深基坑技术总结工法复习进程.docx
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深基坑技术总结工法复习进程
1.工程概况
1.1.工程简况
纳潮河特大桥起讫里程为DK3+031.6～DK4+862.1，孔跨布置为18-32m+（13+20+13）m+11-32m+45m预应力混凝土梁+128m系杆拱+45m+11-32m+（13+20+13）m+6-32m预应力混凝土梁，全长1830.5m。
纳潮河特大桥为双线直线桥，既有迁曹铁路为右线，预留左线，线间距为4米。
纳潮河特大桥深基坑共有12个，其桥墩承台尺寸有8×13.1×3.8m、9.3×12.5×4.15m两种形式，承台基坑开挖深度11.3～12.4m不等。
承台基坑开挖位于既有线曹铁路预留线路基之上，东侧为防浪墙及6米宽特大桥施工便道，西侧为铁路施工过渡便线，承台东西两侧边缘距离铁路施工过渡便线及防浪墙距离较近，承台东侧边缘距防浪墙最大距离8米，最小距离4.5米，承台西侧边缘距施工过渡便线最大距离9.7米，最小距离6.2米，纳潮河特大桥桥右线距西侧铁路施工过渡便线近，两线中心距只为12.9m；因此承台基坑不能采用放坡开挖的方式进行施工，必须采用垂直开挖法施工，除128m系杆拱两桥墩承台基坑便线侧采用24米D梁对铁路过渡便线进行防护外，其余基坑开挖时均采用插打拉森钢板桩的支护方式。
开挖支护的稳定对铁路施工过渡便线列车行驶及特大桥施工便道的设备进出场、土方、材料运输、混凝土施工均有较大影响。
1.2.自然条件
1.2.1.地质情况
本区地层以海相、海陆交互相沉积层为主，岩性主要有黏土、粉质黏土、粉土、粉砂、细砂组成，按地层的沉积年代，成因类型、沉积韵律及工程特性等划分工程地质层组，其代号按时代从新到老，地层从上到下顺序排列共分7各大层。
纳潮河特大桥承台基坑开挖土层分布如下表所示：
场地岩土工程地质特征表
土层号
土质名称
级别
厚度（m）
性状
①人工填土层
1层：
角砾土
Ⅲ级硬土
1.0～2.7
杂色，含碎石及飘石，已压实。
σ0=350kPa
2层：
吹填粉细砂
Ⅰ级松土
2.3～5.8
灰色，砂质均匀，既有路基段为中密～密实，填海造地段呈松散状。
σ0=80～150kPa
②粉细砂夹淤泥质粉质粘土
1层：
淤泥质粉质粘土
Ⅱ级普通土
0.6～3.2
灰色、灰黑色，流塑为主。
σ0=80～100kPa
2层：
粉细砂
Ⅰ级松土
2.5～12.4
灰色，既有铁路路基段为中密～密实，填海造地段呈松散状。
σ0=80～150kPa
③黏土、粉质黏土层
1层：
淤泥质粉质黏土
Ⅱ级普通土
1.8～4.9
灰色、黑色，流塑为主，局部软塑。
σ0=100kPa
2层：
粘土
Ⅱ级普通土
1.5～5.3
灰色、灰黑色，软塑。
σ0=120kPa
3层：
粉质黏土
Ⅱ级普通土
5～16.9
灰色、灰黑色，软塑~硬塑。
σ0=150kPa
4层：
粉土
Ⅱ级普通土
1.3～8.4
土质均匀，饱和、中密。
σ0=120kPa
5层：
粉细砂
Ⅰ级松土
1.5～3.2
灰色，饱和、中密。
σ0=150kPa
1.2.2.水文地质情况
地表水为海水，水深2～3米。
地下水为潜水，地下水位埋深3.5～4m，含水层主要为粉细砂层。
20m以上的含水层补给来源为海水补给，途径短，水量丰富；下部粉细砂由于黏性土的隔水层作用，水量相对较小。
2.施工工艺及施工方法
2.1.施工方案
深基坑承台基坑采用垂直开挖法施工，土方开挖时，承台基坑采用2层矩形支护结构。
深基坑围梁由三扣型号为40c工字钢组成；斜撑和连接撑由双扣型号为200H型钢组成。
深基坑承台基坑施工地点位于海域，地下水为潜水，且水量较为丰富，所以承台基坑开挖采用插打18米长拉森-Ⅳ型止水钢板桩进行支护，使止水钢板桩沿承台四周形成封闭的支护结构。
2.2.
