淤泥质软土大跨度基坑无支撑开挖技术

王岗

摘 要：佛山市顺德区快速干线网碧桂路南国路立交工程地道两侧为既有行车道，地质条件为淤泥质软土，在基坑开挖中采用了“悬臂桩”支护，无支撑开挖，在施工中充分利用了时空效应原理，引入了允许变形-控制变形的理念，充分利用信息化管理手段，取得了较好的效果。

关键词：大跨度 深基坑 变形控制 信息化管理

1 工程概况及设计概况

佛山市顺德区快速干线网碧桂路南国路立交工程主要为现状道路改造工程，工程地点位于佛山市顺德区大良镇东侧，主线道路为碧桂路，被交线道路为南国路。该立交工程以碧桂路下穿地道工程为主体工程。

碧桂路下穿地道起于南国路南侧ZK54+492.142处终于南国路北侧ZK54+810.382，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（闭口段）组成，地道采用明挖顺筑法施工，最大挖深7.8m，开挖深度3m以内采用放坡开挖后进行沙袋支护，开挖宽度43m，3m以下为支护后开挖，开挖宽度36m。基坑开挖平面布置见图《基坑开挖平面布置图》。

2周边条件及地质情况

基坑周边为行车辅道，基坑施工过程中，既有行车改至辅道行驶，且行驶车辆多为重车，经调查，单侧辅道高峰期行驶车辆为979辆/小时，本基坑为无支撑施工，基坑内为淤泥质土，辅道重车行驶给基坑开挖带来重大安全隐患。

3施工概述

经过周密的考虑和详细的计算，并会同有关专家研究论证确定：地道采用“放坡开挖、钻孔灌注桩支护结合基坑底部软基处理，明挖顺筑”的施工方法。2008年12月完成地道支护及软基处理施工，2009年12月对L节段进行试开挖，但开挖至3排水泥搅拌桩下2m位置时，水泥搅拌桩发生较大变形，基坑周围出现裂缝，立即进行回填，后与业主及设计协商，通过计算，未设钻孔桩段增设12m钢板桩。

4 施工方案

4.1施工方案的选择

通过对基坑支护的验算，考虑“悬臂式”桩体变形的不确定性，为保证基坑开挖过程中变形时能及时有效抑制变形，经多方论证，采用小分步预留核心土的开挖方法施工，即首先逐层开挖桩体3m范围内土方至底部以上100cm，在开挖过程中进行监控量测，时刻掌握基坑变形情况，若发生变形过大，及时回填；然后一次性开挖中间预留核心土方，桩体附近剩余土方与底板以上100cm范围内土方一次性开挖。开挖完成后及时施做底板砼。

4.2开挖方案

（1）基坑开挖方法

碧桂路下穿南国路地道开挖方向为自O节向A节倒退开挖，竖向分为上下两部。上部土方为放坡开挖，坡度为1：1.25，采用2台PC200挖掘机进行施工6辆自卸汽车进行运土；下部土方采用3台PC200挖掘机，采用6辆自卸汽车进行运土；方法见《碧桂路下穿南国路地道基坑分层开挖方法施工示意图》。

碧桂路下穿南国路地道基坑分层开挖方法施工示意图

泵房处开挖与H节开挖同时进行，当开挖至泵房加深部位时，自泵房外侧向基坑内方向开挖，同时增加排水措施。

（2）基坑开挖步骤

①上部土方开挖：上部为基坑放坡开挖，放坡开挖高度3m，宽度43m，坡度1：1.25。当基坑支护桩达到设计强度，止水桩已经完成后进行开挖。基坑分层开挖，每层开挖深度不大于1m， 为保证基坑开挖安全，上部土方开挖分层进行，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沙袋边坡防护，边坡防护与开挖进行平行作业，如下图所示：

上部开挖示意图

②下部土方开挖：下部土方开挖为支护桩支护段基坑开挖，开挖基坑剩余2m～4.8m土体，为保证基坑开挖安全，下部土方开挖采用分层逐步开挖至基坑底部，分部土方开挖间平台长度不小于8m，采用PC200挖机开挖至基底。当基坑开挖至距设计标高30cm时采用小型挖机配合人工挖土，逐步清除基底处理水泥搅拌桩周边土方，施工时避免挖机碰触水泥搅拌桩。基坑开挖完成后，立即进行搅拌桩验收工作，验收完毕后，进行C10砼铺底及基坑底板施工。下部开挖时若基坑内土方比较软弱，挖机无法在坡底平台工作，则采用旧路面破除弃渣或其他较硬材料回填至基坑内，防止挖机陷入基坑内，如下图所示：

下部开挖示意图

4.2 计算论证

基坑采用排桩支护，采用 软件对基坑进行验算，选取最大挖深处做为典型性断面进行验算，即基坑最大挖深7.8m处，计算结果如下：

排桩支护

[ 整体稳定验算 ]

计算方法：瑞典条分法

应力状态：总应力法

条分法中的土条宽度： 0.40m

滑裂面数据

整体稳定安全系数 Ks = 3.513

圆弧半径（m） R = 37.143

圆心坐标X（m） X = -2.226

圆心坐标Y（m） Y = 16.003

[ 抗倾覆稳定性验算 ]抗倾覆安全系数：

Mp——被动土压力及支点力对桩底的弯矩， 对于内支撑支点力由内支撑抗压力决定；对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值。

Ma——主动土压力对桩底的弯矩；

Ks = 2.423 >= 1.200， 满足规范要求。

5变形控制

在基坑开挖过程中掌握好“分层、分步、对称、平衡、限时”五个要点，遵循“竖向分层、纵向分段、快速封底”的原则，在旱季集中组织开挖及主体结构作业。

①采用预留核心土分步开挖的方法，首先对靠近桩体部位小部分土方进行逐层开挖，开挖过程中充分利用监测手段，允许桩体在规范允许内的自由变形，来检验“悬臂式”桩体的支护作用。一旦支护桩发生较大位移，可立即进行回填，保证基坑安全。

②基坑开挖完成后，4小时内完成基底碎石垫层施工，8小时内完成铺底砼施工，尽量减少開挖后暴露时间。

③开挖前，对辅道行车进行外移，有效对开挖过程中周边重车行驶对基坑周边土方的扰动。

6 结语

碧桂路下穿南国路地道的基坑开挖采用“分层、分步、对称、限时” 四个要点，遵循“竖向分层、纵向分段、快速封底”的原则，在设计上采用了悬臂桩取消支撑的方法，在施工变形控制上引入允许变形—控制变形的理念，既保证了施工安全，又加快了施工速度，缩短了施工周期，取得了良好的社会效益。