吕洪奇　周　屹

(昆山市水利建筑安装工程有限公司， 江苏 昆山　215300)



浅谈阳澄湖枢纽工程中地涵深基坑开挖的施工对策

吕洪奇周屹

(昆山市水利建筑安装工程有限公司， 江苏 昆山215300)

【摘要】本文详细描述了七浦塘拓浚整治工程阳澄湖枢纽地涵深基坑开挖施工的工作原理、设计方法、施工工序及注意事项，以期为类似工程提供借鉴。

【关键词】地涵； 深基坑； 开挖； 边坡

1引言

阳澄湖枢纽工程由船闸工程、交通工程、立交地涵等部分组成，为苏州市七浦塘拓浚整治工程的一部分，施工区域处于七浦塘与Ⅲ级航道——张家港申张线的交汇处，施工地点位于江苏省昆山市巴城镇境内。

地涵和节制闸采用合建的施工方案，地涵过水横断面由3孔方形涵洞组成，过流能力为100m3/s，涵洞为3孔，尺寸(宽×高)为6.5m×5.6m，主体的底高程-11.5m，宽22.9m，15节共225m。结合立交地涵的布置，设置东、西节制闸以满足排水需要，节制闸总净宽19.5m(6.5m×3孔，底高程-1.0m)。

该工程的立交地涵工程，在施工前必须进行地涵主体的基坑开挖，原张家港申张线老河道的河底高程为-1.0m，两岸边坡顶原始高程为4.5m左右，地涵主体洞身底板的最深处要开挖至-11.5m高程，故基坑的最大开挖深度约16m，开挖区域的土层渗透系数为3×10-6cm/s。开挖土层的地质编号为3-1土层，土壤为灰色淤泥质、重粉质壤土、局部淤泥质黏土、粉质黏土、夹砂壤土薄层、局部互层、含腐殖质，土壤黏聚力c=13.2kPa,土壤内摩擦角φ=8.6°，土壤渗透系数Kv=3.0×10-6cm/s，土壤允许承载力[R]=60kPa。

地涵开挖的总量约为34m3，基坑上口尺寸：长×宽=366m×122.5m，最大开挖深度为16m，弃土堆放在地涵四个角的弃土区内，土方运输距离约为300～1500m，施工降水采用管井与明沟排水结合的方式，施工便道宽5m，采用钢板临时铺设。

2土方开挖及基坑边坡稳定性验算

a.开挖原则。根据地勘报告及设计要求，基坑型式分二级坡比加5m宽平台。由于该工程的地涵开挖深度较深(最大开挖深度约16m)，故该项目采用两级放坡开挖的方案：一级边坡高程-11.4～-6.0m，坡比为 1∶4，在高程-6.0m处设5m平台，二级边坡高程-6.0～-1.0m，坡比为1∶3.5。同时，开挖过程中对已成型的边坡及平台，全部采用混凝土护面硬化处理，防止雨水冲刷、边坡水土流失及滑坡现象，见图1。

图1　地涵开挖断面 (单位：m)

b.边坡稳定性验算。该工程边坡稳定性采用瑞典条分法原理分析，首先假定将要破坏的土体(滑裂面AB)以某一固定长度的半径R(不确定)绕某一圆心O(不确定)发生滑动变形(见图2)，故可根据力矩平衡原理，计算式[1]：

(1)

按式(1)计算瑞典圆弧法的稳定安全系数Fs。

图2　瑞典条分法受力分析

图2中Pi+1及Pi是同时作用于破坏土体(滑裂面AB)中某一土条两侧的合力，根据摩尔-库伦准则：

(2)

式中c′——有效黏聚力；

φ′——有效内摩擦角；

u——孔隙压力。

故可以计算出图中滑裂面AB上的平均抗剪强度Tf，而土体切向阻力Ti：

(3)

根据土体的法向力平衡，可得

(4)

由于xi=Rsinαi,可得

(5)

地涵开挖二级坡比的稳定性分析是按瑞典圆弧法的原理计算，由于计算过程繁杂，施工对策编制过程中采用了理正岩土系列软件进行计算[3]，计算如下。

控制参数:

采用规范:通用方法。

计算目标:安全系数计算。

滑裂面形状:圆弧滑动法。

地震烈度:7度。

地震作用综合系数:0.050。

地震作用重要性系数:1.000。

地震力作用位置:质心处。

水平加速度分布类型：矩形。

计算结果见图3。

图3　计算结果

最不利滑动面:

滑动圆心=(18.720m,31.200m);

滑动半径=38.909m;

滑动安全系数=1.349。

故地涵基坑开挖的边坡稳定性安全系数最小值FS=1.349>1.05，能够满足边坡稳定的要求[2]。

3施工主要人员、投入主要机械设备及投入材料准备

a.地涵基坑开挖投入主要人员。该项目施工人员均由经验丰富、责任心强、勤奋能干、服务态度好的工程技术人员和组织机构人员组成；作业人员均选配专业素质高、曾有过类似工程工作经验的施工队伍人员。根据该工程的施工内容，在工程进展中为确保各工种各专业配备齐全，以做到每项施工内容都有科学、合理、专业的归口和管理，切实做到不同工种不同专业之间的配合和衔接。

