賈玉霞

（河北省水利工程局集團(tuán)有限公司，石家莊 050000）

1 工程概況

本項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)位于河北省大清河南支流上，建設(shè)主要內(nèi)容為河道治理，其中節(jié)制閘主要建筑物包括上游鋪蓋、閘室段、交通橋段及下游連通渠段等。地面高程約10.0m，根據(jù)施工圖紙開挖至高程-2.1m，基坑開挖最大深度約12.10m，開挖邊坡1∶1，基坑開挖深度超過5m，屬于超過一定規(guī)模的危險(xiǎn)性較大工程。基坑安全設(shè)計(jì)等級(jí)為二級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限為8 個(gè)月。主要工程量：土方開挖38792m3，土方回填13431m3，水泥土換填（10%）6261m3。

1.1.2 氣象條件

本工程區(qū)域?qū)儆跍貛Т箨懶园敫珊导撅L(fēng)氣候， 四季分明，春旱多風(fēng)，夏熱多雨，秋涼氣爽，冬寒少雪。 降水量年際變化大，年內(nèi)分配不均，主要集中在6—9月，占年降水量的80%，平均年降水量為522.9mm。

1.1.3 水文條件

河道常年無水，河道干涸，局部河段見水坑。工程區(qū)地下水埋藏較深，埋深為21.0m，水位高程為-10m以下。地下水為第四系孔隙潛水，主要賦存于砂土和黏性土孔隙中。 節(jié)制閘最大開挖深度至高程-2.1m，因此不需要采取降水措施。

1.1.4 地質(zhì)條件

節(jié)制閘開挖深度范圍內(nèi)的土層主要為第四系全新統(tǒng)沖洪積層（Q4alp）及第四系全新統(tǒng)沖湖積層（Q4all）。其主要土質(zhì)類型有重、中、輕粉質(zhì)壤土，粉質(zhì)黏土，中粗砂，粉砂層。

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告， 本工程地質(zhì)土層自上而下分為15層：第一層，灰黃色、黃褐色，稍濕，可塑狀的重粉質(zhì)壤土，具中等壓縮性，以微極～微透水性為主。分布穩(wěn)定連續(xù)，厚度為0.5～1.3m。第二層：灰黃色，稍濕，可塑狀的中粉質(zhì)壤土，微透水性。分布穩(wěn)定連續(xù)，厚度為1.0～1.3m。 第三層，黃褐色～灰褐色，稍濕～濕，可塑狀粉質(zhì)黏土。 具中等壓縮性，微透水性。分布穩(wěn)定連續(xù)，厚度為0.7～0.8m。 第四層，黃褐色，濕，可塑狀重粉質(zhì)壤土，具中等壓縮性，微透水，分布連續(xù)，厚度為3.7～3.8m，局部夾中粉質(zhì)壤土夾層，第四系全新統(tǒng)沖湖積層（Q4all）。 第五層，灰褐色，濕，可塑狀粉質(zhì)黏土， 局部見白色貝殼碎屑。 具中等壓縮性，微透水性。分布穩(wěn)定連續(xù)，厚度為0.7～1.0m。第六層，黃褐色，濕，可塑狀中粉質(zhì)壤土。 具中等壓縮性，微透水性。分布穩(wěn)定連續(xù)，厚度為2.0～2.2m。第七層，黃褐色，濕，可塑狀，重粉質(zhì)壤土。 中等壓縮性，以極微～微透水性為主。分布穩(wěn)定連續(xù)，厚度為1.0～1.7m。第八層，淺黃色，濕，可塑狀輕粉質(zhì)壤土，具中等壓縮性，以弱～微透水性為主。分布穩(wěn)定連續(xù)，厚度為1.0～1.3m。 第九層，黃褐色，濕，可塑狀重粉質(zhì)壤土。 具中等壓縮性，以微透水性為主。 分布穩(wěn)定連續(xù)，厚度為0.8～1.2m。 第十層，黃褐色，濕，可塑狀中粉質(zhì)壤土。具中等壓縮性，以微透水性為主。 分布穩(wěn)定連續(xù)，厚度為1.5～2.0m。第十一層，淺黃色，濕，可塑狀輕粉質(zhì)壤土。 具中等壓縮性，以微透水性為主。 分布穩(wěn)定連續(xù)，厚度為0.5～1.0m。 第十二層，黃褐色，濕，可塑狀重粉質(zhì)壤土。 具中等壓縮性，以極微透水性為主。 分布穩(wěn)定連續(xù)，厚度為1.3～1.5m。 第十三層，黃褐色，濕，可塑狀中粉質(zhì)壤土。 具中等壓縮性，以微透水性為主，分布穩(wěn)定連續(xù)，厚度為1.8～3.0m。 第十四層，淺黃色，濕～飽和，密實(shí)，質(zhì)均粉砂。以微透水性為主。分布穩(wěn)定連續(xù)，厚度為1.3～2.0m。 第十五層，灰黃色，飽和，密實(shí)，質(zhì)均中粗砂。 以弱透水性為主。 分布連續(xù)，局部夾中壤土及粉砂夾層， 厚度1.5～2.5m。 地下水情況以微透水性為主。

