溫州厚填土深基坑支護設計分析

張會新

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司 上海200092）

0 引言

溫州城市地下空間發(fā)展迅速，超大規(guī)模深基坑不斷涌現(xiàn)，而當?shù)厣詈裉钔粱驗I海相淤積軟土層的地質條件對基坑安全風險較大，特別是鄰近既有建（構）筑物區(qū)域，對保護對象的變形控制極為不利，工程事故不斷出現(xiàn)，溫州地區(qū)典型的工程地質和水文地質特點得到重視。國內學者通過工程案例統(tǒng)計和計算分析，獲得了不同支護型式的變形規(guī)律，并結合支護型式的特點提出相應的適用性建議［1-3］，為當?shù)鼗又ёo方案優(yōu)選及應用提供了一定的參考。

溫州市濱江商務區(qū)某項目鄰近甌江，場地范圍原為池塘，除存在深厚淤泥或淤泥質土層以外，表層存在10 m左右厚的雜填土，工程地質和水文地質條件較一般工程更為復雜。國內諸多學者對深厚雜填土的性質指標和特定的基坑支護型式進行了研究［4，5］，但不同地區(qū)差異較大，而溫州存在深厚雜填土的深基坑工程案例則更少。因此，本文以此項目為依托，對該深基坑進行支護設計和分析，對本工程后續(xù)區(qū)段或類似工程具有一定的指導或參考意義。

1 概況

1.1 工程概況

本工程地下1層商業(yè)，地下2層車庫，基坑開挖深度13.55～13.95 m，基坑開挖面積約19 838.7 m2，周長約656.5 m，呈近似梯形，長邊方向長約227 m，短邊方向寬約112 m。

基坑四周均為已建市政道路，其中北側與甌江僅隔35 m寬的市政主干道甌江路；南側商務六路因本工程施工臨時阻斷，但鄰近保留景觀橋，基坑開挖邊線距離景觀橋樁基礎最近僅3.8 m；西側和東側分別為商務三路和商務四路，市政道路上分布有燃氣、給水、電力、通訊、排水等市政管線，周邊環(huán)境極其復雜。工程平面如圖1所示。

圖1 工程平面Fig.1 The Project Site Plan

1.2 工程地質

擬建場區(qū)地層分為4個工程地質層及9個亞層:

①1層雜填土:近5～10年新近堆積土，碎塊石含量20%～75%，粒徑2～50 cm，松散～稍密；層厚2.40～10.80 m，局部缺失。

①2層素填土:近5 年新近堆積土，為周邊建筑工地的廢土；層厚1.00～2.80 m，局部分布。

②1層淤泥:夾薄層狀粉砂，流塑，高壓縮性，高靈敏度；層厚0.70～6.50 m，局部缺失。

②2層淤泥夾粉砂:粉砂呈層狀，含量很不均勻。飽和，流塑狀，高壓縮性，高靈敏度；層厚0.70～8.10 m，局部缺失。

②3層粉砂夾淤泥:以粉砂為主，夾（混）部分層狀淤泥；淤泥含量5%～20%；飽和，松散～稍密，中壓縮性；層厚5.20～12.80 m，局部缺失。

②4層淤泥:少量夾有薄層狀粉砂；飽和，流塑狀，高壓縮性；層厚3.90～8.90 m。均有分布。

②5層淤泥質粉質粘土:飽和，流塑狀，高壓縮性；層厚1.50～10.20 m，均有分布。

③1層淤泥質粘土:飽和，流塑狀，高壓縮性；層厚14.40～17.90 m，均有分布。

④3層卵石:粒徑大于2 cm 的粗顆粒50%～70%。充填物主要為粉質粘土、中細砂，稍密～中密，低壓縮性；厚度9.80～14.80 m，均有分布，未鉆穿。土層物理力學指標如表1所示。

表1 土層物理力學指標Tab.1 Physico-mechanical Index

表1中土工試驗剪切試驗指標為測試峰值強度標準值，根據(jù)溫州當?shù)亟?jīng)驗，一般乘以0.7～0.9 的折減系數(shù)。通過工程類比和反演計算，本工程剪切指標折減系數(shù)取0.9。

1.3 水文地質

擬建場地淺層為孔隙潛水，主要分布于人工雜填土、粘土、淤泥夾粉砂層中，地下水逕流條件較復雜，與甌江具有一定的水力聯(lián)系，穩(wěn)定地下水位埋深約為2.86～4.38 m，高程為0.78～2.44 m，主要由大氣降水及鄰近地表水體補給，主要通過蒸發(fā)及下滲排泄。

承壓水主要賦存于第②2層粉砂夾淤泥和第④3層卵石，②2層承壓水位標高為0.54～0.89 m，測得其承壓水頭為8.06～10.41 m；④3層承壓水位一般在其層面以上30～40 m，承壓含水層其補給、排泄方式主要通過側向滲透。本工程第②2層在開挖深度內，止水帷幕隔斷；經(jīng)驗算，第④3層滿足抗承壓水穩(wěn)定性要求。

