軟土地區(qū)某平面形狀復雜的基坑圍護設計與施工技術探討

王金修

【摘 要】軟土地區(qū)某基坑平面形狀復雜、平面形狀不規(guī)則、開挖面積較大、周邊環(huán)境復雜、工程地質(zhì)條件較差?；訃o采用水泥土攪拌樁重力式擋墻方案，對平面形狀復雜等薄弱部位采用有針對性的補強加固措施，制定分層分區(qū)、限時開挖挖土順序，并在施工中實行信息化施工，保證了基坑的順利開挖，達到了預期效果。

【關鍵詞】基坑；平面形狀復雜；圍護結構；水泥土攪拌樁；軟土地區(qū)

0 引言

基坑工程的區(qū)域性、個性、綜合性、時空效應等均強，基坑圍護設計施工的安全歷來為相關人員及民眾所關注，平面形狀復雜的基坑在安全性等方面即更甚[1-8]。本文闡述了軟土地區(qū)某平面形狀復雜基坑采用重力式水泥土擋墻進行基坑圍護設計與施工的成功案例。

1 工程概況

某工程位于上海寶山區(qū)，地面建筑主要包括3幢8F的辦公樓和3F裙房，地面以下設有1層地下車庫；地下車庫基坑周長約466米，呈不規(guī)則多邊形；面積約6667平方米；取場地自然地面平均絕對標高為+3.800m，基坑開挖深度為4.3～4.5m。

本基坑具有以下特點：

（1）基坑平面形狀復雜、展布不規(guī)則、拐點多，見圖1；

（2）基坑南側、北側均為市政道路、地下管線眾多，基坑西側為既有建筑，周邊環(huán)境較復雜；

（3）開挖面積較大，保護要求高。

2 工程周邊環(huán)境

本基坑工程地下結構距離紅線較近，擬建筑物基坑東側，地下室邊線距離道路紅線約6～10m，紅線外約5.0m為雨水、電力等管線。南側本工程地下室距用地道路紅線約6～7m，道路上有雨水、污水、電力等管線?；游鱾扔幸患扔薪ㄖ?，該地下室邊線距離紅線6.5m?；颖眰鹊叵率疫吘€距道路離紅線遠近不一，近處僅5m。基坑周邊鄰近市政道路、地下管線眾多，基坑周邊環(huán)境較復雜，保護要求較高。

3 工程地質(zhì)條件

場地在地貌上屬長江三角洲入海口濱海平原，地基土按成因類型、形成時代、工程性質(zhì)等自上而下可分為7層。場地地層情況及物理力學性質(zhì)見表1。

淺部土層分布有潛水，主要補給來源為大氣降水和地表徑流，地下水穩(wěn)定水位埋深0.50m。

場地第①層填土厚度在1.5m，該層土工程性質(zhì)較差，成分復雜；場地第③層夾多量粉性土，滲透性強，并影響水泥土攪拌樁樁體成樁質(zhì)量，基坑開挖時，在水頭差的作用下極易產(chǎn)生管涌及流砂現(xiàn)象。場地內(nèi)不良地質(zhì)條件包括一個厚填土區(qū)和一條暗浜，厚填土區(qū)位于場地北部寬約10m，暗浜位于場地中偏東側呈南北向橫亙場地，寬約15m；見圖1。

4 基坑圍護方案

根據(jù)本基坑工程的挖深、規(guī)模和基坑周邊道路、地下管線和周圍建筑物等情況，按三級基坑進行設計，要求圍護結構變形控制在50mm以內(nèi)。

4.1 基坑圍護方案

基坑圍護的意義在于保障基坑工程的安全，確保地下結構的順利施工；同時，也必須考慮對周邊環(huán)境的保護。在滿足安全和環(huán)境保護要求的前提下，基坑圍護結構的設計應造價經(jīng)濟合理、盡可能的節(jié)約工期，即達到“多快好省”。

經(jīng)設計方案的安全性、經(jīng)濟性、施工工期及其它等方面進行綜合比選，選定的基坑圍護方案：水泥土攪拌樁重力式擋墻。

由于本基坑平面形狀復雜、平面形狀不規(guī)則，并且有暗浜區(qū)、厚填土區(qū)，為保證基坑穩(wěn)定，針對平面形狀復雜等薄弱環(huán)節(jié)采取了如下重點加固補強保護措施。

