箱涵无支护深基坑施工技术及要点控制

魏恩平

(福建省海盛交通投资有限公司，福建 三明 365000)

1 现场地质调查及概况

该箱涵位于龙岩市永定区洪山乡旅游公路K0+220处，长度37.5 m，结构宽度5.6 m，开挖深度为5.1 m，属于危大工程，如1表所示。

表1 龙岩市永定区洪山乡旅游公路情况表

基坑开挖处地质情况及周围环境描述如下：

(1)地质自上而下分别为2.1 m素填土层、3 m粘土质砂层。

(2)工程地点周围空旷，无近距离构造物及管线，周边均为农田，坡顶无荷载及动载。

(3)经过现场坑探测量，素填土层无地下水，砂质粘性土层在标高182.4 m处出现地下水。

2 基坑开挖总体施工方案确定

根据现场地质及环境调查，该箱涵基坑开挖四周无相邻建筑物，地形平坦空旷，恰逢枯水季节，地表水少，地质条件良好，适合无支护放坡施工。

因开挖深度超过5 m，达到5.1 m，为了确保基坑壁稳定、安全，计划基坑分两级开挖，因开挖土质主要为砂质粘性土，参照GB50268-2008《给水排水管道工程施工及验收规范》中表4.3.3中的边坡坡度取值，按1∶1放坡开挖。同时在两级间设1.0 m宽平台，基底四周各留1.5 m工作宽度(用于设置坑边排水沟、码放护坡土袋及作业宽度)，基坑顶边缘留有护道1.0 m，基坑四周2 m范围内严禁堆土，机动车辆严禁在边缘行走形成动载。施工期间，加强对基坑边坡的观测，出现异常情况及时启动应急预案。

3 基坑稳定性和渗水量的计算

(1)基坑稳定性的计算

根据所提供的地质勘察报告，土质物理力学性能参数为：粘土质砂天然含水量19～22%，塑限含水量15.5～18.4%，容重，γ=19 KN/m3，粘聚力c=10 KPa，计算内摩擦角θ=21°，挖方坡脚β=45°边坡高度安全系数取K=1.3

试求基坑边坡的稳定安全高度H=

解:根据《简明施工计算手册》(中国建筑工业出版社江正荣、朱国梁编著)p61查稳定系数为θs>12

由H=(θs×C)÷(K×γ)得

H=(12×10)÷(1.30×19)

=4.9 m

经计算基坑边坡的稳定安全高度为4.90 m，放坡后基坑每一级开挖边坡高度不大于3.50 m(基坑分2级放坡)

结论：基坑边坡稳定安全。

(2)渗水量的计算

根据K0+220(1-4.5×4.5)钢筋混凝土箱涵的结构尺寸，计算如下：

底面积：基底宽5.6+1.5×1.5=8.6 m，长37.5+1.5+1.5=40.5 m，面积=8.6×40.5=348.3 m2。

侧面积(粘土质砂层182.4 m以下)：(40.5×1.8+8.6×1.8)×2=176.76 m2。

渗水量按粘土质砂渗水经验数据取值q1=q2=0.16 m3/h

基坑渗水量=(348.3+176.76)×0.16=84 m3/h

(3)水泵的选用

水泵进口直径以英寸表示时流量Q=5D2

当直径D为3吋时，水泵流量Q=5×3×3=45(T/h)相当于Q=20～60 m3/h潜水泵。

水泵的选择：84×1.5=126，即3吋的潜水泵4台即可。

4 开挖施工要点控制

(1)施工准备

①清理开挖范围内障碍物，测量放样基底平面位置及基坑开口线，洒生石灰线标记，并在基坑四个角点设保护桩，以便后续施工校核。

②按照已经拟定的总体方案，设置好临时用电，并应配备电力应急系统；根据现场地形规划好出土运输路线，修筑施工便道；提前做了截水、排水方案。

③选用合适的施工机设备，配备足够的抽水设备，指定专门负责的施工人员、安全人员，并对参与本项施工的技术、管理人员、机械手等作业人员进行详细的技术交底，让大家领会施工意图，掌握施工数据和控制重点。

(2)基坑开挖

①根据地质土层组成情况，在素填土层与粘土质砂分界处设开挖平台，从基底往上第一级开挖高度按3 m控制，剩余高度作为第二级开挖，高度约为2.1 m；基坑边坡坡度均按1∶1来控制；两级间设平台，平台宽度按1 m控制。

②因箱涵靠北侧有农田、灌溉沟渠等，且地质很差，不具备便道修筑条件，因此在箱涵南侧修筑便道，由此出土。

③因基坑开挖深度较深，且宽度较大，地下水丰富，箱涵基底有0.5%的流水波，为了开挖后能及时施作坡面防护，减少对基坑的扰动，故选用两台300型大型挖掘机进行双机作业，从出口往进口方向、全断面开挖，一次成活，1#挖机负责开挖、修整边坡及甩土作业，2#挖机配备4台运输车负责装运土方。