2 技術(shù)參數(shù)計(jì)算及驗(yàn)算

2.1 開挖邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算

為了驗(yàn)算基坑開挖邊坡的穩(wěn)定性， 在開挖邊坡坡比固定的情況下， 首先選取連續(xù)邊坡最高的斷面進(jìn)行驗(yàn)算。在未進(jìn)行任何支護(hù)措施時(shí)，兩輛重車并排通過坡頂施工道路，若在此工況下，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)滿足要求， 則說明基坑開挖邊坡穩(wěn)定性能夠滿足安全要求，如圖1。

圖1 最危險(xiǎn)開挖斷面及工況

2.2 計(jì)算參數(shù)選取

經(jīng)過查閱相關(guān)地質(zhì)勘察資料， 在基坑開挖范圍內(nèi)的土層主要為第四系全新統(tǒng)沖洪積層（Q4alp）及第四系全新統(tǒng)沖湖積層（Q4all）。 其主要土質(zhì)類型有重、中、輕粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)黏土。

為了簡(jiǎn)化計(jì)算， 將粉土和粉質(zhì)黏土按土層厚度進(jìn)行加權(quán)平均，計(jì)算參數(shù)如表1。

表1 挖方邊坡最大允許高度計(jì)算參數(shù)

2.3 挖方安全邊坡計(jì)算

邊坡安全穩(wěn)定性計(jì)算如圖2，θ=45＞φ=21.1°，為陡坡。

圖2 邊坡安全穩(wěn)定性計(jì)算示意圖

當(dāng)土體處于極限平衡狀態(tài)時(shí)， 挖方邊坡的允許最大高度可按式（1）計(jì)算：

式中 γ為土的重度（kN/m3）；θ為邊坡的坡度角（°）；φ為內(nèi)摩擦角（ °）；c為土黏聚力（kN/m2）；土坡允許最大高度為41.914m。

2.4 汽車荷載當(dāng)量換算

將車輛荷載換算成土柱高（當(dāng)量高度），車輛按最不利情況排列，即兩輛車并排通過環(huán)基坑道路。換算公式如式（2）：

式中 h0為當(dāng)量土柱高度；N為橫向分布的車輛數(shù)，雙車道取2；Q為每一輛車的重量， 標(biāo)準(zhǔn)車輛荷載為550kN；B為橫向分布車輛輪胎最外緣之間總距，取5.5m；L為汽車前后軸的總距，按JTG B01—2003《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)車輛取12.8m；γ為路基土的容重，取18.3kN/m3。

則h0=2×550/（5.5×12.8×18.3）=0.85m

2.5 驗(yàn)算結(jié)論

閘室段開挖深度為12.1m，汽車荷載換算土柱高0.85m， 經(jīng)驗(yàn)算土坡允許最大高度為41.914m， 大于12.95m，滿足要求。

3 施工程序方法

3.1 基坑周邊擋水埝技術(shù)參數(shù)

為防止基坑周邊區(qū)域的雨水流入基坑， 擬環(huán)基坑開口線外側(cè)0.5m處設(shè)一道頂寬不小于70cm， 高不小于50cm的擋水埝，坡度比1∶1，四周環(huán)形布設(shè)，保證外部水不流入基坑，擋水埝橫斷面如圖3。

圖3 擋水埝橫斷面

3.2 基坑底部排水技術(shù)參數(shù)