施工工艺
2.3.施工方法
2.3.1基坑支护方案及力学检算
（1）基坑支护方案
纳潮河特大桥深基坑承台基坑采用垂直开挖法施工。
承台基坑沿承台设计平面尺寸各放宽1.5米。
采用18米长的拉森-Ⅳ型止水钢板桩组成闭合的基坑支护结构。
承台基坑采用2层矩形支护结构。
深基坑围梁由三扣型号为40c工字钢组成；斜撑和连接撑由双扣型号为200H型钢组成。
为保证既有线行车安全，防止路基土方坍塌，靠近线路侧（承台西侧）钢板桩桩顶高程提高1米。
如下图所示。
深基坑支撑平面示意图
（2）力学验算
①已知条件：
（以最深的39号基坑为例）
地面高程：
3.1m，开挖底面高程：
-6.93m；
开挖深度：
10m；
土的容重加权平均值γ：
19KN/m3；
内摩擦角加权平均值Ф：
22°；
均布荷载q：
10.0KN/m2；
黏聚力c：
=24kpa；
基坑开挖长a=15.5m基坑开挖宽b=10.4m；
②外力计算：
作用于板桩上的土压力强度及压力分布图见图1所示：
ka=tg2（45°-φ/2）=tg2（45-22.0/2）=0.455
kp=tg2（45°+φ/2）=tg2（45+22.0/2）=2.198
板桩外侧均布荷载换算填土高度hq，hq=q/r=10.0/19=0.526m
钢板桩长18米，入土深度设为8.0米：
主动土压力Ea
Ea=【0.526+（9.5+8.5）/2】×（9.5+8.5）×19×0.455=1482.4KN/m2
被动土压力Ep
Ep=（19×8.52×2.198）/2=1508.7KN/m2
Ep＞Ea满足要求
钢板桩埋入深度为8米，为安全起见，埋深为1.2×8米=9.6米。
③基坑底的隆起验算
在软土中开挖较深的基坑，当钢板桩背后的土柱重量超过基坑底面以下地基土的承载力时，地基的平衡状态受到破坏，常会发生坑壁流动，坑顶下陷，坑底隆起的现象。
为避免这种现象的发生，施工前，须对地基进行稳定性验算，验算如下：
K=（2×3.14×c）/（q+γh）=（2×3.14×24）/（10+19×9.5）=0.79
式中K-抗隆起安全系数；
γ-土的容重加权平均值
Ф-内摩擦角加权平均值
q-均布荷载
c-黏聚力=24kpa；
④基坑底的管涌验算
t=【Kh′γw-γ′h′】/2γ′
=【1.5×（9.5-1）×10-（19-10）×（9.5-1）】/2×（19-10）
=2.83<8.5m（钢板桩入土深度）
故不会发生管涌现象。
式中：
t-板桩的入土深度;
K-抗管涌安全系数，取1.5;
h′-地下水位至坑底的距离，地下水位距地面1米;
γw-地下水重度，γw=10kn/m3;
γ′-土的浮重度;
⑤验算内支撑层数及间距
采用型号为40c的钢板桩作为内支撑，能承受的最大弯距确定板桩顶悬臂端的最大允许跨度h（见图9）：
h=3√（6[σ]W）/γKa=3√（6×200×105×1190）/（19×103×0.455）
=254.6cm≈2.55m
h1=1.11×h=2.80m
h2=0.88×h=2.24m
h3=0.77×h=2.00m
h4=0.7×h=1.79m
h5=0.65×h=1.65m
根据施工实际情况确定支撑位置如图4所示。
⑥横梁计算
横梁强度校核
以最大受力点作为计算参考：
计算h2处横梁承受土压力
pn=[γKaD（h+h1+h2+h3）]/2
=[19×0.455×7.59×9.59]/2
=314.6KN/M
