软土地基基坑开挖的施工技术分析

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　　摘要：本文结合工程实例，对软土地基基坑开挖的施工技术作了详细分析，供参考。
　　关键词：软土地基；土方开挖；预应力管桩；偏桩或断桩；施工技术
　　一、内容、特点
　　1、工程内容：某占地面积约59461平方米，本工程基坑土方开挖工程量约35万立方米，基坑开挖深度为4.8米。 （人防位置为5.95米）基坑围护采用“放坡+格栅式重力式挡墙”支护方案。
　　2、特点：（1）地勘资料显示，工程在-2.5～-12m之间存在淤泥层，呈流塑状，该层淤泥具有低承载力、高压缩性、高灵敏性等特点，工程性质极差；（2）土方开挖时，淤泥容易出现滑坡，滑坡推力超出管桩最大允许水平推力；（3）在土方开挖时，施工机械或运输车辆作业产生的动荷载作用于淤泥，容易产生土体侧压力过大造成已完工的预应力管桩偏位或断桩。
　　二、地质情况
　　本工地自地表分层为素填土、淤泥层、各种粉粘土及淤泥质土，夹有粉砂、粉砂质土和粉土，全、强风化岩层。淤泥顶标高大部分都在-2.5～-3m范围内，最深在-6m～-12m之间，呈流塑状。该工程大开挖面深度为4.8m（人防区深度为5.95m），因此地下室底板和桩承台基础施工基本都处于淤泥层中。
　　淤泥的主要物理力学指标是：天然密度平均值1.55g/cm3，含水量平均值72.2%，孔隙比平均值1.924，粘聚力平均值7.3Kpa，内摩擦角平均值3.8°。该层淤泥具有低承载力、高压缩性、高灵敏性等特点，工程性质极差。
　　根据该土层的特点和郴州地区其他工地的情况，基坑土方开挖时可能会出现以下情况：开挖时流塑状和软塑状淤泥会往上涌及水平流动，造成工程桩严重倾斜或位移断桩而破坏。
　　以下是各土层的主要物理力学性质指标统计表：
　　
　　
　　三、管桩施工情况
　　本工程管桩施工采用PHC-125-A型管桩，单桩承载力特征值4200KN。从施工情况表明，大部分管桩都在-3～-4m。基础管桩大多在大开挖面以上，在土方开挖时由于软土抗剪强度很低，开挖过程中产生的水平推力容易造成基础管桩偏位或断桩情况。
　　
　　 四、方案选择
　　根据工程实际情况，为了避免或减少在开挖过程造成管桩的偏桩和断桩，开挖前，考虑如下几个方案：
　　方案一：第一层约2m土方采用机械开挖后，工人在流塑状淤泥上行走极端困难，且不排除有安全隐患，并将造成淤泥越走越稀，不能完全排除偏桩的风险；工期长，功效低，造价较高。
　　方案二：先采取插排水板或袋装砂井进行堆载预压后，再进行土方开挖。插排水板或袋装砂井后，流塑状固结排水需要180天以上的时间，不能完全排除偏桩的风险；工期长，投资高。
　　方案三：采取搅拌桩进行软基处理后，再进行土方开挖。本方案将淤泥固结后，运土机械在专用车道行走，承台侧面和底板有搅拌桩保护，将大大降低偏桩的风险；工期较短，投资非常高。
　　方案四：在基坑内设置钢栈桥作为工作平台，作为翻斗机和自卸汽车行走路线进行土方开挖。本方案通过钢栈桥作为机械设备行走路线，不对土体进行扰动，大大降低管桩出现偏桩的风险；由于受工作面影响和车辆行驶路线影响，开挖过程中工期长，造价较高。
　　方案五：在±0.00铺砖渣或碎石修建车辆行驶便道，设置挖掘机工作平台，进行分层分段、淤泥土转运施工。通过在原地面设置车辆行驶路线和挖掘机工作平台，分层开挖降低桩两边土体的高差，达到降低水平土压力对管桩的影响。本方案通过降低对土体的扰动，降低偏桩的影响。工期适中，投资较小。
　　通过以上方案比较，从工期和投资等方面进行综合考虑，结合项目情况，方案五是最优选择。
　　五、可行性分析
　　1、单桩水平承载力设计值Rh计算
　　以地勘孔K6与附近管桩施工情况如下所示：
　　 根据《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-94）计算单桩水平承载力设计值 Rh，桩侧土水平抗力系数的比例系数 m根据该岩土层的土体特性和经验取 4MN/m4（随着开挖深度加深，要对应不同土层调整取值）。根据经验偏移量小于500mm的桩较少断裂，本工程单柱下的单桩之桩中心位置容许偏差为80mm；承台2～4根时的偏差为100mm，施工时考虑桩结构的安全和变形累计的影响，桩顶容许水平位移 χoa 取10mm，桩顶为自由约束，最后计算入下式：
　　Rh = =＝59.4KN
　　在土方开挖中，保证土方的水平推力小于该推力就可以保证管桩不至于较大的偏移。
　　2、滑坡推力的计算分析
　　放坡原则就是保证水平推力不要超过该值，利用理正岩土系列5.1版中的边坡稳定分析模块进行计算分析，以便寻找合适的水平推力。见下简图
