淤泥质粘土地基基坑开挖施工经验

淤泥质粘土地基基坑开挖施工经验王坊摘要：由于在特殊的工程地质条件和水文地质条件下施工经验的不足，在天津滨海高新区起步区规划路十道路与排水工程的施工过程中，出现了由于各种原因引起的沟槽边坡坍塌现象。通过对理论与实践的反复研究，总结出了一套切实可行的施工技术方案，为今后同类工程施工提供借鉴。关键词：工程地质条件、水文条件、沟槽边坡、选择坡比、集水井排水、逐段施工。天津市地处渤海湾，位于华北平原与渤海交接地带。天津市地质为陆相沉积和海相沉积交错地带，地质条件复杂，地下水位高，软基多。目前公司三分公司承建的天津滨海高新区起步区规划路十道路与排水工程施工地点位于天津市东丽区和塘沽区交界地带，距渤海湾仅40余公里。一、工程地质条件：天津市地质工程勘察院出具的《天津滨海高新技术开发区起步区道路、桥梁、排水工程岩土工程勘察报告》指出，本区场地地层分布主要分为8个工程地质层；结合项目部承接的规划路十道路与排水工程实际情况，沟槽开挖深度基本在4m～7m之间。在这个深度范围内，主要涉及8个工程地质层中的前三个地质层，即人工填土层、第Ⅰ陆相沉积层和第Ⅰ海相沉积层。这三个工程地质层根据土层特征、工程地质性质进而又分为以下工程地质亚层：1、人工填土层：杂填土、杂填土、淤泥2、第Ⅰ陆相沉积层--粘土黄褐色～灰黄色，呈可塑状态，土质均匀，含锈斑，局部有少量有机质，厚度在0.7m～3m之间。结合实际开挖情况分析，该层土质并不均匀，其中夹杂大量淤泥质粘土，局部地区甚至反应不出粘土土质，稳定性较差。3、第Ⅰ海相沉积层--淤泥质粘土灰色，流塑，含有机质及贝壳碎片，土质不均匀，夹有粉土团块。该层分布普遍，厚度在5.5m～8m之间，属高压缩型土层。结合实际开挖情况分析，规划路十施工范围内主要为该层，且据设计沟槽开挖高程，沟槽开挖基本挖至该层结束。淤泥质粘土层往下还分布有粉土、粉质粘土、粉土和粉质粘土各层，因工程施工涉及不到，此处不再赘述。综合分析本工程地质条件，开挖区穿越陆相冲积土层及海相冲积土层，二者交叉分布，稳定性较差。二、水文地质条件本场区内浅层地下水属第四系潜水，主要由大气降水补给并以蒸发方式进行循环。根据天津市地质工程勘察院出具的《天津滨海高新技术开发区起步区道路、桥梁、排水工程岩土工程勘察报告》内容，勘察期间场地静止地下水位埋深在0.3m～3.5m之间，高程为-0.58～2.10m。总体来说，项目部承建的规划路十道路与排水工程施工范围内属地下水位较高区域。在实际进行沟槽开挖施工过程中，容易出现开挖后地下水渗出致使泡槽现象。三、工程施工情况项目部承建的规划路十道路与排水工程雨污水管道基础高程高差不大，雨污水管道沟槽开挖基本上是雨污合槽施工，挖深在4m～7m之间。由于此次是分公司第一次进入天津市场，针对淤泥质粘土的地质条件施工经验不足，项目部在组织施工过程中遇到诸多困难，主要是沟槽边坡坍塌现象，经总结其原因主要如下：1、沟槽边坡塌方由于对淤泥质粘土土质施工情况不熟悉，组织施工时侧重于考虑设备使用量、工作量及降低成本等方面，在开挖时将沟槽边坡坡比控制在1：1左右。在地质条件相对较好时，沟槽边坡可保证稳定性，满足施工要求，但是遇到淤泥质粘土较集中地段，就极易发生边坡坍塌或滑坡等问题，一旦发生就要进行返工，费工费时。2、泡槽和晾槽项目部开工前期由于考虑到实际施工期限较紧张，为保证施工进度，决定分段进行施工，将工程全线划分为三个施工区域，引进三个施工队伍同时进行管线施工。但是随着工程的进展，管道安装进行到一定程度后，由于项目部对沟槽回填工作认识不充分，尤其是设备配置和回填土源两大方面准备不足，管道安装完成的沟槽迟迟不能回填。随着地下水慢慢渗入到沟槽以及天气原因造成的降水，沟槽就有明水积聚，形成泡槽。随着地下水的冲刷和长时间明水浸泡，极易造成边坡失稳、塌方。