溫排水管涵深基坑開挖施工技術(shù)

陳新富 中交第三航務(wù)工程局有限公司廈門分公司

1.工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)況

阿爾及利亞奧蘭民港集裝箱碼頭擴(kuò)建工程位于阿爾及利亞第二大港口（簡(jiǎn)稱奧蘭港），項(xiàng)目業(yè)主為阿爾及利亞公共工程局。本工程為新建521 m碼頭，主體結(jié)構(gòu)為1400～1500t的圓筒形沉箱重力式碼頭，施工內(nèi)容主要包括碼頭主體、斜坡式護(hù)岸、碼頭后方陸域形成及地基處理、修復(fù)防波堤、安裝附屬設(shè)施以及新建723m的Sonelgaz（電氣局）溫排水管涵等。

其中，溫排水管涵軸線總長(zhǎng)723m，采用雙圓管（內(nèi)徑2 m）設(shè)計(jì)，管道設(shè)計(jì)總長(zhǎng)1406m，管道下方為混凝土預(yù)制管枕，共計(jì)564座，全線設(shè)有19座混凝土檢查井，管涵排水方向自西向東，流水坡度1‰，端頭與舊管涵銜接，此處坑底標(biāo)高為-4.85m（地表高程+0.5m）；末端為入?？冢苯优湃胂顺?，此處坑底標(biāo)高-5.55m（地表高程+0.5m）。

本文以此為例，通過(guò)污水泵坑內(nèi)明排降水、優(yōu)化開挖邊坡（無(wú)支護(hù)）、采取實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等施工措施，取得了良好的施工效果。

1.2 水文地質(zhì)資料

項(xiàng)目位于地中海氣候地區(qū)，其中4、5、6、9、10月氣候溫和少雨，屬于施工的黃金期；11月至次年3月為雨季、風(fēng)季時(shí)期；每年的高溫季節(jié)一般在7、8月份（超過(guò)30℃），每年最低溫一般在1月份（不低于5℃）；每年降水量一般為400～1000mm，施工區(qū)域常水位為+0.0～+0.4m。管涵工程基礎(chǔ)地質(zhì)主要為回填山丘沙與機(jī)制砂拌和后經(jīng)振沖加固密實(shí)的回填陸域，局部區(qū)域?yàn)樵驳[石、砂質(zhì)礫石、含礫石砂、多碎石砂和砂礫質(zhì)碎石等組成。

2.施工難點(diǎn)

溫排水管涵位于新建碼頭后方陸域，基礎(chǔ)的土層結(jié)構(gòu)由下而上依次為天然原地面（淤泥層）、山丘沙與機(jī)制砂形成的混合料、振沖加固密實(shí)、碾壓回填開山土等。

根據(jù)地勘報(bào)告、材料檢測(cè)報(bào)告等，這類混合土層具有較高的透水系數(shù)，摩擦角15°，粘聚力13.2kPa；地中海常年水位較高、潮差小，以及深基坑施工現(xiàn)場(chǎng)距碼頭前沿線較近，這種情況對(duì)深基坑開挖的影響極大，不利于干地施工，如何解決滲水量大或沒(méi)水開挖的深基坑是本工程施工中的難點(diǎn)與重點(diǎn)。

溫排水管涵屬于港區(qū)Sonelgaz（電氣局）改建項(xiàng)目，存在量多、面廣、工期緊、現(xiàn)有設(shè)備單一等難題，如何結(jié)合現(xiàn)有機(jī)械設(shè)備與優(yōu)化設(shè)計(jì)圖紙，制定安全、高效、可靠的深基坑開挖工藝是深基坑開挖的另一個(gè)難點(diǎn)。

3.施工工藝

3.1 確定基坑開挖坡度

（1）邊坡設(shè)計(jì)。管涵基坑開挖深度為5.35～6.05m，擬設(shè)計(jì)兩級(jí)梯形且無(wú)支護(hù)邊坡進(jìn)行開挖施工，一級(jí)邊坡高程-4.85m（-5.55m）～-2.5m，坡比1∶1.5，在高程-2.5m處設(shè)置機(jī)械平臺(tái)（寬5m）；二級(jí)邊坡開挖深度3m（-2.5～+0.5m），坡比1∶1，在高程+0.5m處，距邊坡線依次設(shè)置0.2m圍欄基礎(chǔ)、0.3m排水溝、施工通道（北側(cè)9.5 m寬150t履帶施工通道，南側(cè)1.5m寬人行通道）。

（2）邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算。邊坡穩(wěn)定性采用圓弧條分法（4.5H法），通過(guò)邊坡穩(wěn)定性分析確定極限的滑動(dòng)面。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)與擬定開挖工藝，基坑的北側(cè)邊坡在荷載時(shí)（150t履帶吊處于作業(yè)時(shí)）為最不利情況，取單位長(zhǎng)度，并將車輛荷載與吊裝物換算成當(dāng)量土柱高度h0。

荷載當(dāng)量換算h0：

式中：N為橫向分布車輛數(shù)；Q為輛車重力（履帶自重+構(gòu)件重量=1600kN）；B為履帶寬度，6.7m；L為履帶長(zhǎng)度，8.38m；γ為天然容重，18.5kN/m3。

