濱海軟土區(qū)深基坑施工引起的變形及控制研究

王晶

（福建四海建設(shè)有限公司）

濱海軟土區(qū)深基坑施工引起的變形及控制研究

王晶

（福建四海建設(shè)有限公司）

本文主要對(duì)濱海軟土地區(qū)基坑施工引起的變形及控制問(wèn)題進(jìn)行了研究。通過(guò)對(duì)廈門濱海軟土區(qū)基坑實(shí)際施工案例，針對(duì)軟土基坑施工難點(diǎn)分析基坑施工過(guò)程中，變形機(jī)理的產(chǎn)生、危害及控制分析，從而明確軟土地區(qū)基坑施工的控制措施。

濱海軟土區(qū)；深基坑；變形；控制

1　引言

由于工程的實(shí)際需要，許多建筑物必須建在地質(zhì)條件復(fù)雜的軟土地區(qū)，此類地區(qū)的深基坑施工是土木工程界及巖土工程界的一大難題。尤其在廈門濱海軟土區(qū)具有地下水位高、淤泥層淤泥粘聚力及內(nèi)摩擦角小，基坑側(cè)壁受水平荷載大易失穩(wěn)等難題，給深基坑工程的施工帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)，因此，本文對(duì)廈門濱海軟土區(qū)深基坑施工的若干具體問(wèn)題進(jìn)行了分析。

2　軟土地區(qū)深基坑施工特點(diǎn)

2.1施工難度大

廈門濱海軟土區(qū)土層基本為飽和流塑或軟塑粘土，抗剪強(qiáng)度低，低透水性，高含水量，高靈敏度，高壓縮性，具有明顯的流變特性，而且面臨海水、滲透、侵蝕和海水高低潮擾動(dòng)的影響。基坑土體在相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)下隨暴露時(shí)間的延長(zhǎng)產(chǎn)生移動(dòng)是不可避免的，特別是剪應(yīng)力較高的部位，如在坑底下墻內(nèi)被動(dòng)區(qū)和墻低下的土體滑動(dòng)面，都會(huì)因?yàn)閲o(hù)結(jié)構(gòu)暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而產(chǎn)生位移，以至引起基坑變形，這種軟弱流變的地質(zhì)條件造成了廈門濱海軟土區(qū)深基坑施工的難度較大。

2.2基坑群項(xiàng)目增多

隨著建筑工程技術(shù)的不斷發(fā)展，深基坑的施工數(shù)量相比以往單個(gè)基坑的施工數(shù)量，逐漸呈現(xiàn)出增長(zhǎng)趨勢(shì)，即出現(xiàn)了較多的群基坑施工項(xiàng)目。尤其在大中型城市的大型施工項(xiàng)目中，群基坑的數(shù)量日益增多。以天津火車站交通樞紐工程為例，由于該工程涉及范圍廣、服務(wù)項(xiàng)目多，因此，需要開(kāi)挖多個(gè)深基坑來(lái)滿足施工要求。該樞紐工程的地下總面積高達(dá)19萬(wàn)m2，而且在眾多深基坑工程中，還包括一些超深基坑。

2.3施工涉及因素較多

軟土地區(qū)的深基坑施工涉及的因素往往較多。隨著城市施工建設(shè)項(xiàng)目的不斷增加，城市的地下工程開(kāi)發(fā)相比以往，需要考慮的因素更多。由于廈門區(qū)域普遍存在著人口密集、施工地域狹小等問(wèn)題，因此，在進(jìn)行深基坑施工時(shí)，不僅要考慮自身的施工狀況，而且要考慮眾多其他因素，如基坑施工區(qū)域的限制、周邊工程的施工影響等等。

3　軟土地區(qū)深基坑施工變形與控制問(wèn)題

3.1支護(hù)結(jié)構(gòu)

對(duì)于濱海軟土地區(qū)深基坑工程來(lái)說(shuō)，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)是變形的易發(fā)區(qū)域。通常而言，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形主要集中在：水泥攪拌樁止水帷幕施工、地下連續(xù)墻成槽、大直徑、密排灌注樁成孔以及錨桿施工的施工過(guò)程中。雖然以上施工過(guò)程產(chǎn)生變形的機(jī)理不同，但是導(dǎo)致基坑變形產(chǎn)生的危害卻是一致的，即通常都會(huì)導(dǎo)致鄰近建筑物的沉降。如果深基坑建筑工程位于管線或隧道附近的話，那么其變形就可能引發(fā)鄰近隧道、管線的變形。

