福建軟土地區(qū)淺基坑支護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀

李志堅(jiān)

(福建省建筑設(shè)計(jì)研究院　福建福州　350001)

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福建軟土地區(qū)淺基坑支護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀

李志堅(jiān)

(福建省建筑設(shè)計(jì)研究院福建福州350001)

福建沿海地區(qū)(福州、莆田、泉州等)廣泛分布著淤泥及淤泥質(zhì)土等軟土。軟土的特性，增加了福建軟土地區(qū)的基坑設(shè)計(jì)和施工難度。尤其是開挖深度在4～6m范圍內(nèi)的淺基坑，由于開挖較淺容易被設(shè)計(jì)、施工和管理單位忽視，使其相對(duì)于深基坑反而更經(jīng)常發(fā)生失穩(wěn)或局部滑移等工程事故。針對(duì)福建軟土淺基坑的特殊性，文章總結(jié)了福建軟土淺基坑支護(hù)技術(shù)的若干問題：福建軟土淺基坑常用的支護(hù)形式；福建軟土淺基坑失穩(wěn)的主要原因；福建軟土淺基坑支護(hù)設(shè)計(jì)面臨的主要問題。最后，結(jié)合工程案例，提出建議。

軟土；基坑；基坑失穩(wěn)；支護(hù)形式；變形控制

0　引言

福建沿海地區(qū)(福州、莆田、泉州等)廣泛分布著淤泥及淤泥質(zhì)土等軟土，這些軟土含水率高、液性指數(shù)大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低、靈敏度高(易觸動(dòng)流變)。軟土的這些特性，使得在福建軟土地區(qū)進(jìn)行基坑設(shè)計(jì)和施工比一般的基坑工程要難，需要考慮的因素更為復(fù)雜。

在福建軟土地區(qū)，開挖深度在4～6m范圍內(nèi)的淺基坑，容易被設(shè)計(jì)、施工和管理單位忽視，使其相對(duì)于深基坑反而更經(jīng)常發(fā)生失穩(wěn)或局部滑移等工程事故。本文針對(duì)福建軟土基坑的特殊性并結(jié)合工程實(shí)踐，總結(jié)和分析了福建軟土淺基坑支護(hù)技術(shù)的一些問題，包括常用的支護(hù)形式、失穩(wěn)原因、設(shè)計(jì)面臨的主要問題等，希望能夠?yàn)楦＝ㄜ浲翜\基坑的設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐。

1　福建軟土淺基坑常用的支護(hù)形式

近年來，福建軟土淺基坑常用的支護(hù)形式有[1]：

(1)土釘墻支護(hù)。

(2)重力式水泥土墻支護(hù)。

(3)懸臂式支擋結(jié)構(gòu)支護(hù)。

(4)錨拉式支擋結(jié)構(gòu)支護(hù)。

(5)支撐式支擋結(jié)構(gòu)支護(hù)。

(6)雙排樁支護(hù)。

以上6種支護(hù)形式的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍見表1。

表1　福建軟土淺基坑常用支護(hù)形式的優(yōu)缺點(diǎn)

2　福建軟土淺基坑失穩(wěn)的主要原因

軟土基坑失穩(wěn)不僅會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，而且會(huì)危及到基坑周邊建筑、道路和管道的安全?？偨Y(jié)近年來福建軟土地區(qū)發(fā)生的一些基坑工程事故，造成軟土基坑失穩(wěn)的原因可概括為以下幾點(diǎn)[2]：

(1)軟土的物理力學(xué)參數(shù)確定不準(zhǔn)確。不同區(qū)域的軟土，既有其共性，也有其個(gè)性。對(duì)于軟土物理力學(xué)參數(shù)的確定，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是前提，還需結(jié)合一定的工程經(jīng)驗(yàn)。