投入工程的人员信息见表1。

表1　投入工程的人员信息

b. 地涵基坑开挖投入主要机械、设备及材料准备。根据施工合同及工地现场的实际情况，地涵基坑开挖投入主要机械、设备及材料见表2。

表2　投入主要机械、设备及材料

4地涵基坑的施工流程

4.1施工测量

a.测量放样依据。根据项目复核、批准使用的水准点引测桩位，按照《水利工程施工测量规范》的要求，进行现场地涵基坑坐标定位和高程测量。

b.测量主要设备。该工程投入的主要测量设备为水准仪1台(型号为NAL-124)，全站仪1台(型号为RTS632DL)，塔尺2把，30m卷尺1把，50m卷尺1把等。

c.高程、轴线测量。根据设计图纸中标注的坐标系统，确定该工程中立交地涵的中心线和轴线。采用全站仪放样，进行中心线和轴线的控制；然后用水准仪引测标准桩位高程，对立交地涵基坑高程进行控制，施工过程中做好测量成果的标记和保护，并定期对桩位进行校准。

d.高程测量。

4.2土方开挖

土方开挖施工时，先采用挖掘机配合推土机进行开挖，首先对老驳岸土方进行开挖，开挖高程为4.5～-1.0m，然后分级进行地涵基坑开挖，对基坑-1.0～-6.0m高程的土方按照1∶3.5的边坡进行开挖，再按照1∶4的边坡开挖-6.0～-10.0m高程的土方，详见图4。考虑到基坑需要分级开挖到-10.0m高程后，先进行水泥搅拌桩基础施工，待养护、检测结束后，进行人工配合机械开挖，开挖高程为-10.0～-11.4m，开挖土时禁止边坡10m范围内堆土，防止发生滑坡或塌方事故。

在基坑开挖施工时为做好边坡坡面的防护，项目采取必要的施工防护措施。在坡面开挖成形前先挖截流沟或临时排水沟，防止地表水流入坡面及边坡坍塌[4]。

4.3弃土处理

地涵工程包括上下游洞首、洞室和上下游连接段挡墙，共开挖土方32万m3，开挖土方分别运至弃土区1(堆土3万m3)、弃土区2(堆土1万m3)、弃土区3(堆土23万m3)、弃土区4(堆土2万m3)和弃土区5(堆土3万m3)，见图4。其中弃土区3、弃土区4和弃土区5土方用来进行洞首及墙后土方回填、堤防及道路填筑，其余开挖土方均运至管理区填筑。位于河口边缘的弃土区，外坡脚距离河口线不小于10m，弃土堆高不超过3m，边坡1∶2，弃土区周边设排水沟，深0.8m，底宽0.5m。开挖土方弃土时不允许在开挖边坡及临边弃土，以保证开挖边坡的稳定。弃土区周围开好排水沟，做好排水设施，确保边坡稳定。弃土区、管理区的土方堆置、回填由挖机配合推土机进行。

图4　地涵弃土示意图

5基坑的变形及监测

在地涵基坑开挖过程中及开挖完成后的地涵施工期内，分别在地涵边坡、附近建筑物设置观测点，并经常观察附近已有建筑有无下沉和变形，特别观测地涵工程闸塘土方开挖时东南角的高压线塔基沉降、移位变形及地下水位变化等，均未出现异常情况[5]。

6结语

由于地涵大面积开挖涉及开挖边坡设计、施工降排水及变形监测等综合技术难题，本文中的地涵采用了合理的边坡设计，既节约了基坑开挖的成本，又控制好了地涵的施工工期，同时降排水及变形监测在实际的应用中效果也较好，值得其他类似工程推广借鉴。

参考文献

[1]陈希哲.土力学地基基础[M].4版.北京：清华大学出版社,2007.

[2]杨光华.深基坑开挖中多支撑支护结构的土压力问题[J].岩土工程学报,1998,20(6):113-115.

[3]应宏伟.软土深基坑开挖的有限元分析[J].建筑结构学报,1999,17(4):59-64.

[4]冯权初.深基坑开挖工程实例浅谈[J].科技与生活,2011(3).

[5]刘继国，曾亚武.FLAC3D在深基坑开挖与支护数值模拟中的应用[J].岩土力学,2006,27(3):505-508.

DOI:10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.07.001

中图分类号：TV551.4

文献标志码：B

文章编号：1005-4774(2016)07- 0001- 04

On construction countermeasures of underground culvert deep foundation pit excavation in Yangcheng Lake Pivotal Project

LÜ Hongqi, ZHOU Yi

(KunshanWaterConservanayConstructionandInstallationEngineeringCo.,Ltd.,Kunshan215300,China)

Abstract：In the paper, working principle, design method, construction sequence and precautions of underground culvert deep foundation pit excavation construction in Yangcheng Lake Pivot of Qiputang Ice-breaking Realignment Project are described.

Key words：underground culvert; deep foundation pit; excavation; slope