根據(jù)水文資料，施工區(qū)內(nèi)地下水位較低，地下水位高程為-10.8m，節(jié)制閘最大開挖深度至高程-2.1m，因此不需要采取降水措施。基坑開挖時(shí)段處于雨季，基坑采用明溝加集水井排水的方法， 對(duì)基坑底部臨時(shí)積水進(jìn)行抽排，保證干場(chǎng)作業(yè)。

明溝寬度0.5m， 深度0.5m， 集水井設(shè)在邊角部位， 集水井約1m×1m×1m。 集水井內(nèi)放置污水泵，將雨水抽排至基坑外集水坑內(nèi)。

3.3 土方開挖技術(shù)參數(shù)

基坑開挖施工區(qū)地面高程10.0m 左右， 最深開挖高程為-2.1m，則基坑最大開挖深度為12.1m。 基坑開挖邊坡坡比為1∶1， 于高程5.9m處設(shè)一級(jí)馬道，馬道寬度為2.0m。

基坑開挖施工時(shí)，先進(jìn)行表土清理，清理范圍超出基坑開口線3m，清理厚30cm。 土方開挖總體遵循分層開挖、嚴(yán)禁超挖的原則，分層厚度不大于3m。

為保證邊坡穩(wěn)定，在每層開挖過程中，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行開挖。 同時(shí)，要加強(qiáng)對(duì)邊坡的安全監(jiān)測(cè)，若發(fā)現(xiàn)邊坡變形達(dá)到報(bào)警值，應(yīng)及時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案。

3.4 土方開挖

3.4.1 施工程序

土方工程工序關(guān)系如圖4。

圖4 基坑開挖流程關(guān)系

3.4.2 基坑土方開挖施工

根據(jù)施工圖紙進(jìn)行施工放樣， 并將開挖邊線放樣上報(bào)， 經(jīng)批準(zhǔn)后進(jìn)行表土清理開挖， 清理厚度30cm，清表后的地面保持平整。 清理表土集中堆放，采用推土機(jī)清理， 裝載機(jī)裝自卸汽車將表土轉(zhuǎn)運(yùn)至臨時(shí)貯存料場(chǎng)，作為后期綠化回填用土。

開挖自上而下分層分段依次進(jìn)行， 分層厚度不大于3m。采用挖掘機(jī)開挖裝自卸汽車運(yùn)輸，機(jī)械開挖至基底高程以上預(yù)留不小于30cm厚保護(hù)層， 由人工配合機(jī)械挖除保護(hù)層，不擾動(dòng)基面原狀土。

節(jié)制閘處原狀地面高程約10.0m， 基坑最深處高程為-2.1m，開挖深度12.1m。 基坑開挖分三步進(jìn)行，第一步開挖至▽5.9m，開挖坡比1∶1，開挖完成后設(shè)一級(jí)馬道，寬度2m，進(jìn)行基坑底部第二、三步開挖；第二、三步進(jìn)行橋閘段基坑開挖，橋閘段基坑開挖至▽-2.1m，開挖坡比1∶1。

為保證車輛運(yùn)輸中不對(duì)上游鋪蓋基面 （高程4.8m）造成剪切破壞，除橋閘基坑外，其他部位暫開挖至▽5.9m，設(shè)置寬度不小于5m臨時(shí)運(yùn)輸?shù)缆?，待該部位施工時(shí)另行挖除。

基坑開挖完成后立即進(jìn)行水泥土換填施工，水泥土換填施工完成后進(jìn)行排水明溝和集水井的布設(shè)施工。

開挖過程中，嚴(yán)格控制開挖高程，專人在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行控制，特別是建筑物基底的開挖，為防止超挖和保持基坑邊坡坡度正確，不擾動(dòng)基面原狀土，機(jī)械開挖至接近設(shè)計(jì)高程時(shí)， 在基底高程以上預(yù)留不小于30cm厚保護(hù)層，由人工配合機(jī)械挖除保護(hù)層?；禹敳窟吘?，禁止堆載，禁止過重車。