3、边坡顶荷载超限项目部在施工过程中，为方便设备运行和物资材料等运输，在沟槽西侧利用砖碴（拆房产生的建筑垃圾）修筑了一条施工便道，将沟槽东侧场地作为弃土场，沟槽开挖出的土方甩至沟槽东侧堆放。在施工过程中，由于施工机械自重较大，运输材料的车辆也动辄几十吨，反复在施工便道上行走，其动荷载扰动边坡，致使边坡侧滑。同样，沟槽东侧弃土如果距离边坡较远对边坡影响不大，如若受场地限制距边坡较近，其静荷载也极易使边坡发生侧滑现象。工程进行初期，项目部对发生的情况进行仔细分析、逐渐摸索，总结经验和教训，在后续承接的各工程中，对各种条件综合考虑；每项工程开始施工前，对施工现场进行勘察，根据工程勘察和现场实际情况，制定切实可行的施工技术方案并认真组织实施。四、施工技术方案1、沟槽开挖边坡稳定性保证措施：沟槽开挖边坡稳定性保证措施主要有两种，一是加大沟槽开挖边坡，利用土体自身强度保持边坡稳定；二是采取基坑支护措施，如利用木排桩、钢板桩支护两侧边坡，以保证边坡稳定性。综合两种保证措施进行比较，第一种措施会使开挖工作面增大，开挖工程量和回填工程量增加，但利于施工；第二种措施可一定程度上减少土方开挖量和回填量，但增加了支护施工的工程量及费用。通过对两种措施的比较，结合规划路十施工实际情况，同时考虑后续路基处理施工，采取第一种加大开挖边坡的方法比较合适，既经济，且方便施工。采用加大开挖边坡方法保证沟槽稳定，选择坡比是关键，根据设计图纸对管道沟槽的开挖要求，规划路十段沟槽开挖按照槽深不同采用以下坡比：1）、当槽深小于4m时采用梯形槽形式当槽深小于2m时，边坡采用1：2；当槽深在2m～3m之间时，边坡采用1：2.5；当槽深在3m～4m之间时，边坡采用1：3。2）、当槽深大于4m时采用混合槽形式施工，施工方法见下图：在沟槽开挖施工过程中，开挖土方应随挖随清理，堆土距离应在沟槽上口边线10m以外，10m以内除不能堆土外，还不能堆放重物，避免因荷载过大导致沟槽边坡失稳。在沟槽开挖过程中及沟槽成型后，沟槽两侧槽顶应避免振动荷载，严禁大型施工设备及运输车辆频繁在槽顶附近活动，防止因动荷载造成的边坡失稳。沟槽成型后应尽快进行管道安装及沟槽回填施工，避免因长时间晾槽造成地下水渗透至槽内而泡槽，引起边坡失稳。因为槽底部分土质也属淤泥质粘土，管道基础直接坐落在土层上，不再进行处理，所以在沟槽开挖施工中应注意，槽底部分不能使用机械一次开挖到位，应预留30cm人工清除，以保证管道基础的稳定性，避免出现基础沉降现象。2、地下水控制措施沟槽开挖成型后，由于进行管道基础、管道安装等工序的施工，需要一定的时间和周期，尤其是管径1.5m以上的雨水管道施工，其基础是混凝土h(h=H-2)2mH1:21:2基础，浇筑完成后需养护至一定强度方可进行管道安装施工。在这段时间内，由于本区地下水位较高，沟槽开挖过程中和成型后，沟槽两侧的地下水，在其自重和其自身流动性的特性下，势必向沟槽内渗透，积聚在沟槽内形成泡槽现象。泡槽对沟槽槽底及边坡损害较大，极易造成管道基础及沟槽边坡失稳。在本区地下水位高且地下水极其丰富的条件下，想要阻止地下水向沟槽内渗透十分困难，可行的方法是将渗入沟槽内的地下水导流至集水槽，再通过强排及时排出。项目部结合现场施工情况，并参考其他施工单位的成功经验，采取排水沟、集水井法排水。沟槽开挖成型后，立即在沟槽槽底两侧各挖50cm宽排水沟两条，每隔50m设置集水井一个，集水井内设置水泵一台，每当集水井中积水达到一定程度就利用水泵将水排出沟槽，做到干槽施工。综合考虑施工设备、材料投入等各种因素，结合本区特殊的地质条件，施工中不宜多点开花，通过采取集中人力物力，逐段施工的方案，开挖、铺管、回填一气呵成，成功解决了淤泥质土边坡稳定和地下水位高的难题，为其他类似工程施工提供借鉴。