軟土地區(qū)深基坑支護設計實例分析

/軟土地區(qū)深基坑支護設計實例分析杭州市勘測設計探討院邊俊波浙江省綜合勘察探討院李根華【摘要】通過對軟土地區(qū)某深基坑支護工程的實例分析，揭示了在軟土地區(qū)進行深基坑支護設計的特點及難點，分析了圍護樁、樁間擋土方式及對周邊環(huán)境的影響程度，為今后類似深基坑工程設計供應了依據并積累了閱歷。0引言

目前由于土地資源趨緊，高層建筑不斷涌現(xiàn)，城市土地利用對提高容積率的須要以及建筑結構及功能上的要求，地下工程已由過去的一層發(fā)展到二層或三層，開挖深度也相應增加。目前在軟土地區(qū)深基坑支護方法較多，但問題也不小。本文通過某深基坑支護設計實例分析，揭示了在軟土地區(qū)進行深基坑支護設計的特點及難點，并提出了設計、施工防止措施。1設計基坑的基本狀況1.1工程概況

本工程位于瑞安市安陽新區(qū)，基坑平面尺寸為75m×140m，地下室占地面積近9000m２，工程由A、B、C座三幢單體組成，其中B、C座設二層地下室，地下一層樓面標高-3.85m、地下二層樓面標高分別為-7.65m和-8.40m，基坑開挖深度7.70m～9.05m，電梯井局部開挖達11.20m；A座設一層地下室，基坑開挖深度3.85m～5.35m。工程樁接受700mm～800mm鉆孔灌注樁，基坑周邊接受上翻地梁，全部承臺均下翻。本次設計對象為B、C座地下室基坑。1.2場地土構成和特征

依據巖土勘察報告，基坑開挖及影響范圍內的地層分布如下：

①-1雜填土：灰、黃灰色，稍濕，松散狀。成分為碎石、礫砂及粘性土，夾雜生活及建筑垃圾，土質不勻整。層厚0.5m～1.3m。

①-2粘土：褐灰、灰黃色，可塑～軟塑狀，中高壓縮性。含少量鐵錳質氧化斑點或結核。層厚0.5m～2.2m。

②-1淤泥：灰、青灰色，流塑狀，高壓縮性，水平微層狀構造。局部含少量粉細砂、貝殼細碎片及半炭化植物殘屑。全場分布，層厚比較平均，達12m左右。該層土含水量高達58.8%。②-2淤泥：灰、青灰色，流塑狀，高壓縮性，水平微層狀構造。局部含少量貝殼細碎片及半炭化植物殘屑。全場分布，厚度達13m左右。該層土含水量高達65.7%。

③淤泥質粘土，灰色，軟塑狀（局部可塑狀），高壓縮性，水平微層狀或鱗片狀構造。局部含少量粉細砂，偶見貝殼細碎片及半炭化植物殘屑。全場分布，厚度為9.2～17.1m。

各土層主要巖土工程特性指標見表1。表1各土層主要巖土工程特性指標層號巖土名稱γ(kN/m3)c(kPa)φ(°)①-1雜填土18.08.010.0①-2粘土18.516.012.0②-1淤泥16.58.06.8②-2淤泥16.07.06.5③淤泥質粘土18.21010注：c、φ值為固結快剪指標本場地地下水主要為上部淺層粘性土中的孔隙潛水和下部埋藏較深的圓礫層中的微承壓水。上部淺層粘性土中的孔隙潛水主要接受大氣降水和員當橋河水的補給，且具季節(jié)相關性，該層屬弱透水層，滲透系數(shù)一般在10-6～10-8cm/s數(shù)量級之間。下部圓礫層埋藏比較深，在地面下69米左右，屬微承壓水層，對本工程基坑開挖沒有影響。場地內地下水對混凝土具弱腐蝕性，屬分解類腐蝕；對氧能自由溶入地下水的鋼結構和干濕交替環(huán)境下的鋼筋混凝土結構中的鋼筋具有中等腐蝕性。1.3基坑周邊環(huán)境條件基坑東側為火車站南路，已建成通車，人行道距離基坑最近處僅有2.4m，道路靠基坑側人行道上分布有電力管線、通訊管線；北側為規(guī)劃道路，基坑距離該側道路紅線僅為4.5m；東南角為已施工的安陽廣場，為該市重點工程，已建立完畢，其主體結構距離基坑18米左右，廣場道路外邊線距離基坑只有6～7m，道路鋪設的均為花崗石，廣場主體結構和道路內邊線間為斜坡綠化帶，綠化帶填土最大高度達3.0m；基坑西側為A座地下室基坑，和本基坑相連。場地北側距離基坑60～75m為員當橋河（內河）?；又苓叚h(huán)境狀況詳見附圖1。附圖1附圖22基坑支護方法選擇2.1基坑特點