(2)支護(hù)形式選擇不當(dāng)。由于基坑開挖較淺，建設(shè)單位往往認(rèn)為沒必要花大價(jià)錢進(jìn)行基坑支護(hù)，而設(shè)計(jì)人員經(jīng)常會(huì)忽略軟土基坑的特點(diǎn)，輕率套用常規(guī)的基坑支護(hù)方式，造成很多事故隱患。

(3)設(shè)計(jì)的安全儲(chǔ)備不足。為了節(jié)省造價(jià)導(dǎo)致支護(hù)體系的安全儲(chǔ)備過小，如整體穩(wěn)定性、抗傾覆、抗隆起安全系數(shù)不足、支護(hù)結(jié)構(gòu)配筋不足、錨桿過短等等。

(4)支護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固深度不足。嵌固深度短，被動(dòng)土壓力不足，會(huì)導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性差，容易引起基坑坡腳滑動(dòng)，坑底土體隆起，甚至引起基坑的整體滑動(dòng)。

(5)淤泥層發(fā)生觸變。若淤泥在動(dòng)荷載作用下發(fā)生擾動(dòng)，會(huì)使其孔隙水壓力急劇上升，短時(shí)間內(nèi)不易消散，土體強(qiáng)度降低，基坑周圍土體產(chǎn)生滑動(dòng)。

(6)施工方面的因素。如施工順序不合理、施工質(zhì)量差、監(jiān)測(cè)不到位等原因引發(fā)的基坑失穩(wěn)。

(7)外界環(huán)境變化。如超載、暴雨、水滲透引發(fā)的基坑失穩(wěn)。

3　福建軟土淺基坑支護(hù)設(shè)計(jì)面臨的主要問題

3.1如何合理選擇支護(hù)形式的問題

福州某基坑，開挖深度為4m，采用樁撐支護(hù)，支護(hù)樁要穿透約20m的深厚淤泥層，造價(jià)很高，而且開挖很不便利。該基坑工程支護(hù)剖面如圖1所示。類似的工程，也有采用重力式水泥土墻支護(hù)的，但由于淤泥土質(zhì)很差，設(shè)計(jì)時(shí)一般也需穿透淤泥層，甚至還要進(jìn)行被動(dòng)區(qū)加固，造價(jià)很高。因此，對(duì)于福建深厚軟土地區(qū)的淺基坑，采用何種支護(hù)形式更科學(xué)、安全、經(jīng)濟(jì)、合理，是一個(gè)有待深入研究的問題。

3.2如何確定支護(hù)結(jié)構(gòu)變形控制標(biāo)準(zhǔn)的問題

目前大多基坑規(guī)范中對(duì)基坑的變形控制標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)基坑等級(jí)來確定的，基坑安全等級(jí)越低，其變形允許值可以越大。筆者認(rèn)為，這過于籠統(tǒng)。確定基坑的變形控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)綜合考慮3方面因素：

(1)土質(zhì)因素。不同的土質(zhì)，其破壞時(shí)的變形值應(yīng)該是不同的。

(2)支護(hù)結(jié)構(gòu)本身允許的最大變形值。不同的支護(hù)類型，支護(hù)結(jié)構(gòu)的最大允許變形值應(yīng)該是不同的，如柔性支護(hù)與剛性支護(hù)是不同的，錨拉結(jié)構(gòu)與支撐結(jié)構(gòu)是不同的。

(3)周邊環(huán)境允許的最大變形值。周邊環(huán)境允許的最大變形值與基坑周邊影響范圍內(nèi)的建(構(gòu))筑物有關(guān)。

因此，基坑允許的變形值應(yīng)該是以上3種值的較小值。通常按照基坑規(guī)范所給定的控制標(biāo)準(zhǔn)是安全的，但并不是超過這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就會(huì)發(fā)生事故，實(shí)際工程中許多基坑，其變形值雖然遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了規(guī)范中的數(shù)值，但并沒有發(fā)生事故。若變形控制嚴(yán)格，經(jīng)濟(jì)代價(jià)大，若變形控制不嚴(yán)，又存在安全隱患。一個(gè)合理的變形控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)土質(zhì)因素、支護(hù)類型、周邊環(huán)境綜合確定。

