軟弱土層中不同基坑支護方案的分析

佘清榮

軟弱土層中不同基坑支護方案的分析

佘清榮

(福建省華廈能源設計研究院有限公司 福建福州 350003)

結合具體工程實例，比較了在同一軟弱土層地區(qū)采用不同的基坑支護方案的優(yōu)劣。分析表明，水泥攪拌樁與土釘墻組合的支護結構型式比傳統(tǒng)的排樁與內支撐組合的支護結構型式具有更大的優(yōu)勢，該支護結構與其它支護結構相比，具有明顯的經(jīng)濟性和優(yōu)越性。

軟土基坑;基坑支護;水泥攪拌樁與土釘墻組合支護

0 引言

福建沿海的地質條件多為淺海灘涂，具有淤泥層厚，上覆土層歷史較短，且存在基坑支護造價相對較高、變形較難控制等特點，故在該區(qū)域進行工程建設和基坑開挖時，需對基坑進行支護。目前，基坑支護常見的方式有：分級放坡、土釘支護、水泥土攪拌樁重力式支護、排樁加錨支護、內支撐支護等，以上單一的支護型式在軟弱土層中均存在著一些不足[1-3]。

近幾年，隨著支護型式和施工工藝的發(fā)展，一種新型的支護型式：土釘墻結合水泥土攪拌樁在軟弱土層的基坑支護中得到了廣泛的應用。此支護型式具有如下優(yōu)點：施工工藝簡單、造價相對較低、適用范圍和深度變大、可與其他支護型式結合使用。

本文以工程條件類似的具體案例，探討了兩種不同支護結構型式在軟弱土層基坑中的支護效果。分析表明，水泥攪拌樁與土釘墻組合支護在軟土基坑中的應用有著良好的效果，并且在節(jié)省工程造價方面也有較大的優(yōu)勢[4-6]。

1 工程概況

A工程位于福州長樂市城西片區(qū)，場地南鄰吳航路，東側為某住宅小區(qū)，北側和西側均為規(guī)劃道路，目前為空地。該工程設一層連體地下室，基坑開挖深度3.10m～4.00m(主樓多樁承臺處基坑開挖深度4.50m～5.50m)，基坑占地面積約22 000m2。

場地上部巖土層主要為：雜填土層①，松散為主，厚度1.50m～4.80m。粉質黏土層②，可塑，厚度1.00m～1.50m。淤泥層③，流塑，厚度10.50m～20.00m，為欠固結土。粉質黏土層④，可塑，厚度2.60m～7.50m。中砂層⑤，中密，厚度2.50m～8.10m?；娱_挖范圍內的地下水主要為賦存于雜填土層中的孔隙潛水，受大氣降水和地表水等影響，穩(wěn)定水位埋深在0.90m～1.00m之間。中砂層⑤的孔隙承壓水對基坑開挖基本沒有影響。影響基坑開挖的土層分布及參數(shù),如表1所示。

表1 A場地土層基坑設計計算指標

B工程與A工程相隔吳航路，西與泮野港相鄰，南側為規(guī)劃住宅用地，東側為規(guī)劃道路，場地西北角與龍芝大廈建筑群相鄰，東北側與國惠大酒樓相鄰。

該工程設一層地下室，基坑開挖深度約為3.50m，多樁承臺位置開挖深度3.85m～4.50m。場地西北角已建的龍芝大廈建筑群地面標高約為黃海5.00m，比現(xiàn)有場地高出約1.80m左右，該范圍基坑開挖深度約為4.30m，多樁承臺挖深約5.65m，基坑占地面積約20 000m2。

場地上部巖土層主要為：雜填土層①，松散為主，厚度1.00m～3.00m。粉質黏土層②，可塑，厚度1.00m～2.00m。淤泥層③，流塑，厚度10.90m～20.50m。 粉質黏土層④，可塑，厚度1.00m～9.00m。中砂層⑤，中密厚度1.50m～5.00m?；娱_挖范圍內的地下水主要為賦存于雜填土層中的孔隙潛水，受大氣降水和地表水等影響，穩(wěn)定水位埋深在1.00m～1.20m之間。中砂層⑤的孔隙承壓水對基坑開挖基本沒有影響。影響基坑開挖的土層分布及參數(shù)如表2所示。

