深基坑技術(shù)總結(jié)工法

1、1. 工程概況1.1. 工程簡(jiǎn)況納潮河特大橋起訖里程為DK3+031.6DK4+862.1，孔跨布置為18-32m+（13+20+13）m+11-32m+45m預(yù)應(yīng)力混凝土梁+128m系桿拱+45m+11-32m+（13+20+13）m+6-32m預(yù)應(yīng)力混凝土梁，全長(zhǎng)1830.5m。納潮河特大橋?yàn)殡p線直線橋，既有遷曹鐵路為右線，預(yù)留左線，線間距為4米。納潮河特大橋深基坑共有12個(gè)，其橋墩承臺(tái)尺寸有8×13.1×3.8m、9.3×12.5×4.15m兩種形式，承臺(tái)基坑開(kāi)挖深度11.312.4m不等。承臺(tái)基坑開(kāi)挖位于既有線曹鐵路預(yù)留線路基之上，東側(cè)為防浪墻及

2、6米寬特大橋施工便道，西側(cè)為鐵路施工過(guò)渡便線，承臺(tái)東西兩側(cè)邊緣距離鐵路施工過(guò)渡便線及防浪墻距離較近，承臺(tái)東側(cè)邊緣距防浪墻最大距離8米，最小距離4.5米，承臺(tái)西側(cè)邊緣距施工過(guò)渡便線最大距離9.7米，最小距離6.2米，納潮河特大橋橋右線距西側(cè)鐵路施工過(guò)渡便線近，兩線中心距只為12.9m；因此承臺(tái)基坑不能采用放坡開(kāi)挖的方式進(jìn)行施工，必須采用垂直開(kāi)挖法施工，除128m系桿拱兩橋墩承臺(tái)基坑便線側(cè)采用24米D梁對(duì)鐵路過(guò)渡便線進(jìn)行防護(hù)外，其余基坑開(kāi)挖時(shí)均采用插打拉森鋼板樁的支護(hù)方式。開(kāi)挖支護(hù)的穩(wěn)定對(duì)鐵路施工過(guò)渡便線列車(chē)行駛及特大橋施工便道的設(shè)備進(jìn)出場(chǎng)、土方、材料運(yùn)輸、混凝土施工均有較大影響。1.2. 自然條

3、件1.2.1. 地質(zhì)情況本區(qū)地層以海相、海陸交互相沉積層為主，巖性主要有黏土、粉質(zhì)黏土、粉土、粉砂、細(xì)砂組成，按地層的沉積年代，成因類(lèi)型、沉積韻律及工程特性等劃分工程地質(zhì)層組，其代號(hào)按時(shí)代從新到老，地層從上到下順序排列共分7各大層。納潮河特大橋承臺(tái)基坑開(kāi)挖土層分布如下表所示：場(chǎng)地巖土工程地質(zhì)特征表土層號(hào)土質(zhì)名稱(chēng)級(jí)別厚度（m）性狀人工填土層1層：角礫土級(jí)硬土1.02.7雜色，含碎石及飄石，已壓實(shí)。0=350 kPa2層：吹填粉細(xì)砂級(jí)松土2.35.8灰色，砂質(zhì)均勻，既有路基段為中密密實(shí)，填海造地段呈松散狀。0=80150kPa粉細(xì)砂夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土1層：淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土級(jí)普通土0.63.2灰色、灰黑

4、色，流塑為主。0=80100kPa2層：粉細(xì)砂級(jí)松土2.512.4灰色，既有鐵路路基段為中密密實(shí)，填海造地段呈松散狀。0=80150kPa黏土、粉質(zhì)黏土層1層：淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土級(jí)普通土1.84.9灰色、黑色，流塑為主，局部軟塑。0=100kPa2層：粘土級(jí)普通土1.55.3灰色、灰黑色，軟塑。0=120kPa3層：粉質(zhì)黏土級(jí)普通土516.9灰色、灰黑色，軟塑硬塑。 0=150kPa4層：粉土級(jí)普通土1.38.4土質(zhì)均勻，飽和、中密。0=120kPa5層：粉細(xì)砂級(jí)松土1.53.2灰色，飽和、中密。0=150kPa1.2.2. 水文地質(zhì)情況地表水為海水，水深23米。地下水為潛水，地下水位埋深3.54