3.3雙排樁支護(hù)計(jì)算方法不成熟

近年來，福建軟土地區(qū)基坑支護(hù)經(jīng)常會(huì)采用雙排樁支護(hù)。雙排樁實(shí)質(zhì)上是利用樁的水平剛度承受水平荷載的一種結(jié)構(gòu)形式。通常是錨拉式結(jié)構(gòu)和支撐式結(jié)構(gòu)不適用時(shí)，采用雙排樁進(jìn)行支護(hù)，其性價(jià)比不高。對(duì)于雙排樁結(jié)構(gòu)，一般是靠近基坑內(nèi)側(cè)的樁密排、基坑外側(cè)的樁疏排，工程實(shí)踐證明該方式是經(jīng)濟(jì)合理的，但具體的排列間距目前尚缺統(tǒng)一公認(rèn)的計(jì)算方法。另外，前后排樁的間距、土壓力作用的計(jì)算模型等。目前也沒有統(tǒng)一公認(rèn)的計(jì)算方法。

4　工程案例分析

4.1工程概況

該工程位于福州市閩侯縣青口鎮(zhèn)。場(chǎng)地南側(cè)、東側(cè)為已建道路，地下室邊界距離道路紅線最近約5.0m。場(chǎng)地西側(cè)為已建住宅樓(9F，樁基)，地下室邊界距離已建住宅最近約22.0m。設(shè)有一層地下室，基坑開挖至底板墊層底的深度為4.6m，基坑總周長(zhǎng)約750m?；涌偲矫鎴D如圖2所示。

4.2場(chǎng)地地質(zhì)條件

場(chǎng)地土至上而下的土層分布及其物理力學(xué)參數(shù),如表2所示。

表2　場(chǎng)地土層物理力學(xué)參數(shù)

4.3支護(hù)方案設(shè)計(jì)

4.3.1本基坑的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)難點(diǎn)

(1)基坑南側(cè)、東側(cè)距離已建道路僅5.0m。

(2)基坑西側(cè)距離已建住宅樓較近。

(3)基坑開挖范圍內(nèi)分布有深厚淤泥層(約16.0m)，屬于深厚軟土基坑。

4.3.2原設(shè)計(jì)方案

原設(shè)計(jì)方案采用灌注樁加一道現(xiàn)澆鋼筋混凝土內(nèi)支撐支護(hù)。灌注樁樁徑800mm，樁間距1 100mm，樁長(zhǎng)18m。其支護(hù)剖面如圖3所示。

4.3.3優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

原方案擬采用內(nèi)支撐，不僅挖土不方便，施工工期長(zhǎng)(預(yù)計(jì)工期9個(gè)月)，而且造價(jià)高(預(yù)估工程造價(jià)1 250萬元)，而基坑距離已建道路及住宅較近，限制了錨桿的采用。因此，優(yōu)化方案嘗試采用樁加預(yù)留反壓土的支護(hù)形式。

優(yōu)化方案圍護(hù)樁(灌注樁)樁徑600mm，其中，東側(cè)和南側(cè)(臨近道路)樁間距900mm，其它側(cè)樁間距1 200mm。其支護(hù)剖面如圖4、圖5所示。

4.3.4支護(hù)剖面計(jì)算結(jié)果

預(yù)留反壓土的計(jì)算方法采用顏敬等在《支護(hù)結(jié)構(gòu)前反壓土計(jì)算方法回顧及一種新的簡(jiǎn)化分析方法》[3]文章中提出的計(jì)算方法并結(jié)合數(shù)值模擬軟件FLAC3D進(jìn)行計(jì)算。圍護(hù)樁的內(nèi)力、位移的計(jì)算結(jié)果如表3所示，各剖面穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表3　圍護(hù)樁內(nèi)力、位移計(jì)算結(jié)果