最終算得h0=1.54m。

計(jì)算穩(wěn)定系數(shù)K：

式中：f為摩擦系數(shù)，取0.27；c為粘聚力，取13.2kPa；Ni為法向分量，，kN/m；Ti為切向分量，，kN/m。

圓弧法邊坡穩(wěn)定性分析，即在荷載下分別計(jì)算曲線通過(guò)便道不同位置時(shí)的穩(wěn)定系數(shù)。其中，曲線通過(guò)便道中心線（2/4處）時(shí)，穩(wěn)定系數(shù)最?。↘1=1.36），且處于最靠左邊，因此在左邊緣與便道中線之間在繪一條滑動(dòng)曲線得到穩(wěn)定系數(shù)（K0=1.58），第1條曲線為極限的滑動(dòng)面，其穩(wěn)定系數(shù)滿足（1.25～1.50）之間范圍要求，因此所采用邊坡坡度滿足邊坡穩(wěn)定性要求。

3.2 確定降水方案

3.2.1 擬定方案

通過(guò)對(duì)本工程設(shè)計(jì)圖紙和所提供地質(zhì)資料的分析，以及對(duì)現(xiàn)有設(shè)備性能等綜合考慮，解決管涵沒(méi)水深基坑開挖問(wèn)題，擬用“污水泵坑內(nèi)明排降水”工藝，并通過(guò)典型段開挖控制技術(shù)獲取基坑內(nèi)實(shí)際水位高度、滲水量大小等數(shù)據(jù)，驗(yàn)證是否具備干施工條件。

3.2.2 實(shí)施步驟

（1）確定試驗(yàn)段（A B 段長(zhǎng)50m，坑底寬11m），采用“挖掘機(jī)+土方車”按后退式開挖，過(guò)程中宜分段、分層、對(duì)稱施工，且邊開挖邊降水，使水位始終保持在開挖面以下，直至挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

（2）污水泵配置，擬配備20臺(tái)改裝后的污水泵（100m3/h），改裝后的污水泵能夠根據(jù)實(shí)際水位情況自行關(guān)閉或啟動(dòng)抽水功能，減少人員投入與提高施工效率。

（3）抽水施工，在起挖處設(shè)置5m×5m×H集水井（H 隨著開挖逐漸加深），并在集水井內(nèi)安放2個(gè)裝有污水泵的簡(jiǎn)易浮排（10臺(tái)/排），抽水采取24h連續(xù)作業(yè)（晝夜交替，各10臺(tái)工作），同時(shí)配備值班人員管理。

（4）待開挖至設(shè)計(jì)底標(biāo)高，基坑積水抽干后停止抽水，并于坑底設(shè)置衡量水位的刻度尺，用于記錄在單位時(shí)間的水位標(biāo)高，為滲水量的計(jì)算提供數(shù)據(jù)。

經(jīng)計(jì)算，本工程最大滲水量為798.6m3/h；10臺(tái)污水泵抽水量為1000m3/h。綜上，通過(guò)試驗(yàn)段的開挖施工，“污水泵坑內(nèi)明排降水”措施可實(shí)現(xiàn)溫排水管涵深基坑的干地作業(yè)。

3.2.3方案可行性條件

根據(jù)試驗(yàn)段參數(shù)（798.6m3/h≤1000m3/h），采用“污水泵坑內(nèi)明排降水”工藝滿足干地作業(yè)必須具備以下條件：首先，在施工過(guò)程中要嚴(yán)格控制開挖斷面長(zhǎng)度≤50m，后續(xù)工序要及時(shí)跟進(jìn)，如管涵兩側(cè)回填砂覆蓋，方可往前繼續(xù)開挖；其次，配備專職人員管理、集水井內(nèi)配備2 組裝有污水泵的浮排（10臺(tái)/排），確保抽水24h連續(xù)作業(yè)；最后，根據(jù)氣象資料，盡量避開雨季開挖。

4.施工方法

4.1 施工測(cè)量

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙中標(biāo)注的坐標(biāo)系統(tǒng)計(jì)算基坑中心線、基坑邊坡的各邊控制線，采用全站儀放樣，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置中心線和邊線的控制樁，然后撒石灰，使開挖區(qū)域更加清晰，開挖過(guò)程中的標(biāo)高控制使用水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測(cè)或校核。

4.2 基坑開挖

基坑開挖施工時(shí)，先從A B 段往BC段施工，后依次施工A D段、DE段、EF段。根據(jù)試驗(yàn)段的施工參數(shù)，基坑開挖采取后退式開挖，單個(gè)作業(yè)面的基坑開挖長(zhǎng)度宜控制在30～50m，且后續(xù)工序要逐步跟進(jìn)（碎石整平層、管枕、管道安裝、兩側(cè)回填砂等）；使用“普通挖掘機(jī)+推土機(jī)”，按1∶1坡度，完成基坑高程-2.5～+0.5m以及5m寬機(jī)械平臺(tái)（緩沖臺(tái)）；使用“長(zhǎng)臂挖掘機(jī)+推土機(jī)”，按1∶1.5坡度，完成基坑高程-4.85m(-5.55m)～-2.5m，距離坑底設(shè)計(jì)標(biāo)高30cm時(shí)，先開挖排水邊溝與集水井，后采取人工配合機(jī)械完成剩余部分，依此類推，形成流水作業(yè)。

4.3 基坑監(jiān)測(cè)

在溫排水管涵的深基坑開挖過(guò)程中，應(yīng)在基坑的坡頂、機(jī)械操作平臺(tái)以及臨近建筑物（如擋墻）等，間隔10～15m分別設(shè)置沉降點(diǎn)、位移觀測(cè)點(diǎn)；同時(shí)在碼頭前沿設(shè)置水位刻度尺，通過(guò)觀測(cè)水位變化情況，指導(dǎo)降水施工。

5.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本工程最終克服了在深基坑開挖過(guò)程中面對(duì)土壤滲水量大、常年水位較高、潮差小等各種地質(zhì)問(wèn)題，在實(shí)際的應(yīng)用中效果也較好，值得其他類似工程推廣借鑒。