间边坡及周边构筑物监测与监控
施工期安全监测对基坑边坡稳定以及周围建筑物的沉降位移等进行了全面观测及时为基坑开挖提供数据信息。在开挖过程中对基坑监控的主要内容主要有:开挖过程中对公路桥的影响，基坑开挖的标高及基底土质的情况，闸塘边坡的渗水、滑坡及坡顶土体位移、裂缝等。监测过程中布设了沉降位移观测桩，初定正常观测频率:从原地面开挖至▽0.0m平台期间为每天观测一次，从▽0.0m平台开挖至基坑底期间和船闸底板施工期间，为每天观测两次。观测统计后若有异常或有异常趋势时需加密观测频率，并立即停止开挖施工，及时上报有关部门。
8 结束语
总之，软基深基坑开挖工程中，开挖技术的优劣直接影响工程施工的质量、效率和施工安全，合理的施工技术方案有利于边坡稳定和施工 ,对加快工程进度和保护周围环境能发展重要作用，是快速和高质量施工的关键。本研究以某船闸大型基坑开挖为例,根据场地周边环境及条件,结合场地地质条件，在总结、分析前人研究成果的基础上，探讨了软土地基深基坑开挖的具体技术手段，为地下工程建设提供参考依据。随着时代的进步和科技力量的发展，土方开挖施工技术将会逐渐减少人工施工，从而向全面技术化、机械化发展。
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论文作者:谢剑扬
论文发表刊物:《基层建设》2016年19期
论文发表时间:2017/3/9
标签：基坑论文; 船闸论文; 土方论文; 高程论文; 排水沟论文; 稳定论文; 壤土论文; 《基层建设》2016年19期论文;