表2 B場地土層基坑設計計算指標

2 基坑支護設計方案

2.1 基坑支護設計方案的選擇

(1)A工程基坑側壁安全等級為Ⅱ級，采用的支護型式為：東側和西側采用PHC管樁支護，樁長10m～14m，單節(jié)樁，樁頂設置鋼筋混凝土冠梁，管樁內灌芯，東側坑內側設置鋼斜支撐，斜支撐為Φ300×5鋼管，長約6m?；幽?、北側采用平臺卸載、土釘支護與木樁組合支護?；又ёo型式如圖1～圖2所示。

圖1 基坑支護剖面圖

圖2 基坑支護剖面圖

(2)B工程的基坑安全等級為Ⅱ級。該基坑支護型式為：水泥攪拌樁與土釘墻組合，水泥攪拌樁水泥摻量為20%，抗剪強度為100kPa，無側限抗壓強度大于1.0MPa，土釘以Φ48焊接鋼管作為注漿錨管，漿體噴射直徑130mm，土釘長度18m，水平間距為1.30m，基坑支護型式如圖3所示。

圖3 基坑支護剖面圖

2.2 A、B工程基坑支護的共同點

(1)基坑地處市區(qū)，與主干道相鄰，距離已有建筑物較近，對周邊環(huán)境變形敏感。

(2)場地巖土工程地質條件差，且位于軟土地區(qū)，軟弱土層厚度大，沉積時間短，含水量高，分布有欠固結的淤泥層，力學性能極差。

(3)基坑均開挖至淤泥層，容易引起淤泥深層滑動，若支護型式不合理，將對基坑及其周邊安全構成威脅。

(4)軟土地區(qū)可選擇的支護型式較少。

2.3 B基坑整體穩(wěn)定性計算

計算單排水泥攪拌樁不同樁長下的整體穩(wěn)定性。通過計算可知，水泥攪拌樁嵌入坑底以下4m深度時，切割樁身的滑弧成為最危險滑弧，需采取措施，如增加水泥攪拌樁的排數(shù)，安全系數(shù)將進一步提高，并能滿足要求。不同攪拌樁排數(shù)的基坑整體穩(wěn)定安全系數(shù)結果如表3所示。

圖4 A工程北區(qū)基坑側壁土體水平位移—深度關系曲線(注：橫坐標代表水平位移，縱坐標代表深度)

表3 不同攪拌樁墻厚度下的整體穩(wěn)定安全系數(shù)計算結果

通過計算結果和實際情況相結合，水泥攪拌樁的參數(shù)設置如下：主動區(qū)采用2排直徑500mm、間距400mm、樁長為L=8m的水泥攪拌樁，被動區(qū)采用2排直徑500mm、間距400mm、樁長為L=4m的水泥攪拌樁，并增設了水泥攪拌樁墩式加固體，以進一步穩(wěn)固坡腳，控制變形。

通過整體穩(wěn)定性計算可知，水泥攪拌樁墻的厚度對基坑穩(wěn)定性的作用是巨大的，且三道注漿錨管也對基坑的穩(wěn)定性發(fā)揮了關鍵作用。通常在極軟弱土層場地的基坑支護中，注漿錨管的拉拔力往往被忽視，但通過多個工程實例和事實表明：

(1)注漿錨管加固后的復合土體，外來荷載和土體自重應力由錨管和土體共同承擔，注漿錨管為基坑的穩(wěn)定性提供了部分的抗滑力，延緩了復合土體塑性區(qū)發(fā)展和滑裂面出現(xiàn)。

(2)由于錨管注入水泥漿，在壓力作用下，水泥漿液能夠在錨管周邊與土體結合形成一定直徑的錨固體，且錨固體的形成使得周邊軟土被加固好，同時被強制性擠向四周，軟土層受到擠壓，土體密實度得到提高。

(3)水泥漿與淤泥共同作用，改善了土體的力學性能，提高了軟土的強度，因此能夠為錨固體提供更大的側阻力，一方面增大了錨管與周圍土體的粘結力，從而增加基坑的穩(wěn)定性。

