昆明軟土地區(qū)基坑支護設計研究

云南建工基礎工程有限責任公司 昆明 650501

1 工程概況

背景工程位于昆明市西山區(qū)陸家社區(qū)片區(qū)，項目占地面積約23 333.45 m2，規(guī)劃總建筑面積123 707.5 m2。項目整體設計2 層地下室，規(guī)劃地下建筑面積30 730.0 m2。

基坑開挖深度11.1 m，基坑周長530 m，工程樁采用800 mm鉆孔灌注樁。場地東臨規(guī)劃道路及清水河河道，南側緊靠日新中路（十里長街），距離日新中路約17 m，日新中路寬30 m，北側、西側為規(guī)劃道路，規(guī)劃道路寬15 m，規(guī)劃道路對面為擬建場地，西側規(guī)劃道路作為主要施工道路。

2 工程地質

根據(jù)基坑專項報告，基坑開挖土層自上而下為：①雜填土，②黏土，③泥炭質土，③1黏土，④黏土，④1粉土，⑤黏土。

3 基坑支護方案比選[1,2]

在深基坑支護中主要采用的支護形式有：放坡+土釘墻支護、排樁支護、樁錨支護、內支撐支護4 種。根據(jù)昆明軟土地區(qū)支護形式主要采用內支撐和樁錨支護形式，單獨排樁支護和放坡+土釘墻支護形式應用很少，主要原因是軟土地區(qū)土質較差，單獨排樁支護樁主要應用于單層地下室開挖深度較小的基坑，2 層地下室采用支護樁支護則位移過大，采用放坡+土釘墻支護造成坡腳不穩(wěn)定，容易造成坍塌。

根據(jù)基坑勘察專項報告，本基坑開挖深度范圍內存在厚5 m左右的泥炭質土層，有機質含量較高，錨桿抗拔力較低，效果較差，本基坑支護設計中重點考慮泥炭質土層的處理。基坑周邊環(huán)境見圖1。

圖1 基坑平面示意

（a）基坑東側為規(guī)劃道路，路另一側為改道的清水河河道，河道距基坑開挖邊線距離20～35 m，規(guī)劃道路為施工道路，周邊不具備完全放坡條件。

（b）擬建基坑南側緊鄰日新中路，基坑開挖邊線距道路邊線約17 m，具備適當放坡條件。日新中路范圍地下管線較多，因此該段支護方案設計及施工過程中均需對照地下管網圖，注意避讓地下管網。

（c）擬建基坑西側緊靠規(guī)劃道路，現(xiàn)地表無任何既有建（構）筑物，規(guī)劃道路為主要施工道路，只具備局部放坡條件。

（d）擬建基坑北側為西山區(qū)城中村改造B地塊用地范圍，周邊環(huán)境較為簡單，具備適當放坡條件。

為了盡量節(jié)省造價，考慮到工期比較緊，結合基坑周邊環(huán)境及以往工程實例，基坑北側具備放坡支護條件，整個基坑不適合采用全內撐支護形式，并且內支撐施工工期長，造價高，支護形式主要從樁錨支護形式考慮。

基坑東側與西側緊鄰規(guī)劃道路，采取支護樁+錨索進行支護，按照傳統(tǒng)錨索設置形式設置斜向錨索，泥炭質土埋深在地面以下3～10 m位置，支護樁第1道和第2道錨索錨固段在泥炭質土層中，造成錨索拉力較小，樁頂位移較大，為了保證基坑安全，結合基坑周邊環(huán)境，在距離基坑20 m處位置設置錨樁，支護樁第1排錨索與錨樁相連，通過錨樁提供錨索拉力，可以保證錨索拉力不衰減，可以有效控制支護樁樁頂位移。在支護樁靠近坑底位置設置2 排普通錨索，錨索角度調整為30°，盡量使錨索錨固段控制在坑底以下較好土層中。

基坑南側靠近日新中路，由于距離市政道路約17 m，錨索不能施工到市政道路下面，因此采用雙排樁支護，由于基坑開挖深度較深，又位于軟土地區(qū)，只采用雙排樁進行支護結合以往工程實例，位移很難控制，因此在雙排樁之間施工短錨索，拉力控制在100 kN，通過短錨索拉力有效控制雙排樁位移。

本基坑采用支護樁+地錨支護形式，與全內撐支護形式相比較，在坡頂設置地錨不需要養(yǎng)護就可以直接張拉，節(jié)省了普通錨索施工養(yǎng)護的時間，直接開挖到下一排錨索，在下一排錨索施工的同時可以施工支護樁，使整個項目工期與內支撐支護工期相比，節(jié)省近3 個月，內支撐支護則需要在地面施工工程樁，并且土方比樁錨支護形式開挖速度慢，運輸造價高，通過對比，樁錨比內支撐支護體系造價節(jié)省約600 萬元。