表4　各剖面穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

該基坑工程在施工期間對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)以及周邊環(huán)境進(jìn)行了動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。在開挖過程中，整體位移最大約26.31mm，基坑施工結(jié)束時(shí)累計(jì)最大位移為36.19mm，與計(jì)算的值比較接近。而且，基坑施工期間支護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境沒有出現(xiàn)任何異常和險(xiǎn)情，社會(huì)效益良好。

4.3.5優(yōu)化方案相對(duì)于原方案的優(yōu)點(diǎn)

該工程采用灌注樁加預(yù)留反壓土的支護(hù)形式，整個(gè)施工過程沒有出現(xiàn)任何險(xiǎn)情，不僅節(jié)省了造價(jià)，還縮短了工期?；油旯ず笕〉昧溯^好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。

(1)由于反壓土的作用，圍護(hù)樁的內(nèi)力顯著減小，樁徑采用600mm即可滿足受力要求，相應(yīng)的配筋也顯著減小。另外，反壓土的作用還可以一定程度上縮短圍護(hù)樁的嵌固深度[4]。因此，單從圍護(hù)樁(灌注樁)的角度，造價(jià)比原方案節(jié)省了約47%。

(2)由于預(yù)留反壓土，省去了混凝土內(nèi)支撐，不僅節(jié)省造價(jià)，還大大增加了開挖的便利性，顯著縮短施工工期(優(yōu)化方案實(shí)際施工工期5個(gè)月)。

5　結(jié)論

本文針對(duì)福建軟土基坑的特殊性并結(jié)合工程實(shí)踐總結(jié)和分析了福建軟土淺基坑支護(hù)技術(shù)的一些問題，包括常用的支護(hù)形式、失穩(wěn)原因、設(shè)計(jì)面臨的主要問題等，可為福建軟土淺基坑的設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐。

對(duì)于軟土淺基坑的設(shè)計(jì)，合理選擇支護(hù)形式非常重要，好的支護(hù)形式應(yīng)該綜合考慮科學(xué)、安全、經(jīng)濟(jì)方面的因素。另外，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)該重視軟土基坑的特殊性，在合理確定軟土物理力學(xué)參數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算分析。

[1]JGJ120—2012 建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S]．

[2]楊光華．軟土地基中幾個(gè)問題的分析[C]．廣東省巖土工程與基礎(chǔ)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集．廣州，1993．

[3]顏敬，方曉敏．支護(hù)結(jié)構(gòu)前反壓土計(jì)算方法回顧及一種新的簡(jiǎn)化分析方法[J]．巖土力學(xué)，2014，35(1)：167-174．

[4]李順群，鄭剛，王英紅．反壓土對(duì)懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固深度的影響研究[J]．巖土力學(xué)，2011，32(11)：3427-3431．

李志堅(jiān)(1984-)，男，碩士研究生，工程師，主要從事巖土工程方面的工作。

Status quo and enlightenment of supporting technique of shallow foundation pits in soft soil area of Fujian

LIZhijian

(Fujian provincial institute of architectural design and research, Fuzhou 350001)

Soft soil like silt soil widely distributee in coastal areas of Fujian. The characteristics of soft soil are likely to make the design and constructions more difficulty in soft soil area of Fujian. When the excavation is 4～6m, some instability and local slip accidents are always induced because of the design, construction and management institutions’ little attention. Aiming at the particularity of shallow pits in soft soil areas of Fujian and engineering practices, some problems about supporting technique of shallow foundation pits in soft soil area of Fujian are discussed: (1)common supporting types; (2)main reasons of instability failures; (3)main problems faced in design. This work may provide technical support for the design at shallow pits.

Soft soil; Foundation pit; Instability of foundation pit; Supporting type; Deformation control

李志堅(jiān)(1984-)，男，工程師。

E-mail:467975517@qq.com

2016-01-29

TU47

A

1004-6135(2016)02-0091-04