地基深基坑土方开挖技术及应用

刘克辉

（邢台路桥建设总公司，河北 邢台 071000）

当前，我国道路建设中遇到的深基坑工程越来越多，尤其在一些路桥工程项目中，由于需要跨越江河，一般都会遇到软土地基，这种情况下大部分都应采用深基坑土方开挖技术。通过多年的建设经验积累，目前在路桥工程项目建设软地基处理中，已经取得了一定的成效，而深基坑土方开挖技术也越来越成熟。本文以某绕城高速公路某段大桥工程建设为例，主要就地基深基坑土方开挖技术展开分析。

1 工程概述

某市某绕城高速公路某段大桥工程项目桩号为14＋060，属于斜拉桥，其跨越江河的长度为468m。在建设设计中，桥面总共设了两个索塔承台，其中一个位于江的左侧，其承台的平面尺寸约为62m×33m，厚度在5.5m左右，地面的标高设为＋2.9m，承台的顶部标高则为＋2.0m，而底部标高则为－3.5m，承台基坑的尺寸设置为65m×36m，总面积大约有2 340m2，开挖的方量则达到了16 146m3。此外，地基的底部标高为－4.0m，基坑的最大深度达到了10m左右，属于深基坑工程。

本工程中，场地属于软土地基，这种地基的力学性质差，而且容易变形，土层呈现出一种鳞片状，排水性能很差，而且天然饱和度及孔隙比都极高。该土层的相应物理力学性能指标详见表1。该工程项目的承台距江堤边线的最近的距离为6.8m左右，该江堤采用的是C20混凝土结构堆砌而成，基础采用的是C25混凝土，防汛通道的高程在＋3.83m，基坑的底标为－4.0m。在地基土方开挖时，需要考虑此问题，尤其是大堤的整体稳定性必须保证，加之开挖中及基坑土回填等方面都会引起大堤一定的沉降，因此在土方开挖中必须做好相关的支护建设。

表1 土层物理力学指标（局部）

2 地基深基坑土方开挖要点

2.1 应明确工程项目的相关技术标准，确保符合工程规范要求，通过相关理论方法及规范章程，对施工中的各道工序，尤其是关系着基坑稳定性与支护结构安全性等方面的影响因素着重加强验算。工程建设单位应符合相关要求，在工程建设之前需要提出相关的设计标准，将基坑开挖与支撑施工等方面规划设计完善，当得到了相应的审核通过之后才能展开工程项目的施工。

2.2 相关施工单位应设计合理的施工参数及施工程序。为了确保工程项目的质量与进度，相关的施工单位应设计合理的施工参数及施工程序，需要做好以下几个方面：a）基坑若有支护，则需要分层开挖，层数一般为设置的支撑道数目加1；b）基坑若有支撑，在土层开挖过程中，应尽量保障开挖部分的深度与位置保持对称，尽量避免基坑支护结构承受偏载；c）确保支撑、拉锚等方面的施工质量，做到科学组织并精心施工；d）应限制材料及设备的堆放数目与场地，要维护好基坑周围的载荷，切勿超载；e）地基加固范围、检验方法及质量要求等都必须合理；f）保障排水、降水及堵水等措施的到位，避免围护墙发生水土流失；g）应对设计进行必要的监测，制定出科学合理的方案并落实施工，同时也要制定一些防治安全隐患的方案。

3 深基坑土方开挖施工技术及应用

3.1 盆式开挖

在本工程地基深基坑土方开挖之前，曾考虑过采用盆式挖土或是岛式挖土方案，最后决定采用盆式挖土。岛式开挖虽然可以提升开挖出土的速度，但是取土在没有设置栈桥的情况下比较困难，而盆式开挖能有效规避此工程中的基坑围护设计安全系数低的缺陷，同时也能有效控制成本。这里采用的盆式开挖具体为：放坡开挖至基底，同时可以设置相关的取土坡道，不需搭设栈桥，然后可直接能取土开挖。但是，这种技术依然存在一定的技术问题，比如取土速度慢，边坡暴露时间过长容易产生危险等。

3.2 坑边留土护壁

3.2.1 坑边留土护壁原理

采用盆式开挖，盆边应预留一定坡度与宽度的土体，这样可以增大围护结构被动区的土压力，从而增大围护的插入比，同时也能减少基坑的开挖深度。此外，由于留土的自重，能增加开挖侧的土体水平向的基床系数，这样也能有效减少围护结构的变形。