5、m，含水層主要為粉細(xì)砂層。20m以上的含水層補(bǔ)給來(lái)源為海水補(bǔ)給，途徑短，水量豐富；下部粉細(xì)砂由于黏性土的隔水層作用，水量相對(duì)較小。2. 施工工藝及施工方法2.1. 施工方案深基坑承臺(tái)基坑采用垂直開(kāi)挖法施工，土方開(kāi)挖時(shí)，承臺(tái)基坑采用2層矩形支護(hù)結(jié)構(gòu)。深基坑圍梁由三扣型號(hào)為40c工字鋼組成；斜撐和連接撐由雙扣型號(hào)為200H型鋼組成。深基坑承臺(tái)基坑施工地點(diǎn)位于海域，地下水為潛水，且水量較為豐富，所以承臺(tái)基坑開(kāi)挖采用插打18米長(zhǎng)拉森-型止水鋼板樁進(jìn)行支護(hù)，使止水鋼板樁沿承臺(tái)四周形成封閉的支護(hù)結(jié)構(gòu)。2.2. 施工工藝2.3. 施工方法基坑支護(hù)方案及力學(xué)檢算（1）基坑支護(hù)方案納潮河特大橋深基坑承臺(tái)基坑采用

6、垂直開(kāi)挖法施工。承臺(tái)基坑沿承臺(tái)設(shè)計(jì)平面尺寸各放寬1.5米。采用18米長(zhǎng)的拉森-型止水鋼板樁組成閉合的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)。承臺(tái)基坑采用2層矩形支護(hù)結(jié)構(gòu)。深基坑圍梁由三扣型號(hào)為40c工字鋼組成；斜撐和連接撐由雙扣型號(hào)為200H型鋼組成。為保證既有線行車(chē)安全，防止路基土方坍塌，靠近線路側(cè)（承臺(tái)西側(cè)）鋼板樁樁頂高程提高1米。如下圖所示。深基坑支撐平面示意圖（2）力學(xué)驗(yàn)算已知條件：（以最深的39號(hào)基坑為例）地面高程：3.1m，開(kāi)挖底面高程：-6.93m；開(kāi)挖深度：10m；土的容重加權(quán)平均值：19KN/m3； 內(nèi)摩擦角加權(quán)平均值：22°；均布荷載q：10.0KN/m2；黏聚力c：=24kpa；基坑開(kāi)挖

7、長(zhǎng)a=15.5m 基坑開(kāi)挖寬b=10.4m；外力計(jì)算：作用于板樁上的土壓力強(qiáng)度及壓力分布圖見(jiàn)圖1所示：ka=tg2(45°-/2)=tg2(45-22.0/2)=0.455kp=tg2(45°+/2)=tg2(45+22.0/2)=2.198板樁外側(cè)均布荷載換算填土高度hq，hq=q/r=10.0/19=0.526m鋼板樁長(zhǎng)18米，入土深度設(shè)為8.0米：主動(dòng)土壓力EaEa=【0.526+（9.5+8.5）/2】×（9.5+8.5）×19×0.455=1482.4KN/m2被動(dòng)土壓力EpEp=（19×8.52×2.198）/2

8、=1508.7KN/m2EpEa 滿足要求鋼板樁埋入深度為8米，為安全起見(jiàn)，埋深為1.2×8米=9.6米?；拥椎穆∑痱?yàn)算 在軟土中開(kāi)挖較深的基坑，當(dāng)鋼板樁背后的土柱重量超過(guò)基坑底面以下地基土的承載力時(shí)，地基的平衡狀態(tài)受到破壞，常會(huì)發(fā)生坑壁流動(dòng)，坑頂下陷，坑底隆起的現(xiàn)象。為避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，施工前，須對(duì)地基進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算，驗(yàn)算如下：K=（2×3.14×c）/（q+h）=（2×3.14×24）/（10+19×9.5）=0.79式中K-抗隆起安全系數(shù)；-土的容重加權(quán)平均值 -內(nèi)摩擦角加權(quán)平均值q-均布荷載c-黏聚力=24kpa；基坑底的