　　2-1、分层开挖厚度的验算：
　　管桩顶以下开挖深度2.6m（即一次性挖到基坑底），其滑坡推力水平分力为113.97KN，超过管桩安全位移允许的水平推力，故不可行，往下调低开挖深度,当管桩附近分层开挖1m时：其滑坡推力水平分力为54.64KN，小于管桩安全位移允许的水平推力，故可行。
　　
　　
　　图3 管桩周围土方分层开挖时的水平力计算简图
　　2-2、挖掘机作业时边坡稳定性的验算
　　2-2-1、没有挖掘机的时候，其安全系数达3.32，可以满足土坡自身稳定，但这样不可以进行机械化作业，将影响工程进度；计算过程详见附件。
　　2-2-2、挖掘机直接作用在土方平台上，但由于应力过于集中，导致其安全系数仅为0.804和0.731，不满足安全要求。
　　
　　
　　2-2-3、在2的基础上提出加铺6m×6m×10mm的钢板的，分散其应力（按浅基础应力等分布，通过加大动力系数转化为静力计算），200/5/6=6.7KPa，小于地基承载力40 KPa，不会发生剪切破坏，计算时取10KPa，安全系数为2.129，满足要求。
　　
　　2-2-4、深层滑动验算，主要考虑2个平台之间的关联性，经验算，其安全系数为1.353，不用担心深层滑动的影响。
　　
　　六、开挖技术
　　1、降排水措施
　　本工程的勘测报告数据显示，实测孔的地下水位埋深位于-0.31～-0.95米之间，基坑土方开挖前，每20m设置一个降水井（具体位置现场确定，以不影响运输道路设置）。
　　2、施工便道设置
　　严格按照基坑平面布置图设置临时便道，临时便道在基坑内填50cm的碎石或砖渣，并用挖土机整平、压实。
　　3、开挖平台
　　减少挖土机施工操作时对基坑土体的扰动，减少淤泥层土体的变形，选用以下几种方法设置开挖平台：
　　（1）对于地质条件较好的区域，直接下挖掘机或者垫钢板做为转运平台进行土方转运；
　　（2）对于淤泥厚度较深的区域，采用打木桩后上面垫钢板作为转运平台，减少挖土机施工操作时对基坑土体的扰动，平台面积6米×6米。
　　4、开挖方法
　　 （1）挖土机首先开挖±0.00至标高-2.0米之间的素填土和填砂，开挖过程中，运土车辆必须始终在±0.00原地面的临时施工便道上行驶，开挖下一层淤泥可通过-2.0米的转运平台进行转运。
　　（2）挖土机开挖标高-2.0米至-3.5米之间的土层时，先铺设钢板，本层分两次开挖，开挖深度控制在1米内，转至±0.00，直接装卸进运土车辆上。挖至有管桩的范围时，先把管桩周围的土对称挖除，平衡土体的侧向压力，配合人工开挖。
　　（3）标高-2.0米～-3.5米土层开挖完成后，流水施工区域内伸出-3.5米标高面的管桩，如超过土面0.5米以上的将其切除。
　　（4）在标高-3.5米设置操作平台；操作平台的基础或用木桩，挖土机操作平台6.0 m×6m，减少挖土机扰动下面土体稳定性。
　　（5）标高-3.5米～-4.6米分两次作业，开挖深度控制在0.8米内。土转至-2.0米的转运平台，再经转运直接装上停靠在原地面的车辆。
　　（6）当坑底形成一定的工作面后，小挖机下坑底进行桩间土和承台土的开挖并由人工配合清底，并依流水施工方向后退。
　　（7）运土车辆必须始终在临时施工车道上行驶。当开挖到基坑底时，立即做好基坑底明沟排水系统，以确保排水通畅。基坑土方开挖时，应注意保持平衡开挖，左右开挖面的高差不得大于1米。
　　七、偏桩或断桩预防措施
　　1、淤泥层应分层施工开挖，每层的开挖深度控制在1米内，开挖管桩附近的土方时要平衡开挖的原则，以减少土体的侧压力影响甚至导致破坏管桩的质量。
　　2、基坑开挖过程中严禁超挖、抢挖，严禁“大锅底”开挖，开挖应自上而下进行。遇到管桩高出挖土面达0.5米以上，立即对管桩进行截桩，避免挖掘机碰撞管桩，导致坏桩。
　　3、在开挖过程中运土车辆在原土面上的施工临时便道行走，挖掘机在工作平台上工作，减少扰动土体，导致土体产生流动的“势能”。
　　4、除小型挖土机外，其它施工车辆、机械不得进入淤泥层面上。
　　5、在场区内设置观测点，开挖过程中，时刻对管桩进行监测，如发现问题，立即停止开挖，及时进行反压土等处理方法进行处理。
　　八、实施效果
　　开挖后对管桩进行桩位、桩连续性和桩承载力进行检测，管桩质量满足设计和施工规范要求，没有出现由于挖土而导致的大面积偏桩或断桩情况发生。
　　
　　
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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