基礎(chǔ)開挖完成組織相關(guān)人員進(jìn)行聯(lián)合驗(yàn)收，經(jīng)驗(yàn)收合格后進(jìn)行下一步工作。

3.4.3 基坑土方開挖平面圖和斷面圖

基坑土方開挖平面圖如圖5。

圖5 基坑土方開挖平面圖

基坑土方開挖斷面如圖6。

圖6 基坑土方開挖斷面圖

3.4.4 土方運(yùn)輸

開挖區(qū)土方通過場(chǎng)內(nèi)道路運(yùn)輸至堤防回填面用于防洪堤或生態(tài)堤土方回填， 引渠土方開挖用于節(jié)制閘土方回填。施工坡道與場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸?shù)缆愤B接，將開挖土方運(yùn)至回填區(qū)，場(chǎng)區(qū)內(nèi)不設(shè)堆土場(chǎng)。

4 安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控

在基坑開挖及坑內(nèi)結(jié)構(gòu)物施工中， 對(duì)基坑的開挖邊坡進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過監(jiān)測(cè)，可時(shí)刻掌握基坑邊坡穩(wěn)定動(dòng)態(tài)，可有效判定基坑的穩(wěn)定性，為安全施工提供保障。

4.1 觀測(cè)方法

基坑周邊地面的位移觀測(cè)采用全站儀極坐標(biāo)法直接測(cè)量觀測(cè)點(diǎn)位移量， 沉降觀測(cè)采用往返閉合觀測(cè)法，測(cè)量人員做好記錄。

4.2 裂縫監(jiān)測(cè)

在基坑開挖及坑內(nèi)施工過程中， 觀察基坑邊坡開裂情況，并對(duì)變化較快的裂縫進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)的內(nèi)容包括裂縫的位置、走向、長(zhǎng)度、寬度、深度及變化程度。 當(dāng)裂縫寬度超過30mm時(shí)，及時(shí)通知坑內(nèi)人員撤出坑外，并對(duì)邊坡進(jìn)行加固處理。

4.3 水平位移監(jiān)測(cè)及垂直位移監(jiān)測(cè)

為保證觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性， 至少要有3個(gè)穩(wěn)定、可靠的變形監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)。 基準(zhǔn)點(diǎn)選在相對(duì)穩(wěn)定和使用方便的位置。監(jiān)測(cè)期間，定期檢查工作基點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性。

沿基坑閘室及交通橋開挖邊坡各設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)斷面設(shè)4個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，坡頂及馬道處坡頂各設(shè)1個(gè)，點(diǎn)位布置如圖7。

圖7 監(jiān)測(cè)斷面點(diǎn)位布置

4.4 觀測(cè)頻率

在基坑開挖深度大于5m時(shí)，1次/d， 雨天2次/d。基坑開挖完成7d后，若監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無異常，則3d觀測(cè)1次?；娱_挖完成15d后，若監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無異常，則每周觀測(cè)1次，直至坑內(nèi)工程施工結(jié)束。 遇到特殊情況加密觀測(cè)次數(shù)，當(dāng)有事故征兆時(shí)，應(yīng)連續(xù)監(jiān)測(cè)。 遇到特殊情況是指當(dāng)變形超過有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（如報(bào)警值等）或監(jiān)測(cè)結(jié)果變化速率較大時(shí)。

4.5 監(jiān)測(cè)報(bào)警

當(dāng)?shù)孛孀畲蟪两盗亢突舆吰滤轿灰频睦塾?jì)值或變化速率達(dá)到表中報(bào)警值時(shí)， 立即停工，基坑內(nèi)所有人員均撤離至安全區(qū)域，并啟動(dòng)安全應(yīng)急預(yù)案。 在險(xiǎn)情排除完畢并確認(rèn)安全后方可繼續(xù)施工。 各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目界限報(bào)警值如表1。

表1 各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目界限報(bào)警值

5 結(jié)語

建筑物基坑開挖的關(guān)鍵工作是技術(shù)參數(shù)的選擇計(jì)算及邊坡穩(wěn)定驗(yàn)算， 本文結(jié)合工程實(shí)際、 地質(zhì)情況、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等，進(jìn)行了施工技術(shù)參數(shù)的計(jì)算，選擇了合適的技術(shù)參數(shù)，并對(duì)邊坡安全穩(wěn)定進(jìn)行了驗(yàn)算，尤其對(duì)于在未進(jìn)行任何支護(hù)措施時(shí)， 模擬最不利的兩輛重車并排通過坡頂施工道路工況， 通過對(duì)汽車荷載當(dāng)量的換算，得出土坡的允許最大高度，為后續(xù)基坑順利開挖提供了技術(shù)支撐。