(1)本工程B、C座樓有兩層地下室，基坑開挖深度比較大，車庫部分板底的挖深為7.7m，B、C座承臺比較密集，到承臺底的開挖深度為8.3m，電梯井局部挖深達11m；A座樓開挖深度較淺，到板底淺區(qū)開挖深度為3.85m，深區(qū)開挖深度為4.75m；

(2)場地周邊空間比較驚惶，離周邊道路紅線比較近，基坑東面的車站南路上的管線也比較多，南面為安陽廣場；

(3)場地地質條件差，淤泥層巨厚且含水量極高，蠕變性強，地基承載力極低；

(4)基坑形態(tài)困難、平面尺寸大，施工工期長，基坑暴露時間比較長；2.2基坑支護方案比較分析

(1)土釘墻方案本工程場地比較小，不具備放坡條件和卸土條件，基坑開挖深度范圍內全部為淤泥土層，土釘抗拔力低，效果很差。且本場地周邊環(huán)境比較困難，周邊道路管線及建筑對地面沉降特殊敏感。本方案牢靠性差。

(2)地下連續(xù)墻方案該方案施工技術要求較高，造價也高，為確保地下室外墻不滲水，常設襯墻，這樣即增加了費用，同時也減小了地下室的空間。本方案經濟性差。

(3)排樁加一道內支撐方案假如支撐設在地下一層樓面以下，當支撐拆除后，圍護樁的懸臂高度很大，對圍護樁的受力不利，位移難以限制。假如支撐設在地下一層樓面以上，經過試算，樁身彎矩和支撐軸力均很大，造成鉆孔樁及支撐成本偏高。另外，接受一道支撐時，由于坑底土性質差，為保證支護體系本身的穩(wěn)定性，圍護樁的插入深度大，同時為了限制坑底的土體位移，被動區(qū)土體還需進行大量的加固。本方案平安性和經濟性差。

(4)排樁加二道內支撐方案接受鉆孔樁加內支撐的方案是比較經濟合理的。該方案屬傳統(tǒng)的基坑圍護方式，技術成熟，施工質量簡潔保證。通過對支撐在豎向和平面內的合理布置，可使土體變形得到有效限制，同時樁身彎矩又比較小，從而達到平安性和經濟性的最佳平衡。本工程接受該圍護體系，樁間擋土接受專家提議的噴射砼方法。3基坑支護設計3.1基坑支護分區(qū)

一般狀況支護結構應依據基坑開挖深度、土層條件、基坑周邊環(huán)境狀況進行分區(qū)計算。本工程場地土層條件基本上比較平均，周邊地梁均接受上翻形式、承臺下翻，基坑開挖深度分別計算至板底和承臺底：對周邊承臺較小(主要為單樁承臺)且分布稀疏處取至板底標高，對承臺尺寸較大且分布較密集處取至承臺底標高。本工程分三個計算分區(qū)：開挖深度分別為7.70m、8.30m、9.05m。3.2支護結構設計

擋土體系：分區(qū)一，開挖深度7.70m，接受700直徑鉆孔灌注樁，樁間距900，樁長22.4m；分區(qū)二，開挖深度8.30m，接受800直徑鉆孔灌注樁，樁間距1000，樁長24.0m；分區(qū)三，開挖深度9.05m，接受800直徑鉆孔灌注樁，樁間距1000，樁長26.0m；樁凈距200mm，樁間噴射砼防止擠土。樁身混凝土強度為C25。

坑內凹凸差：電梯井均位于基坑中間布置，其大承臺尺寸為5.8m×8.8m，承臺底和周邊底板底按60度設計，其高差為3.25m。圍護方案接受鋼板樁結合小角撐和對撐支護處理。

支撐體系：設二道砼內支撐，第一道支撐面標高-1.65m、其次道支撐面標高-6.35m。全部支撐結構均接受C30現(xiàn)澆砼，冠梁截面為1000×700，腰梁截面為1100×800，支撐截面尺寸分900×900、800×800、600×600三種。支撐體系平面布置見附圖2。

支撐豎向布置：支撐豎向布置時應有效限制土體變形（包括淺層的和深層的位移），同時樁身彎矩又要比較合理，另外兩道支撐間的間距要保證挖土機械和運輸車輛可以干脆下坑作業(yè)，各層樓板施工的便利性以及換撐的處理。本工程共設48根支撐立柱樁，其中利用工程樁作立柱樁的有16根。立柱樁接受鉆孔灌注樁，坑底以上的部分接受“口”字形格構鋼柱，鋼構柱插入鉆孔樁中2.0m，立柱樁施工前應將鋼構柱和鋼筋籠焊接后一起置入。鋼構柱上應設置止水鋼片，止水鋼片應在基坑開挖至坑底后、澆注底板前于底板中部焊上。