（1）平面拐點區(qū)補強

基坑平面拐點處采用加豎向錨桿加長、重點注漿等措施予以補強。水泥土攪拌樁比一般區(qū)域多二排、提高該區(qū)圍護抗?jié)B能力及增大圍護結構安全儲備。

南側攪拌樁 基坑被動土壓力側加寬壩體寬度，確保圍護結構穩(wěn)定性的可靠性。

（2）長邊效應控制

由于本工程基坑面積較大、東側北側邊長較長，基坑“長邊效應”的控制，為了控制基坑圍護體的變形，減小基坑開挖對周邊環(huán)境的不利影響，長邊區(qū)為控制“長邊效應”在坑內(nèi)被動區(qū)中部設置坑底攪拌樁抗滑墩措施加固，加固寬度4.2m，加固厚度4m，以提高被動區(qū)土體抗力。

再就是通過分塊開挖控制因“長邊效應”引起的附加變形?？蓳?jù)地下室底板后澆帶位置分批進行基坑開挖，做到開挖“分層、分塊、對稱、平衡、限時”，盡可能減小圍護體暴露長度、暴露時間，控制基坑變形。

（3）暗浜區(qū)域、厚雜填土區(qū)

暗浜區(qū)域：在圍護體范圍內(nèi)的浜填土區(qū)采用分區(qū)換土墊層法措施予以處理，對浜填土進行徹底清除必須挖除，且以較好的素土分層密實回填，填土時應碾壓，保證填土的密實度，要求壓實度達到95%以上，并注意處理后地基的整體均勻性與協(xié)調(diào)性。

厚雜填土區(qū)：對于圍護體范圍內(nèi)的厚填土區(qū)根據(jù)厚雜填土的土性、壓實度、厚度等酌情采用換土墊層法或不作處理。

（4）集水井落深區(qū)補強

集水井落深區(qū)采用主動土壓力區(qū)采用水泥土攪拌樁加寬壩體+坑底水泥土攪拌樁加固復合補強方案，確保落深區(qū)安全及作為圍護結構整體穩(wěn)定的加強點，并采取有效的施工措施。

4.2 主要計算成果

計算參數(shù)與其他計算數(shù)據(jù)的采用：

（1）坑外超載：施工超載為20KN/m2；

（2）攪拌樁壩體及主動土壓力取值：采用c、φ值采用固結快剪峰值均值，水土合算；

（3）考慮地下水位埋深0.50m；

（4）主動側土壓力計算方法：朗肯主動土壓力；水壓力計算方法：靜止水壓力；整體穩(wěn)定計算方法：瑞典條分法。

水泥土攪拌樁重力式擋土墻主要計算結果：地下車庫一般區(qū)域（挖深4.50m），最大位移50mm，整體穩(wěn)定安全系數(shù)1.80，坑底抗隆起安全系數(shù)2.30，抗傾覆安全系數(shù)1.45，抗滑移安全系數(shù)1.85，抗?jié)B流安全系數(shù)7.50。

從主要計算結果可知水泥土重力式擋墻基坑圍護體系的穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足要求。

5 基坑施工技術要點[6-12]

5.1 施工順序

地下車庫圍護樁階段施工順序依次為：工程樁施工→根據(jù)設計圖紙，準確定位基坑圍護樁→圍護水泥土攪拌樁施工→重點區(qū)補強→監(jiān)測超前、工程施工同步監(jiān)測→輕型井點打設及運行→土方分層分區(qū)開挖。

5.2 水泥土攪拌樁施工技術

（1）施工前應根據(jù)設計要求進行試驗性試樁，并應根據(jù)試驗性試樁確定施工參數(shù)；試驗性試樁數(shù)量不得少于2根。

（2）雙軸水泥土攪拌樁單樁斷面尺寸700×1200，相鄰樁搭結200mm。雙頭水泥攪拌樁采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比0.5，水泥摻入量為13%（暗浜區(qū)提高至15%）。

（3）攪拌樁樁體施工為兩噴三攪工藝，即攪拌樁機定位—攪拌下沉—噴漿提升—攪拌下沉—噴漿提升—下沉—攪拌提升—完成—移位。

（4）鉆頭每轉一周提升（下沉）1.0～1.5cm為宜，確保有效樁長范圍內(nèi)樁體強度的均勻性。當鉆頭預攪下沉至預定標高、水泥漿液到達出漿口時，應在水泥漿液與樁端土充分攪拌30s后再提升鉆桿。鉆頭每轉一周提升或下沉量10～15mm，額定漿量在樁身長度范圍內(nèi)應均勻分布。施工中因故停漿時，應將鉆頭攪拌下沉至停漿點一下0.5m處，待恢復供漿時再噴漿攪拌提升。停機時間>3h時，應先拆卸輸漿管路，并對管路進行清洗。鋼管和鋼筋的插入應在水泥土攪拌樁成樁后15h內(nèi)施工，插入位置和深度應符合設計要求。