9、管涌驗(yàn)算t=【Khw-h】/2=【1.5×(9.5-1)×10-(19-10)×(9.5-1)】/2×(19-10)=2.83<8.5m（鋼板樁入土深度）故不會(huì)發(fā)生管涌現(xiàn)象。式中：t-板樁的入土深度;K-抗管涌安全系數(shù)，取1.5;h-地下水位至坑底的距離，地下水位距地面1米;w-地下水重度，w=10kn/m3 ;-土的浮重度;驗(yàn)算內(nèi)支撐層數(shù)及間距采用型號(hào)為40c的鋼板樁作為內(nèi)支撐，能承受的最大彎距確定板樁頂懸臂端的最大允許跨度h（見(jiàn)圖9 ）：h=3(6W)/Ka=3(6×200×105×1190)/(19×1

10、03×0.455)=254.6cm2.55mh1=1.11×h=2.80mh2=0.88×h=2.24mh3=0.77×h=2.00mh4=0.7×h=1.79mh5=0.65×h=1.65m根據(jù)施工實(shí)際情況確定支撐位置如圖4所示。橫梁計(jì)算橫梁強(qiáng)度校核以最大受力點(diǎn)作為計(jì)算參考：計(jì)算h2處橫梁承受土壓力pn=KaD（h+h1+h2+h3）/2=19×0.455×7.59×9.59/2=314.6KN/MF=pn（h+h1+h2） =314.6×(2.55+2.8+2.24) =2372KN=F/A

11、=2372×103/102×10-4=232MPa<=235MPa故滿足強(qiáng)度要求穩(wěn)定校核40c工字鋼 查得i=15.2cm由于兩端固定，所以u(píng)=0.5=ul/i=0.5×11.5/0.152=37.83<p=132臨界應(yīng)力：cr=(235-0.0068×2)=225.3Fcn=225.3×106×102×10-4=2298 KNFcn> F/Nst =2372/1.1=2156 KN 穩(wěn)定要求滿足。基坑開(kāi)挖（1）開(kāi)挖方案深基坑開(kāi)挖采用機(jī)械開(kāi)挖和高壓射水抽砂法相結(jié)合的方法，土方開(kāi)挖按“先支護(hù)后開(kāi)挖，分層支撐分

12、層開(kāi)挖”的原則進(jìn)行?；娱_(kāi)挖分3個(gè)階段進(jìn)行，第一階段開(kāi)挖第一層砂土，采用挖掘機(jī)進(jìn)行土方開(kāi)挖，挖完安裝第一層圍梁支護(hù)結(jié)構(gòu)；第二階段開(kāi)挖第二層砂土，使用加長(zhǎng)臂挖掘機(jī)進(jìn)行土方開(kāi)挖，挖完安裝第二層圍梁支護(hù)結(jié)構(gòu)；第三階段開(kāi)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高，采用高壓射水沖擊砂土，將其打散，然后通過(guò)大功率高壓泥漿泵將其抽出坑外，直至基坑設(shè)計(jì)標(biāo)高。（2）鋼板樁插打、土方開(kāi)挖、支撐安裝方法插打鋼板樁插打鋼板樁的施工順序?yàn)椋菏┕?zhǔn)備開(kāi)挖平整場(chǎng)地測(cè)量定位插打鋼板樁。打樁前，首先將基坑施工范圍內(nèi)土層開(kāi)挖下降2米，挖除原有路基山皮土層，露出砂層，為插打鋼板樁施工創(chuàng)造工作面，并增加鋼板樁埋入深度，加大了安全系數(shù)。由測(cè)量人員根據(jù)各基坑平面布置