施工依次：由于本基坑西側即為A座地下室基坑，開挖深度在3.85m～4.75m之間，由于A座地下室基坑接受土釘墻施工，假如兩者的施工依次支配不合理，將會對本基坑支撐體系造成很大影響。設計要求A座地下室基坑在本基坑施工至地下一層樓板并且換撐完成后開挖土方。3.3基坑監(jiān)測設計

由于地下工程有許多不行抗拒和難以預料的因素，可能使圍護結構失穩(wěn)，甚至造成基坑坍塌。通過監(jiān)測，可以剛好駕馭基坑變形、圍護結構受力狀況及相關因素，駕馭基坑開挖對周邊環(huán)境影響程度，對施工限制和指導施工起重要的作用。所以，基坑圍護監(jiān)測必不行少。本工程布置的主要監(jiān)測項目有：土體深層位移監(jiān)測、水位觀測、支撐軸力監(jiān)測、圍護樁及支撐立柱樁沉降觀測和周邊環(huán)境沉降觀測等項目。見附圖2。3.4基坑降(止)水系統(tǒng)設計

本工程場地在基坑開挖深度范圍內及坑底相當深度范圍內均為不透水層，故不需進行特地降水設計，只需進行簡潔的排水即可。本工程在基坑頂部周邊設置貫穿的地面排水溝，排水溝每隔40m設一集水井，全部場地內地面雨水、施工廢水經排水溝、集水井至少一級沉淀后方可排入市政管網中。施工過程中，在基坑內視實際狀況設置臨時的排水溝和集水坑，臨時排水溝和集水坑應在離開圍護樁邊至少4.0m以外設置。3.5基坑支護施工效果分析

位移監(jiān)測值偏大地下室施工至±0.000時位移監(jiān)測在57.2mm～122.59mm，平均75.66mm，超出設計限制位移值較多。其中最大位移122.59mm發(fā)生在CX6號孔處，該孔位置在挖土過程中出現(xiàn)過樁間流土現(xiàn)象，當日日位移超過50mm，造成測斜孔破壞，后在旁邊補打一只測斜孔，位移值進行累計。依據位移監(jiān)測曲線來看，全部測孔最大位移均發(fā)生在基底以下2.0m～基底以上0.5m之間的位置，和設計狀況基本相符。樁間流土、土體蠕變變形及其次道支撐施工時間較長是造成位移值偏大的主要緣由。

第一道支撐軸力設計最大值為3896kN，位于編號ZL-1的對撐桿件上，發(fā)生在其次道支撐拆除后的工況，實際監(jiān)測最大值為3500kN，軸力值的大小、產生的工況同設計狀況比較接近；其次道支撐軸力設計最大值為8250kN，實際監(jiān)測最大值為5050kN，比設計值小近40%，究其緣由，可能是其次道支撐施工時間過長，土體應力釋放較完全而導致實際軸力比設計值小許多，從圍護樁外側土體位移監(jiān)測就可說明這一點。

樁間流土基坑開挖期間，由于挖土和樁間噴射砼協(xié)作不合理，基坑邊共有6～7處發(fā)生樁間流土現(xiàn)象。基坑北側的寺廟無法拆除，土建設計單位將地下室進行了調整，圍護邊線在該處形成了一只內陽角。在挖土至其次道支撐標高以下土方時，該處出現(xiàn)了較大的樁間土流失，場立刻實行了應急措施：坑內回填土方，坑外設置警戒區(qū)，土體穩(wěn)定后用鋼板焊接在鑿出的圍護樁主筋上進行封堵，挖至基底標高后，該區(qū)域首先鋪設墊層封底。

施工結束后，基坑周邊的地面沉降在24mm～54mm之間，廣場主體和旁邊綠化帶交界處出現(xiàn)了較大的豎向裂縫，最大裂縫寬度有50mm左右，距離基坑邊20m左右。廣場主體結構為樁基礎，綠化帶為回填的斜坡，填土高度或許有3.0m，從主體結構坡向地面道路。依據沉降觀測發(fā)覺，廣場主體結構沉降僅有2～3mm，廣場路面沉降在10～20mm之間，最大沉降發(fā)生在綠化帶上，達54mm。分析其緣由，估計是由于樁間土體流失、土體蠕變變形及回填土自身固結沉降引起。4結論

(1)淤泥土蠕變性強，基坑工程設計時應引起足夠的重視，接受排樁支護時樁間應實行有效的措施防止樁間土體流失。對于二層地下室，排樁支護時接受樁間噴射砼防擠土效果不明顯，建議接受水泥攪拌樁進行嵌樁或在圍護樁外側單獨設置防止樁間擠土的措施。

(2)基坑邊線設計時應盡是避開出現(xiàn)內陽角，特殊是在軟土深基坑中，陽角處易形成應力集中，成為圍護體系中的薄弱環(huán)節(jié)。

(3)