④开挖过程中，施工人员不间断跟测，以控制基底高程、边坡坡度、基底坡脚位置三项指示为主，确保平面位置及高程一次到位，避免欠挖和超挖，不再进行二次机械修整。同时观察边坡稳定情况，及时采取措施。

⑤基底应预留一层30 cm厚土用人工清底找平，避免超挖和基底土遭受扰动。在距坑底标高30 cm处，测出水平线，钉上小木撅，然后用人工将预留土层挖走。同时由两端轴线(中心线)引桩拉通线(用小线或铅丝)，检查距坑边尺寸，确定基坑宽度标准，以此修整槽边，最后清除坑底土方。

⑥完成基坑开挖后应及时组强验基，应及时施作底板及涵身结构，避免长时间暴露及扰动。

(3)基坑排水

①基坑开挖前应在顶部四周开挖线2 m外开挖环形截水沟，用于拦截地表水和雨水流入基坑，冲毁坑壁，浸泡基坑。

②基坑边坡平台开挖完成后，及时安排人工在平台坡脚开挖20 cm×20 cm的平台截水沟，并用M7.5砂浆硬化，用于收集上一级边坡汇水，集中在低点通过急流槽引入基底排水沟。

③基坑底设置30 cm×40 cm排水沟，并在基坑四个角处设直径不小于600 mm的集水井，其深度应低于基底设计标高50～100 cm，集水井与基础结构边缘的位置一定要留足安全距离，根据渗水计算，采用4台3寸潜水泵进行排水。

④集水沟沟底纵坡1～5‰，集水井可用编筐、围护，防止泥沙堵塞。所有基坑集水抽水到坑顶2 m外临时排水沟排往下游方向。

(4)边坡防护

①因砂性土层孔隙多、渗水量大，长时间渗水易造成坑壁失稳，导到坍塌，基坑开挖后为防止滑坍，对第一级坑壁采用土袋护壁，堆码时砂袋的上下层和内外层应相互错峰，搭接长度宜为1/2～1/3，堆码密实整齐。

②为了避免第二级素填土层坑壁裸露，下雨冲刷边坡，上部采用塑料布覆盖，塑料布上口要比边坡边缘多铺2 m，下口要压入砂包袋1 m以上，塑料布接口搭接1 m，采用Φ8钢筋长1.2 m间距1 m进入锚固，并用砂包袋压住，紧贴坑壁。

(5)基坑监测

①边坡开挖完成后，大型箱涵施工周期相对较长，土体应力释放加上外部因素的影响，必须对基坑稳定进行监测。

②在基坑四周设沉降与稳定观测点，观测点布设在施工区域以外，要求通视良好、交通方便，地基坚实且能长期保存。

③观测的内容包括，基坑坑缘、顶面上有无裂缝，坑壁有无松动塌落现象发生、支护结构水平位移，地下水位，基地隆起等。

④监测的方法

表2 边坡监测方法

在观测过程中，如出现异常情况，应立即进行检查，处理完毕后，方能继续观测。观测资料应及时收集整理和汇总分析，以指导施工和提供处理数据。

(6)基坑开挖施工安全措施要点

①基坑开挖必须由专人进行指挥，开挖前先明确地下物的情况(位置、埋深、材质、结构尺寸、重要性等)，然后在进行土方开挖施工。

②现场开挖过程中，对不明构筑物及不明管线不得擅自拆除和毁坏，以免造成严重后果。沟槽附近要设有明显的安全警示牌。

③机械行驶道路平整、坚实；施工便道使用石渣土铺垫，经常修整，防止作业时车辆下陷、侧翻。

④开挖边坡土方，严禁切割坡脚，以防导致边坡失稳。

⑤机械挖土分层进行，合理放坡，防止塌方、溜坡等造成机械倾翻、机械施工区域禁止无关人员进入场地内。挖掘机工作回转半径内不得站人或进行其他作业。挖掘机、装载机卸土，应待整机停稳后进行，不得将铲斗从运输汽车驾驶室顶部越过；装土时人都不得停留在装土车上，挖基时应备有便于出入基坑的爬梯等安全设施。

5 结 语

基坑坍塌是公路桥涵建设中重要危险源之一，极易造成群死群伤安全事故，通过对该箱涵无支护深基坑开挖的施工技术总结，从地质调查，边坡稳定性及渗水计算、总体施工方案拟定等施工技术，到开挖过程各重点、要点的作业细节操作、施工安全措施要点以及基坑监测等全面的总结，对桥梁、涵洞施工中各类无支护基坑开挖，特别是中小型项目的施工人员有一定的指导和参考意义，实现提升基坑施工技术及安全管理水平的目的。