13、圖施放鋼板樁邊線，并撒白灰線，外側(cè)設(shè)控樁。鋼板樁打入方式選擇，板樁打設(shè)方式采用“單獨(dú)打入法”。這種方法是從一角開(kāi)始，逐根大入，直至打樁工程結(jié)束。鋼板樁打設(shè)工藝程序：測(cè)量定位放線樁機(jī)導(dǎo)架安裝機(jī)就位測(cè)建樁機(jī)垂直和水度吊車(chē)板樁就位插樁套上樁帽輕輕加以捶擊樁打設(shè)至標(biāo)高樁機(jī)移位重度施工程序至打樁結(jié)束。土方開(kāi)挖基坑開(kāi)挖順序及支撐安裝步驟如下所示：開(kāi)挖步驟一：開(kāi)挖第一階段施工。開(kāi)挖至第一道圍梁、牛腿位置，安裝第一道圍梁、牛腿。如圖所示。開(kāi)挖步驟二：開(kāi)挖第二階段施工。開(kāi)挖至第二道圍梁牛腿位置，安裝牛腿、圍梁。如圖所示。開(kāi)挖步驟三：開(kāi)挖第三階段施工。高壓射水抽砂至基坑設(shè)計(jì)標(biāo)高。2.3.3基坑開(kāi)挖注意事項(xiàng)插打鋼板

14、樁結(jié)束后用短臂挖掘機(jī)開(kāi)挖基坑，挖至第一層圍梁的位置，此次開(kāi)挖應(yīng)多挖深一米給工人焊接牛腿留出空間，第一次開(kāi)挖結(jié)束后由項(xiàng)目部技術(shù)人員用水準(zhǔn)儀抄點(diǎn)，給出具體牛腿焊接位置，與此同時(shí)挖出的砂土應(yīng)及時(shí)倒運(yùn)，減少基坑周邊荷載并為第二次出土留出場(chǎng)地。待牛腿焊接完成后及時(shí)下圍梁，首先下南北兩側(cè)方向的圍梁，然后將事先下好的東西兩側(cè)的圍梁放到南北圍梁當(dāng)中并焊接牢固，使其具有整體性。然后將兩側(cè)魚(yú)尾梁就位，在焊接斜撐和橫撐之前應(yīng)用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)挖出基坑的四個(gè)拐角的砂土，挖土范圍以大斜撐位置為準(zhǔn)，此次挖土不易挖出太多，以免在支護(hù)不完全的情況下鋼板樁受力發(fā)生變形。待四角土挖出后立即按照基坑支護(hù)圖紙焊接剩余的圍梁。第一層圍梁全部

15、焊接完成后用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)繼續(xù)開(kāi)挖，由于受到第一層圍梁影響第二層基坑內(nèi)砂土無(wú)法完全挖出，所以用挖掘機(jī)和吸漿法配合施工。由于機(jī)械開(kāi)挖的效率比吸漿法要高，所以待機(jī)械挖不到土?xí)r再考慮吸漿法。采用吸漿法前要用挖機(jī)在基坑中間挖出一個(gè)槽以便安放泥漿泵。吸漿設(shè)備安裝工作要快速進(jìn)行，由于工作現(xiàn)場(chǎng)和大海較遠(yuǎn)，所以準(zhǔn)備足夠長(zhǎng)的水管和接頭，將在大海里的潛水泵和現(xiàn)場(chǎng)的離心泵連接起來(lái)，將兩把高壓水槍頭連接至離心泵。吸漿設(shè)備要選用合理的潛水泵和水管否則會(huì)造成供水不足、水壓不夠?qū)е伦鳂I(yè)效率不高。本工程采用每小時(shí)40m3揚(yáng)程25m的大功率潛水泵和80mm的供水管保證有足夠的水壓作業(yè)。待吸漿設(shè)備安裝調(diào)試好后進(jìn)行吸漿作業(yè)，此時(shí)要經(jīng)常