4 基坑支護設計[3-6]

4.1 基坑支護結構設計

根據(jù)基坑周邊環(huán)境和地質情況，考慮到施工工期和造價成本，在基坑支護中采用以下形式支護：

（a）基坑北側采用直接放坡支護形式。

（b）基坑東側、西側采用單排樁+地錨+錨索進行支護。

（c）基坑南側采用雙排樁+錨索進行支護。

4.2 止水樁設計

本基坑開挖范圍內土層為泥炭質土，有機質含量較高，普通深層攪拌樁根據(jù)工程經驗在有機質含量較高土層中水泥很難成樁，起不到止水、擋土的效果，因此本工程止水樁采用三軸水泥土深層攪拌樁施工，不僅起到止水效果，還能有效加固土層起到擋土效果，攪拌樁Φ650 mm，間距350 mm，搭接200 mm，并且施工中采用套打施工法，每次套打1 根?；拥撞亢晚敳吭O置截、排水溝，將雨水和地下水匯集到積水井內，并對坡頂土層進行硬化，防止地下水滲入基坑。

4.3 土方開挖設計

基坑土方開挖本著“分層、分段、隨挖隨噴、保持基坑支護體系安全”的開挖施工原則。并且考慮到存在軟土，每層土體開挖深度控制在1.5 m以內，每段長度不得超過20 m，土方每段開挖完后立即施工錨索、腰梁，待錨索張拉后方可開挖相鄰段土方。土方開挖過程中應采取措施防止碰撞支護結構或擾動原狀土，并在開挖段做好排水工作，防止地下水、雨水在基坑邊匯集，影響土體主動土壓力，造成基坑變形。在此項目上對出土通道應加強處理，采用土夾石進行置換泥炭質土層，再修筑臨時道路，防止車輛陷入軟土中。

4.4 基坑監(jiān)測設計

本基坑位于滇池軟土地區(qū)，基坑監(jiān)測尤為重要，重點監(jiān)測支護樁位移、土體深層位移、錨索應力等。監(jiān)測頻率嚴格按照基坑監(jiān)測規(guī)范要求，每天定時、定人進行監(jiān)測，隨時掌握土方開挖過程中支護結構位移情況，對發(fā)生位移數(shù)據(jù)突變的及時報告給監(jiān)理、業(yè)主、設計方，采取應急措施，以確?；影踩?。

4.4.1 圍護結構

圍護結構主要監(jiān)測樁頂水平位移、樁頂豎向位移、錨索應力等。根據(jù)本基坑特點，重點監(jiān)測基坑南側，在支護樁冠梁頂每15 m設置一個監(jiān)測點，監(jiān)測水平、豎向位移，而基坑東側和西側每20 m設置一個監(jiān)測點。錨索應力監(jiān)測點在基坑南側設置8 個，每層錨索2 個點，位于基坑中部；基坑東側和西側錨索應力監(jiān)測點每側設置3 個，在每層錨索中部設置1 個監(jiān)測點。

4.4.2 基坑土體及周邊環(huán)境

基坑土體監(jiān)測重點是土體深層位移，在基坑南側設置深層水平位移監(jiān)測點，共5 處，東側和西側每側各設置2 處，基坑北側設置2 處，通過土體深層位移掌握土壓力變化情況，了解支護結構受力狀態(tài)?；又苓叚h(huán)境重點監(jiān)測基坑南側日新中路沉降及開裂情況，在路中間及兩側設置沉降監(jiān)測點，間距15 m，其他兩側主要監(jiān)測施工道路沉降，監(jiān)測點每20 m設置1 個。

5 深基坑施工主要技術措施

5.1 止水樁技術措施

（a）考慮到本項目土層存在較厚泥炭質土層，因此三軸深層水泥土攪拌樁正式施工前，應根據(jù)設計要求進行工藝性試樁，數(shù)量不少于2 根，通過試樁確定在該地層中施工參數(shù)是否與設計要求相匹配。

（b）三軸水泥土深層攪拌樁施工樁徑650 mm、間距450 mm，采用P.O 42.5水泥，水灰比控制在1.2，樁位偏差不大于50 mm，垂直度偏差小于0.5％，為了保證成樁質量，施工過程中采用兩噴兩攪施工工藝。

（c）為了確保止水樁成樁效果，控制攪拌機下沉和提升速度不大于0.6 m/min，并保持勻速下沉或提升，攪拌提升時不應使孔內產生負壓造成周邊地基塌陷。

5.2 錨索

（a）錨索成孔過程中為了盡量減少坍孔現(xiàn)象，必須采用導管跟進成孔注漿，套管直徑不得小于成孔直徑，孔位允許偏差不大于50 mm，錨索鉆孔的孔深應超過設計長度1.0 m作為沉渣段，以保證錨固體水泥漿凝固后質量，防止成孔過程中土體進入錨固段。