3.2.2 坑边留土基底的宽度计算

通过前述原理，留土控制基坑容易变形，实际相当复杂，除去留土自重的作用，还有留土本身的水平抗力等因素的影响。因此，在实际的施工中，留土的物理性质及坡度、宽度等都对围护结构变形有影响，因素众多，就不能直接将其简化为超载来计算。通过相关试验，得到留土基底宽度的计算简图如图1所示。

通过对图1分析，上部留土宽b0应至少大于0.5m，下部宽D0应满足以下公式：

图1 留土基底宽度计算简图

式中，D0、h分别为基坑预留的护壁土体的基底宽与原土体的高度；Kp为被动土压力系数；γ指的是土体的天然重度（kN／m3）；c、φ为预留土体的黏聚力（kPa）与内摩擦角（°）。本工程项目中，主要采用的是两极放坡处理，其累计的D0取值为4H（H为开挖深度）。

3.3 出土通道设置

为了加快工程进度，同时避免无支撑暴露的时间过长，需要采取一定的措施加以解决，而环形出土通道及其与两个出土通道相互结合的取土运输形式，是最好的解决措施。这种设计下，对于支撑的外围，可以在不扰动支撑梁两侧的土体情况下，施工一条环形的封闭便道将场区的出入口连接起来，具体的操作方法为：在支撑梁上覆盖40cm左右的土层并夯实，此外，还应设置厚度为50mm的碎石垫层与20cm的C20钢筋混凝土层。

3.4 对称、分层及均衡挖土

对于深基坑开挖，可以优先选择分段阶梯分层开挖的方式，这种方式不仅利于施工组织，还能保障施工基坑的稳定。通过本工程支撑平面及土体墩台特点的分析，总体的基坑开挖过程如下。

3.4.1 第一个阶段：基坑周边留土护壁，在其中间区域采用二级放坡处理，并开挖到整个基坑的基底，同时确保其一级平台的最大宽度为16.5m，二级平台宽度为8m。放坡的具体比例为1∶1.5，按照这个比例放坡到基底，再利用挖机短驳，对修整完好的边坡采用钢丝网喷浆的方式加以保护。

3.4.2 第二个阶段：利用时空效应，采用在基坑周围留土的方式，对底板后浇带部分进行分区，并抽条开挖，最后总体退挖出场。在挖土时，应按照分区的顺序进行，采用分区流水作业的形式，依次开挖。当土方开挖到了基底部分之后，在24h之内应及时对垫层及施工的底板进行浇筑。由于本工程未设置栈桥，因此取土比较困难，为了缓解这个问题，可以采用小型的反挖机挖土，用大型的机械设备进行传递。

3.5 基坑支护桩设计

3.5.1 钢材选择

通过对本工程的分析及SY5040《桩用螺旋焊缝钢管》的质量要求，采用φ610δ8螺旋点焊钢管，其直径应约小于壁厚80倍，应保证在打入的时候不会出现压屈。

3.5.2 桩长计算

桩的直径选为610mm，而桩之间的距离设置为710mm，采用钢管排桩的方式，内部支撑高度设为2.2m，若其超载值分别为10kN／m与20kN／m的情况下，采用理正基坑计算软件进行计算，可以得到桩长的计算结构，如表2所示。

表2 桩长的计算结果

上述结果表明，当钢管桩嵌入的长度达到了17.2m时，该支护系统的位移、应力、整体稳定性及抗倾覆性等都可以得到保证，因此排桩钢管桩的设计长度可以采用下式计算：（17.2＋6.2）×1.1＝25.74（m），而实际中取为26m。

3.5.3 水泥土搅拌桩及底标高设置

钢管支护桩距离大堤最近的地方大约为5m左右，为了防止潮汛的影响，应在基坑钢管支护桩的周围加设一排直径为700mm的水泥搅拌桩，而底标高应为－6.0m。

4 结语

地基深基坑土方开挖对于道路工程建设关系重大，因此在具体的施工过程中要仔细慎重，除要选择好科学合理的方法之外，还要在施工中加以控制，尤其要重视开挖技术及其应用。本文对案例工程项目进行了探讨，简要分析了地基深基坑土方开挖技术及其应用，希望能对相关项目有所帮助。

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