16、清理泥漿泵管防止貝殼碎片和石子堵塞發(fā)生“憋泵”現(xiàn)象。由于基坑內(nèi)有淤泥層，高壓水槍無(wú)法將淤泥層吹散，所以現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)將淤泥層下面的砂層沖散吸走，此時(shí)淤泥層懸空掉落再用機(jī)械配合挖出淤泥，以此方法作業(yè)直至深度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。2.3.4基坑流砂處理在基坑施工過(guò)程中時(shí)常會(huì)發(fā)生流砂現(xiàn)象，主要由于地質(zhì)大部分由粉細(xì)沙構(gòu)成，在強(qiáng)大的水壓力擠壓下，即使鋼板樁只有一公分的縫隙，粉細(xì)沙也會(huì)隨著流水不停的流進(jìn)坑內(nèi)，項(xiàng)目提前考慮到這種現(xiàn)象的發(fā)生，所以基坑開(kāi)挖的范圍適當(dāng)?shù)臄U(kuò)大，加大了承臺(tái)作業(yè)區(qū)和鋼板樁之間的間距，防止流砂流進(jìn)承臺(tái)作業(yè)區(qū)，給施工造成極大的困難。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，優(yōu)化方案。最終決定在流砂區(qū)域采取堵塞的方法來(lái)抑制流砂。在基

17、坑開(kāi)挖過(guò)程中就提前裝填沙袋，編織袋不易裝的過(guò)滿，一般裝滿袋子的三分之二即可，然后將沙袋口系緊。在流砂區(qū)域?qū)⒂锌p隙的鋼板樁相鄰的兩顆樁用廢鋼筋連接起來(lái)，鋼筋焊接間距以沙袋受壓后不會(huì)擠出為準(zhǔn)，一般間距為15-25cm。鋼筋焊接完畢將事先裝好的沙袋填到鋼筋網(wǎng)和鋼板樁之間，由于在流砂過(guò)程中，基坑外側(cè)會(huì)出現(xiàn)局部坍塌的現(xiàn)象，所以將外部坍塌的孔洞全部用沙袋及草簾填滿。同時(shí)在坍塌的孔洞四周用鋼管圈起來(lái)，防止夜間施工人員不慎跌入坑內(nèi)造成人員傷亡。如果鋼板樁的縫隙過(guò)大，可能會(huì)造成坑外孔洞填的沙袋直接流進(jìn)坑內(nèi)，這時(shí)可以將幾個(gè)沙袋連接在一起，增加受力面積堵住縫隙。這種方法既方便快捷，又節(jié)約了成本。為納潮河特大橋工程5

18、6個(gè)基坑圓滿完成奠定了基礎(chǔ)。由于基坑一旦開(kāi)挖會(huì)有很多客觀因素，如雨雪天氣，無(wú)疑給施工帶來(lái)不便。所以基坑一旦開(kāi)挖就要加緊施工，合理安排各施工工序，壓縮工序銜接的時(shí)間。用最短的時(shí)間完成墩臺(tái)工作，直至基坑回填完畢。3. 工程監(jiān)測(cè)3.1. 鋼板樁水平位移監(jiān)測(cè)基坑鋼板樁水平位移觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置在基坑每邊鋼板樁上，每邊設(shè)置1個(gè)測(cè)點(diǎn)。觀測(cè)點(diǎn)直接在鋼板樁頂部刻“+”字標(biāo)志，水平位移觀測(cè)點(diǎn)在布設(shè)初始建立初讀數(shù)，在基坑開(kāi)挖當(dāng)日起實(shí)施監(jiān)測(cè)，每天監(jiān)測(cè)2次，并建立觀測(cè)記錄。3.2. 周?chē)ㄖh(huán)境監(jiān)測(cè)(1)、坑外地表水平位移和地表沉降觀測(cè)在承臺(tái)基坑四周中央距基坑12米處各布置一個(gè)沉降、位移觀測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)點(diǎn)頂部刻“+”字標(biāo)志，并埋設(shè)穿入路基面，測(cè)點(diǎn)須做好保護(hù)，避免外力產(chǎn)生人為沉降?？油馑轿灰坪偷乇沓两涤^測(cè)點(diǎn)在布設(shè)初始建立初讀數(shù)，在基坑開(kāi)挖當(dāng)日起實(shí)施監(jiān)