針對(duì)深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形問(wèn)題，當(dāng)前使用較多的控制方法主要有：在進(jìn)行水泥攪拌樁止水帷幕施工時(shí)，要在攪拌樁與建筑物之間設(shè)置隔離樁排，除此之外，在實(shí)際的施工過(guò)程中，要注意減少注水量，這樣才能達(dá)到控制變形的作用；在進(jìn)行地下連續(xù)墻成槽施工時(shí)，同樣需要設(shè)置隔離樁排。同時(shí)，要盡量縮短槽段的長(zhǎng)度，這樣能夠有效控制地下連續(xù)墻成槽施工中產(chǎn)生的變形；在進(jìn)行深基坑的錨桿施工時(shí)，通常會(huì)采用一些其他的內(nèi)支撐形式，或者通過(guò)在實(shí)際施工過(guò)程中增加防水、砂流失工序，從而對(duì)其變形進(jìn)行有效控制；在進(jìn)行大直徑、密排灌注樁的成孔施工時(shí)，要實(shí)行跳打的打樁模式，同時(shí)對(duì)土泥漿護(hù)壁進(jìn)行膨潤(rùn)，這樣能夠有效控制大直徑、密排灌注樁成孔造成的軟土深基坑變形。

3.2降水

從事軟土地區(qū)深基坑施工的技術(shù)人員都知道，除了在深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致深基坑變形外，深基坑的基坑降水工程同樣會(huì)導(dǎo)致軟土地區(qū)的深基坑變形。通常來(lái)說(shuō)，在深基坑降水階段，引發(fā)其變形的因素主要有：開(kāi)挖前的坑內(nèi)降水、疏干降水以及抽降承壓水工程。雖然以上施工過(guò)程產(chǎn)生變形的機(jī)理不同，但是除開(kāi)挖前的坑內(nèi)降水工程外，其他降水工程導(dǎo)致基坑變形產(chǎn)生的危害卻是一致的，即都會(huì)導(dǎo)致鄰近建筑物沉降、隧道、管線變形等等。

針對(duì)基坑降水引發(fā)的軟土地區(qū)深基坑變形問(wèn)題，當(dāng)前使用較多的控制方法主要有：在進(jìn)行開(kāi)挖前坑內(nèi)降水工作時(shí)，可以通過(guò)事先設(shè)置水平支撐，或者分段、分層降水，從而達(dá)到減小基坑變形可能性的目的；在進(jìn)行疏干降水工作時(shí)，需要事先設(shè)置止水帷幕，然后讓止水帷幕進(jìn)入到隔水層之中?；蛘卟捎每油饣毓嗟姆绞竭M(jìn)行疏干降水，這樣可以有效減小疏干降水導(dǎo)致軟土地區(qū)基坑變形的可能性；在進(jìn)行深基坑抽降承壓水工作時(shí)，可以通過(guò)減少抽水量、截?cái)喑袎汉畬踊蛘叱袎汉畬踊毓嗟姆绞?，?lái)減小軟土地區(qū)深基坑降水導(dǎo)致變形的可能性。

3.3開(kāi)挖階段

眾所周知，對(duì)于深基坑尤其是軟土地區(qū)的深基坑來(lái)說(shuō)，開(kāi)挖階段造成深基坑變形的可能性要大于以上工程造成深基坑變形的可能性。通常來(lái)說(shuō)，在深基坑的開(kāi)挖階段，可能會(huì)造成其變形的因素主要有：樁、墻的水平移位或坑底的隆起。對(duì)于樁墻水平移位來(lái)說(shuō)，其可能導(dǎo)致的深基坑變形機(jī)理為：坑內(nèi)外壓力差較大、坑外荷載過(guò)大以及水平支撐膨脹、收縮等等；而對(duì)于坑底隆起來(lái)說(shuō)，其導(dǎo)致的基坑變形機(jī)理則是：樁、墻插入深度小、減載土體回彈、地下水向坑內(nèi)滲流以及承壓水揚(yáng)壓力。同樣，深基坑開(kāi)挖階段引發(fā)的基坑變形，可能造成鄰近建筑物的沉降、管線、隧道的變形以及樁、墻的差異性變形，如果變形嚴(yán)重的話，甚至可能造成工程樁斷裂。

針對(duì)開(kāi)挖階段引發(fā)的深基坑變形，常見(jiàn)的控制方法主要有：樁、墻剛度的合理選擇、支撐的及時(shí)設(shè)置以及開(kāi)挖方案的合理制定。除此之外，還可以通過(guò)樁、墻插入深度的增加、加固被動(dòng)區(qū)土體以及減小隆起樁的設(shè)置來(lái)減小基坑變形的可能性。在這些控制措施中，開(kāi)挖方案的合理制定最為重要。一份科學(xué)合理的開(kāi)挖方案不僅要包括分塊施工的具體方案，而且還要保證基坑暴露時(shí)間減少、地下水滲流梯度的減小等等。當(dāng)然，以上措施要建立在深基坑開(kāi)挖前期的綜合考察上。