F=pn（h+h1+h2）
=314.6×（2.55+2.8+2.24）
=2372KN
σ=F/A=2372×103/102×10-4=232MPa<[σ]=235MPa
故满足强度要求
稳定校核
40c工字钢查得i=15.2cm
由于两端固定，所以u=0.5
λ=ul/i=0.5×11.5/0.152=37.83<λp=132
临界应力：
σcr=（235-0.0068×λ2）=225.3
Fcn=225.3×106×102×10-4=2298KN
Fcn>F/Nst=2372/1.1=2156KN
稳定要求满足。
2.3.2基坑开挖
（1）开挖方案
深基坑开挖采用机械开挖和高压射水抽砂法相结合的方法，土方开挖按“先支护后开挖，分层支撑分层开挖”的原则进行。
基坑开挖分3个阶段进行，第一阶段开挖第一层砂土，采用挖掘机进行土方开挖，挖完安装第一层围梁支护结构；第二阶段开挖第二层砂土，使用加长臂挖掘机进行土方开挖，挖完安装第二层围梁支护结构；第三阶段开挖至设计标高，采用高压射水冲击砂土，将其打散，然后通过大功率高压泥浆泵将其抽出坑外，直至基坑设计标高。
（2）钢板桩插打、土方开挖、支撑安装方法
①插打钢板桩
插打钢板桩的施工顺序为：
施工准备→开挖平整场地→测量定位→插打钢板桩。
打桩前，首先将基坑施工范围内土层开挖下降2米，挖除原有路基山皮土层，露出砂层，为插打钢板桩施工创造工作面，并增加钢板桩埋入深度，加大了安全系数。
由测量人员根据各基坑平面布置图施放钢板桩边线，并撒白灰线，外侧设控桩。
钢板桩打入方式选择，板桩打设方式采用“单独打入法”。
这种方法是从一角开始，逐根大入，直至打桩工程结束。
钢板桩打设工艺程序：
测量定位放线→桩机导架安装机就位→测建桩机垂直和水度→吊车板桩就位插桩→套上桩帽→轻轻加以捶击→桩打设至标高→桩机移位→重度施工程序至打桩结束。
②土方开挖
基坑开挖顺序及支撑安装步骤如下所示：
开挖步骤一：
开挖第一阶段施工。
开挖至第一道围梁、牛腿位置，安装第一道围梁、牛腿。
如图所示。
开挖步骤二：
开挖第二阶段施工。
开挖至第二道围梁牛腿位置，安装牛腿、围梁。
如图所示。
开挖步骤三：
开挖第三阶段施工。
高压射水抽砂至基坑设计标高。
2.3.3基坑开挖注意事项
插打钢板桩结束后用短臂挖掘机开挖基坑，挖至第一层围梁的位置，此次开挖应多挖深一米给工人焊接牛腿留出空间，第一次开挖结束后由项目部技术人员用水准仪抄点，给出具体牛腿焊接位置，与此同时挖出的砂土应及时倒运，减少基坑周边荷载并为第二次出土留出场地。
待牛腿焊接完成后及时下围梁，首先下南北两侧方向的围梁，然后将事先下好的东西两侧的围梁放到南北围梁当中并焊接牢固，使其具有整体性。
然后将两侧鱼尾梁就位，在焊接斜撑和横撑之前应用长臂挖掘机挖出基坑的四个拐角的砂土，挖土范围以大斜撑位置为准，此次挖土不易挖出太多，以免在支护不完全的情况下钢板桩受力发生变形。
待四角土挖出后立即按照基坑支护图纸焊接剩余的围梁。
第一层围梁全部焊接完成后用长臂挖掘机继续开挖，由于受到第一层围梁影响第二层基坑内砂土无法完全挖出，所以用挖掘机和吸浆法配合施工。
由于机械开挖的效率比吸浆法要高，所以待机械挖不到土时再考虑吸浆法。
采用吸浆法前要用挖机在基坑中间挖出一个槽以便安放泥浆泵。
吸浆设备安装工作要快速进行，由于工作现场和大海较远，所以准备足够长的水管和接头，将在大海里的潜水泵和现场的离心泵连接起来，将两把高压水枪头连接至离心泵。