3 坑壁土體水平位移監(jiān)測結果

(1)A工程南區(qū)基坑開挖工作自2010年9 月初開始，2010 年11 月初基坑開挖基本完成；北區(qū)基坑開挖工作自2010年9 月底開始，2010 年12月底基坑開挖基本完成。由于基坑開挖時土體變形較大，支護結構及土體變形多次超出預警值，部分地段因變形過大產(chǎn)生裂縫或滑塌等。地下室施工完成后，土體累計水平位移最大值為19.00mm～438.87mm(南區(qū))、41.25mm～387.34mm(北區(qū))，大部分地段土體變形均超出設計允許值，部分地段土體位移110mm～460mm，大大超出設計允許值，導致基坑局部失穩(wěn)，如圖4～圖5所示。

(2)B工程的基坑按照以上所述的基坑支護設計方案施工，從土方開挖到地下室土方回填共歷時約270d，監(jiān)測單位進行了70多次的基坑監(jiān)測。由監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，基坑土體水平位移變形特征表現(xiàn)為沿深度的水平位移中部大，頂部和底部兩頭小的肚子型變形曲線，位移最大值27.32mm～32.42mm，水平位移最大值產(chǎn)生于基坑底標高附近，以上數(shù)值及規(guī)律滿足規(guī)范要求，如圖6所示。

實踐表明：通過水泥攪拌樁和注漿錨管對土體的約束，使得淤泥側向擠出及基坑坑底隆起等現(xiàn)象未產(chǎn)生，水泥攪拌樁的存在延緩了土體塑性變形發(fā)展階段，同時被動區(qū)布設多排水泥攪拌樁對坡腳進行加固，對基坑變形起了很好的控制作用，達到了良好的效果。通過計算，基坑支護的造價每延米約5 000元，與噴錨支護型式相比造價微高，但比樁錨支護、樁內支撐支護等造價均低。

圖5 A工程南區(qū)基坑側壁土體水平位移—深度關系曲線(注：橫坐標代表水平位移，縱坐標代表深度)

圖6 B工程基坑側壁土體水平位移-深度關系曲線(注：橫坐標代表水平位移，縱坐標代表深度)

4 結論

(1)A、B工程基坑范圍較大，形狀復雜，分塊建設，從技術角度和支護造價角度均不宜采用造價較高的內支撐支護。

(2)A工程基坑的支護型式相對于B工程而言，結果造成支護結構失穩(wěn)。若基坑采用排樁加外錨支護，則造價高，可見B的支護型式比A工程的支護型式有較大的優(yōu)勢。

(3)軟土場地基坑單一采用土釘墻支護變形過大，基坑整體穩(wěn)定性差，且基坑開挖深度受限。在土壓力主動區(qū)和被動區(qū)布設普通水泥攪拌樁，對基坑形成超前支護，增大支護復合抗剪強度、提前加固開挖面、穩(wěn)固坡腳和抵抗基坑坑底隆起等起到了良好的作用，大大提高了基坑整體穩(wěn)定性、抗隆起穩(wěn)定性；且增加了基坑支護的適用深度，對控制基坑的水平位移等變形起到了很好的控制作用。

(4)注漿錨管在水泥攪拌樁與土釘墻聯(lián)合支護中為基坑穩(wěn)定性提供了一定的抗滑力，延緩了復合土體塑性區(qū)發(fā)展和基坑滑裂面的出現(xiàn)，對基坑應力傳遞和擴散、加固土體、改善土體物理力學性能起到了良好的作用。

(5)在水泥攪拌樁與土釘墻的聯(lián)合支護型式中，水泥攪拌樁的抗剪強度對基坑整體穩(wěn)定性有著良好的貢獻，水泥攪拌樁樁長的增加使得切割樁身的滑弧成為最不利的滑弧，隨著水泥攪拌樁排數(shù)的適當增加，支護結構的整體穩(wěn)定安全系數(shù)可以得到較大的提高。

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Analysis of different schemes for soft soil foundation pit in soft soil

SHEQingrong

(Fujian Huasha Institute of Energy and Design Co.Ltd.,Fuzhou 350001)

Based on actual foundation pit supporting projects, different schemes of foundation pit supporting are introduced in the paper, the advantages and disadvantages of different foundation pit support schemes are compared in the same soft soil area, it shows that the composite retaining wall combined cement mixing pile with soil nailing has greater advantage than soil nailing wall in the soft soil foundation pit ,it has obvious economy and superiority.

Soft soil foundation pit;Foundation pit supporting; Composite retaining wall combined cement mixing pile with soil nailing

佘清榮(1963.6- )，男，教授級高級工程師。

E-mail:784268494@qq.com

2017-02-21

TU47

A

1004-6135(2017)04-0056-04