除了以上可能導(dǎo)致軟土地區(qū)深基坑變形的施工階段以外，深基坑的使用、支撐的拆除以及地下水位的恢復(fù)工程，同樣有可能造成軟土地區(qū)深基坑的變形。因此，在實(shí)際的軟土地區(qū)深基坑施工作業(yè)中，首先要對(duì)軟土地區(qū)進(jìn)行充分的考察，然后在此基礎(chǔ)上，制定一份科學(xué)合理的施工方案。在深基坑開(kāi)挖的具體操作過(guò)程中，要十分注意深基坑樁、墻的附加水平位移。與此同時(shí)，還要密切關(guān)注深基坑水平支撐柱的位移情況。如果發(fā)現(xiàn)由于深基坑中間樁、墻變形而導(dǎo)致附加內(nèi)力與工程樁拉應(yīng)力的出現(xiàn)，則要引起足夠的重視，堅(jiān)決將軟土地區(qū)深基坑變形造成的危害降到最低。

3.4工程應(yīng)用實(shí)例：

（1）某工程占地面積21809m2，基坑平面形狀呈葫蘆形，長(zhǎng)度233.75m，最大寬度106.25m，周長(zhǎng)600m，±0.000黃海高程4.80.75m，地下四層，基坑開(kāi)挖深度20.6m，是廈門地區(qū)目前最深的深基坑，西北側(cè)距現(xiàn)海岸線一般為15m，最近的北部地段距現(xiàn)海岸線只8m，為正在使用的石砌碼頭護(hù)岸，護(hù)岸外即為海域，臨海面長(zhǎng)度達(dá)180m，該工程地質(zhì)條件及周邊環(huán)境十分復(fù)雜，施工難度極大。

（2）場(chǎng)地原始地貌處于原港灣潮間帶，后經(jīng)人工回填改造成陸地，根據(jù)鉆探揭露。場(chǎng)地土層厚度及巖面起伏變化較大，從上至下各巖土體分布及特征如下：場(chǎng)地上覆人工填土①、淤泥質(zhì)粘土②、粉質(zhì)粘土③、殘積礫質(zhì)粘性土④、全風(fēng)化花崗巖⑤-1、散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖⑤-2、碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖⑤-3、中風(fēng)化花崗巖⑤-4。

（3）水文條件：場(chǎng)地內(nèi)上部人工填土層屬?gòu)?qiáng)透水土層，通過(guò)地下水位觀測(cè)孔觀測(cè)，地下水位隨海水潮汐而變化，并且在海水漲潮時(shí)還受海水倒灌補(bǔ)給。

（4）根據(jù)工程實(shí)際情況支護(hù)結(jié)構(gòu)采用沖鉆孔灌注樁加兩道鋼筋混凝土內(nèi)支撐及二～四道錨索的支護(hù)體系，支護(hù)樁及止水帷幕沿地下室外輪廓線布置，樁間止水帷幕采用高壓旋噴樁，支撐立柱采用沖鉆孔灌注樁及逆作板墻灌注樁，支撐立柱采用灌芯混凝土鋼管立柱。即針對(duì)場(chǎng)地淤泥質(zhì)深厚采用支護(hù)樁、錨桿構(gòu)成支護(hù)。其支護(hù)實(shí)現(xiàn)基坑外側(cè)的淤泥層樁錨構(gòu)成支護(hù)體系，從而實(shí)現(xiàn)抵御基坑外部的側(cè)向荷載。同時(shí)，對(duì)支護(hù)樁的構(gòu)造與嵌固深度的安全度進(jìn)行驗(yàn)算分析并開(kāi)展設(shè)計(jì)優(yōu)化，以三維有限元穩(wěn)定分析和安全校核，確定支護(hù)結(jié)構(gòu)無(wú)需具有較大的抗彎能力及錨拉力，使得支護(hù)樁配筋與錨索設(shè)計(jì)更為經(jīng)濟(jì)且切實(shí)可行有效。

（5）本工程采用沖孔灌注樁結(jié)合高壓旋噴樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，有效減少淤泥層的側(cè)壓力，即減少支護(hù)樁及所需彎矩及錨索拉力的要求，錨索以較小的拉力產(chǎn)生較大的抗傾覆彎矩，經(jīng)核算，該工程錨索錨拉力、基坑側(cè)壁水平位移、彎矩值及地表沉降量均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，表明本工程對(duì)濱海軟土區(qū)施工采取的支護(hù)形式是合理有效的。

4　結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在軟土地區(qū)進(jìn)行深基坑的開(kāi)挖施工，一定要特別關(guān)注其基坑變形情況。如果發(fā)現(xiàn)基坑出現(xiàn)變形，要立即采取措施對(duì)其進(jìn)行控制。當(dāng)前，隨著廈門濱海城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，一些建筑工程對(duì)于深基坑的施工要求越來(lái)越高。除此之外，隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展、人口的不斷增加，軟土地區(qū)深基坑的施工條件也變得越來(lái)越復(fù)雜。因此，在實(shí)際的深基坑施工過(guò)程中，除了要提高自身技術(shù)水平，還要注重對(duì)周邊施工環(huán)境的考察。只有這樣，才能更好地確保軟土地區(qū)深基坑的施工質(zhì)量。

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TU753

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1673-0038（2015）04-0046-02

2015-1-8