（5）水泥土攪拌樁應連續(xù)施工，相鄰樁間歇不得超過10小時，且噴漿攪拌時鉆頭下沉速度不宜大于1.0米/分，提升速度不宜大于0.5米/分。

（6）水泥攪拌樁下沉時不得采用沖水下沉，以免影響攪拌樁樁身強度。制備好的漿液不得離析，不得停置時間過長，超過二小時的漿液應降低標號使用。泵送應連續(xù)進行。

（7）水泥土攪拌樁強度采取鉆孔取芯的檢測方法。水泥土攪拌樁養(yǎng)護期不得少于28天，無側限抗壓強度qu>0.8MPa時方可開挖基坑。樁位偏差不大于20mm，擋土樁垂直度偏差不大于1/100?？觾?nèi)加固攪拌樁應注意避開工程樁。重力式水泥土攪拌樁墻采用插入鋼筋、鋼管等構造加強措施。

（8）水泥土攪拌樁養(yǎng)護，滿足養(yǎng)護期后，結合分塊開挖區(qū)域分層分段開挖至坑底標高（縮小開挖面積及暴露時間），并澆筑混凝土墊層。

5.3 坑內(nèi)輕型井點降水技術

基坑降排水是保證基坑工程穩(wěn)定的重要舉措。本基坑據(jù)基坑挖深、工程地質(zhì)條件等實施輕型井點降水。

（1）基坑圍護結構施工結束后，土方開挖前要進行基坑降水，本基坑采用輕型井點降水，基坑開挖前預降水10天以抽取基坑內(nèi)土中的滯水，降水深度控制在坑底或局部落深區(qū)以下1.0m。降水井點相對均勻布置于基坑內(nèi)。使基坑內(nèi)土體疏干，從而達到使基坑安全、順利施工的目的。

（2）輕型井點的布置需根據(jù)挖土流程進行調(diào)整，實現(xiàn)區(qū)域封閉降水。除坑內(nèi)降水措施外，地面及坑內(nèi)應設排水措施，及時排除雨水及地面流水。

（3）輕型井點管要確保沖孔直徑≥300mm，濾管長度取1.0m，主管標高應盡量下放以滿足抽水要求及真空度；井點平面布置套距為15～20m，支管間距為1.2m，總管50m為一套。輕型井點管的灌砂量要經(jīng)過計算，滿足抽水要求。

（4）抽水系統(tǒng)和真空系統(tǒng)安置完畢后，應進行試抽，達到要求后轉入正常抽水，除遇特殊情況外，一般應連續(xù)工作。

（5）抽水期間，應做好各種記錄，及時測報抽水量及坑內(nèi)外水位。遇有情況及時協(xié)商解決。

5.4 基坑土方開挖施工技術

（1）挖土期間應確?？觾?nèi)土體處于較干燥狀態(tài)，防止坑外明水倒灌入坑內(nèi)，土方據(jù)“分層分區(qū)”的要求進行施工，分層厚度小于2.5m。

（2）基坑邊嚴禁大量堆載，地面超載應控制在20KN/m2以內(nèi)?；娱_挖期間禁止在坑外2倍基坑開挖深度范圍內(nèi)堆放建材、大型機械等重物且不得行走重車。

（3）開挖最下一層土方時，坑底必須留200mm～300mm厚基土用人工鏟除及修平。開挖至坑底時，混凝土墊層“隨挖隨澆”，隨挖隨澆搗墊層，混凝土墊層需直接澆搗至圍護樁內(nèi)側面。當開挖約150平方米左右的土方后（無墊層坑底暴露時間不得超過12小時），墊層便需跟進澆搗，并摻入早強劑，施工時需確實保證墊層的平整度、厚度和強度，使混凝土墊層能夠起到一道地撐的作用，以減小圍護樁后期位移。

（4）嚴禁機械碰撞圍護墻，其周邊200mm～300mm范圍內(nèi)的土方應采用人工挖除；土方開挖和外運過程中，應做好地下管線、道路及測點的保護措施。

（5）挖土后在坑內(nèi)設明溝或盲溝集水井明排水，明溝及盲溝應避免沿基坑底邊布置，宜利用電梯井等加深部分作為集水井。

（6）電梯井、集水井等局部落深區(qū)必須先挖至淺坑標高，待大面積墊層形成后才能向下開挖。

6 基坑監(jiān)測技術

基坑監(jiān)測包括對周邊環(huán)境的保護監(jiān)測和對本圍護體系的安全監(jiān)測，及時預報施工過程中可能出現(xiàn)的問題，及時控制和調(diào)整施工進度和施工方法。從而達到優(yōu)化施工方案、防止意外事件的發(fā)生、信息化施工的目的。監(jiān)測的主要項目：