（b）水泥漿采用P.O 42.5R水泥拌制，水灰比為0.5，強度等級不低于M30，每米水泥用量不少于70 kg。

（c）為了保證錨固段質量，施工過程中采用二次注漿，第1次采用常壓注漿，第2次注漿壓力為2.0～3.0 MPa，二次注漿時間間隔以終凝時間控制或根據(jù)現(xiàn)場試驗確定。注漿管應隨錨索下至孔底。

5.3 旋挖鉆孔灌注樁

（a）地層主要存在泥炭質土和粉土，造成旋挖鉆孔樁成孔過程中坍孔現(xiàn)象，嚴格控制泥漿濃度，在配置泥漿中加入膨潤土、碳酸鈉等。

（b）考慮到土層出現(xiàn)坍孔現(xiàn)象，為了保證成樁質量，采用普通鋼護筒施工，護筒埋設深度穿過泥炭質土，進入黏土層，埋設護筒時用水準尺檢查垂直度，護筒頂一般高于原地面0.3 m，以便鉆頭定位及保護樁孔。

5.4 土方開挖

（a）土方開挖嚴格按照分段、分層、跳挖的原則，把整體基坑劃分為42 個小段，每段長度約20 m，開挖過程中分段跳挖，先開挖1、3、5段，然后開挖7、9、11段，然后返回開挖2、4、6、8、10、12段，分次開挖3段，依次循環(huán)開挖。

（b）每段開挖完土方，考慮支護樁被動區(qū)泥炭質土較好，防止開挖后支護樁位移過大，必須在當天內完成每段錨索施工，施工完錨索后馬上回填部分土體，然后等錨索養(yǎng)護張拉后再開挖回填土體。

（c）開挖過程中采用盆式開挖法，考慮工期時間緊，先對北側放坡段土體進行開挖，其他幾側預留8 m寬平臺放坡開挖到基坑底，先挖到底位置施工工程樁，在施工工程樁同時施工剩余錨索和開挖預留的土體。

6 技術創(chuàng)新與應用

本施工場地為典型的滇池軟土地區(qū)，由于特殊的地層性質，造成此區(qū)域基坑開挖過程中支護樁頂部位移較大，多數(shù)基坑造成周邊道路沉降，本項目充分考慮到泥炭質土性質，在支護方案中采用了不同常規(guī)的設計理念。

6.1 錨樁在泥炭質土中的應用

常規(guī)的樁錨支護形式，錨索一般設置為斜向施工，錨索錨固段主要集中在泥炭質土層中，因此造成錨索長度很長，錨索拉力仍不能達到設計要求，并且錨索蠕變嚴重，基坑變形較大。經過仔細研究分析，在本基坑設計中對錨索拉力采取以下幾種措施：

（a）采用錨樁提供錨索拉力，在基坑開挖深度2 倍距離以外設置錨樁，通過錨樁與土體摩擦力和被動土壓力提供支護樁第一排錨索拉力，既能有效保證錨索拉力，又可以在基坑開挖過程中對錨索進行張拉，隨時控制支護樁頂部位移。

（b）錨索施工中嚴格采用套管施工，并且套管直徑嚴格控制，允許套管直徑與成孔直徑相匹配，盡量減少錨索在成孔過程中對土體造成擾動，減少周邊地面沉降。

（c）錨索在注漿過程中采用高濃度水泥漿，水灰比達到0.5以上，并在水泥漿中加入早強劑，以達到錨索錨固效果。

6.2 雙排樁+錨索在泥炭質土中應用

根據(jù)以往經驗，雙排樁主要應用在10 m以上基坑支護中，但在軟土地區(qū)雙排樁位移較大，主要原因是支護樁被動土壓力較小，多數(shù)基坑采用加固被動區(qū)土體來控制樁頂位移，本基坑根據(jù)基坑周邊環(huán)境，采用短錨索來控制樁頂位移。通過本項目的工程研究，在軟土地區(qū)根據(jù)項目周邊環(huán)境，采用合理支護方案和施工措施，樁錨支護形式仍可以保證基坑安全，比采用內支撐支護形式既節(jié)約工期，又節(jié)省造價。

7 結語

昆明軟土地區(qū)泥炭質土蠕變性較強，在基坑支護設計中應加強重視，特別是采用錨索支護時，重點考慮錨索拉力衰減效應。如果有空間應盡量采用錨樁支護形式提供錨索拉力。此次工程采取的錨樁支護取得了不錯的效果，值得進一步推廣。