吸浆设备要选用合理的潜水泵和水管否则会造成供水不足、水压不够导致作业效率不高。
本工程采用每小时40m3扬程25m的大功率潜水泵和80mm的供水管保证有足够的水压作业。
待吸浆设备安装调试好后进行吸浆作业，此时要经常清理泥浆泵管防止贝壳碎片和石子堵塞发生“憋泵”现象。
由于基坑内有淤泥层，高压水枪无法将淤泥层吹散，所以现场作业时将淤泥层下面的砂层冲散吸走，此时淤泥层悬空掉落再用机械配合挖出淤泥，以此方法作业直至深度达到设计标高。
2.3.4基坑流砂处理
在基坑施工过程中时常会发生流砂现象，主要由于地质大部分由粉细沙构成，在强大的水压力挤压下，即使钢板桩只有一公分的缝隙，粉细沙也会随着流水不停的流进坑内，项目提前考虑到这种现象的发生，所以基坑开挖的范围适当的扩大，加大了承台作业区和钢板桩之间的间距，防止流砂流进承台作业区，给施工造成极大的困难。
经反复试验，优化方案。
最终决定在流砂区域采取堵塞的方法来抑制流砂。
在基坑开挖过程中就提前装填沙袋，编织袋不易装的过满，一般装满袋子的三分之二即可，然后将沙袋口系紧。
在流砂区域将有缝隙的钢板桩相邻的两颗桩用废钢筋连接起来，钢筋焊接间距以沙袋受压后不会挤出为准，一般间距为15-25cm。
钢筋焊接完毕将事先装好的沙袋填到钢筋网和钢板桩之间，由于在流砂过程中，基坑外侧会出现局部坍塌的现象，所以将外部坍塌的孔洞全部用沙袋及草帘填满。
同时在坍塌的孔洞四周用钢管圈起来，防止夜间施工人员不慎跌入坑内造成人员伤亡。
如果钢板桩的缝隙过大，可能会造成坑外孔洞填的沙袋直接流进坑内，这时可以将几个沙袋连接在一起，增加受力面积堵住缝隙。
这种方法既方便快捷，又节约了成本。
为纳潮河特大桥工程56个基坑圆满完成奠定了基础。
由于基坑一旦开挖会有很多客观因素，如雨雪天气，无疑给施工带来不便。
所以基坑一旦开挖就要加紧施工，合理安排各施工工序，压缩工序衔接的时间。
用最短的时间完成墩台工作，直至基坑回填完毕。
3.工程监测
3.1.钢板桩水平位移监测
基坑钢板桩水平位移观测点设置在基坑每边钢板桩上，每边设置1个测点。
观测点直接在钢板桩顶部刻“+”字标志，水平位移观测点在布设初始建立初读数，在基坑开挖当日起实施监测，每天监测2次，并建立观测记录。
3.2.周围建筑、环境监测
（1）、坑外地表水平位移和地表沉降观测
在承台基坑四周中央距基坑1~2米处各布置一个沉降、位移观测点，观测点顶部刻“+”字标志，并埋设穿入路基面，测点须做好保护，避免外力产生人为沉降。
坑外水平位移和地表沉降观测点在布设初始建立初读数，在基坑开挖当日起实施监测，每天监测2次，并建立观测记录。
（2）、铁路施工过渡便线沉降、位移观测
承台基坑开挖紧靠铁路施工过渡便线，基坑开挖势必会对铁路便线造成影响。
承台开挖前，在铁路施工过渡便线路基坡脚处设置3个位移、沉降观测点，位置如图20所示：
3.3.测量仪器及方法
水平位移测量选用精度2″级的全站仪进行监测；沉降观测采用水准测量精密水准仪，按二等水准要求。
所有观测点均在基坑开挖前设置，并记录初读数。
进行监测的控制点必须采用施工用控制点，并经常进行复核。
3.4.监控预警指标
（1）支护结构的最大水平位移已大于基坑开挖深度的1/300。
（2）周围不均匀沉降已大于地基基础设计规范规定的允许值。
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