（1）監(jiān)測內(nèi)容：①圍護墻體頂端水平位移及沉降；②鄰近地下管線、構筑物的水平位移及沉降；③坑內(nèi)外地下水位，每日抽水量；④坑外地表沉降。

（2）監(jiān)測要求：①圍護結構施工前，須測得初讀數(shù)；②在基坑降水、開挖期間，須做到一日一測。在基坑施工期間，可視測得的沉降、位移等變化情況加密。測得的數(shù)據(jù)應及時分析；③監(jiān)測報警值：一般情況下，水平、垂直位移大于5mm/d或累計大于35mm；坑外地表沉降最大變形>35mm；變化速率≥2mm/day，且持續(xù)2天以上；地下水位變化>500mm；變化速率≥150mm/day，且持續(xù)2天以上；周邊道路、建筑物、地下管線最大變形>20mm；變化速率≥2mm/day，且持續(xù)2天以上。

若監(jiān)測值達到上述界限須及時報警，引起重視，綜合分析，采取相應措施，控制位移與沉降，確保基坑施工安全。

7 實施效果

經(jīng)數(shù)月的基坑圍護、降水、開挖、基礎底板澆注等施工，監(jiān)測成果顯示：基坑平面拐點最大位移4.5cm，圍護結構體最大位移3.5cm，最大沉降3.0cm，沉降、位移等諸多數(shù)據(jù)均在規(guī)定范圍內(nèi)，控制效果良好，滿足要求。由此可見：軟土地區(qū)常見的平面形狀復雜的淺基坑采用重力式水泥土擋墻形式進行基坑圍護是安全可行的。

8 結語

1）軟土地區(qū)平面形狀復雜的淺基坑采用水泥土攪拌樁重力式擋墻進行基坑圍護、基坑降水采用輕型井點預先降水可取得較好的效果；

2）本基坑平面形狀不規(guī)則、變化大、周邊長，平面的拐點處基坑陽角區(qū)域采用加寬重力式水泥土墻等措施予以補強；由于坑底均為深厚的軟弱淤泥質(zhì)土，在長邊坑底被動區(qū)應進行攪拌樁加固處理；厚雜填土區(qū)、浜填土區(qū)采用換土墊層法措施予以處理；效果良好；

3）軟土地區(qū)的基坑圍護設計施工應充分考慮場地巖土工程條件、周邊環(huán)境條件、基坑挖深、基坑大小、基坑形狀等，基坑圍護設計、施工前，應先查清地下室周邊環(huán)境及地下管線的布置，做到精心設計、精心施工；

4）由于地下工程的復雜性與不可預見性，盡量做到“分層、分塊、對稱、平衡、限時” 開挖，做到信息化施，在施工過程中，根據(jù)實測數(shù)據(jù)綜合分析，及時調(diào)整與優(yōu)化施工。

本文參考了寶山區(qū)有關場地的資料，沒能注明出處，在此致謝。

【參考文獻】

[1]黃立雄.大型住宅小區(qū)大面積淺基坑圍護設計方案優(yōu)化[J].建筑施工，2013，36（5）：498-500.

[2]龔曉南.基坑工程發(fā)展中應重視的幾個問題[J].巖土工程學報，2006，28（Supp.）：1321-1324.

[3]葛明軍.基坑圍護施工中特大自來水管道保護技術[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2009，36（4）：66-69.

[4]王英銳，董紅霞，黃新林.上海中心城區(qū)復雜地質(zhì)條件下基坑圍護設計與施工 [J].施工技術，2011，40（12）：35-37.

[5]盧辰.上海雪野路隧道工井不規(guī)則基坑圍護設計與施工[J].施工技術，2010，39（11）：54-56.

[6]朱燕飛.外灘歷史文化風貌保護區(qū)基坑圍護施工方法的研討[J].建筑施工，2012，34（7）：644-645.

[7]謝石連，丁其鋒，盧玉南.鉆孔灌注樁在軟土地區(qū)深大基坑圍護工程中的應用[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2010（5）：59-63.

[8]胡建華，謝石連，付奕.復雜環(huán)境下的某深大基坑工程設計施工[J].建筑施工，2009，31（5）：336-337.

[9]陽吉寶，謝石連，崔永高.軟土地區(qū)采用復合土釘墻進行淺基坑圍護的工程實例分析[J].地下空間與工程學報，2005，1（6）：1132-1134.

[10]王勇，謝石連，葛敏敏，丁永平.重力式水泥土擋墻在軟土地區(qū)基坑圍護中的應用[J].建筑施工，2013，35（7）：575-577.

[11]謝石連，劉潁.土力學與基礎工程[M].?？冢汉Ｄ铣霭嫔?，2007，8.

[12]劉建航，侯學淵，主編.基坑工程手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997.

[責任編輯：楊玉潔]