2 基坑支護設計

2.1 工程特點

⑴超大、超深:基坑總面積約19 838.7 m2，基坑開挖深度13.55～13.95 m。

⑵周邊環(huán)境復雜:3倍基坑開挖深度范圍內存在既有市政道路、管線、景觀橋，保護要求高。

⑶地質條件復雜:場地范圍存在較厚的填土、淤泥或淤泥質土層，對基坑穩(wěn)定性和變形控制極為不利。淺層填土和粉砂層滲透系數(shù)較大，潛水水位高，且與甌江存在較強的水力聯(lián)系，地下水控制較為困難。

2.2 基坑支護設計

本工程基坑安全等級為一級，采用鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁+3道鋼筋混凝土支撐+坑內暗墩加固的支護形式［6］。

⑴一般區(qū)域:采用φ 1 000@1200 的鉆孔灌注樁圍護，灌注樁插入比均約1∶2.0。止水帷幕選用質量可靠的φ 850@600 三軸攪拌樁作為止水帷幕，三孔為一幅，相鄰幅套打一孔；止水帷幕穿過第②3粉砂夾淤泥層微承壓含水層，進入第②4淤泥層不小于2.0 m；考慮到填土和淤泥可能對止水帷幕的成樁質量的影響，三軸攪拌樁的水泥摻量為25%，且止水帷幕與鉆孔灌注樁中間空隙采用壓密注漿充填。坑內被動區(qū)加固采用φ 850@600 三軸攪拌樁加固，加固寬度5.65 mm，坑底以下加固厚度4.0 m，水泥摻量20%；坑底以上低摻量加固至第1道支撐底面，水泥摻量10%。加固范圍為長邊中部、陽角、鄰近保護對象區(qū)域和局部深坑等不利位置。一般區(qū)域支護剖面示意圖和景觀橋位置支護剖面示意圖如圖2所示。

⑵景觀橋區(qū)域:采用φ 1 200@1 400 的鉆孔灌注樁，坑內被動區(qū)加固采用裙邊加固，以有效控制變形。

2.3 支撐平面布置

豎向設置3 道鋼筋混凝土支撐，一般區(qū)域采用邊桁架+對撐+角撐的支撐布置形式，支撐間距7～10 m；鄰近景觀橋區(qū)域采用井字形對撐（見圖3）。

2.4 特殊巖土處理

本工程主要存在深厚填土、淤泥或淤泥質土，主要采取如下處理措施。

⑴對場地范圍的雜填土進行施工勘察，并進行試成樁，檢驗場地樁基施工的可行性。

⑵建筑垃圾、石塊等粒徑小于50 cm，灌注樁施工時進行沖孔擠壓，三軸攪拌樁適當偏移施工。

⑶局部建筑垃圾、石塊等粒徑大于50 cm 區(qū)域，灌注樁和三軸攪拌樁采用沖孔換填施工，部分塊石大于1 m的區(qū)域，結合高壓旋噴樁止水。

圖2 支護剖面示意圖Fig.2 The Section of Supporting Structure

圖3 第1道支撐平面布置Fig.3 The First Layer of Support Structure Plan

⑷深厚淤泥或淤泥質土，根據(jù)溫州當?shù)仡愃乒こ探?jīng)驗和計算分析，插入比控制在1∶2.0 左右，穩(wěn)定性和變形滿足規(guī)范要求［7，8］。

3 計算及監(jiān)測分析

3.1 計算分析

借助有限元軟件建立二維模型，模型的寬度和高度分別為120 m 和60 m，均大于3H，可不考慮邊界效應對計算結果的影響，模型側邊和底部設置約束（見圖4）。采用土體和加固體采用硬化模型（HS 模型），樁、結構均采用板單元彈性構件模擬，支撐采用錨定桿模擬，支撐間距10.0 m，有效長度15.0 m。結構與土體之間的接觸面強度按85%折減［9，10］。

圖4 計算模型Fig.4 Calculation Model

3.2 計算結果

計算結果表明，基坑開挖至坑底時變形最大，且變形最大點出現(xiàn)在基坑底部位置，最大水平位移38.50 mm；基坑豎向位移主要為坑底隆起，坑底豎向位移最大約為46.85 mm；橋梁板最大水平位移17.92 mm，最大豎向位移約為16.83 mm，說明基坑開挖對景觀橋的影響在可控范圍內。水平變形云圖如圖5所示。

圖5 水平變形云圖Fig.5 Shadings of the Horizontal Displacement

3.3 實測結果及分析

信息化施工可實時反饋基坑和對周邊環(huán)境的影響情況，對指導施工具有重要意義。沿基坑和保護對象周邊布置監(jiān)測點，進行全過程的信息化施工，得到基坑施工過程中的實測數(shù)據(jù)。

對一般區(qū)域和鄰近景觀橋區(qū)域分別進行研究，將圍護樁測斜（CX）和土體測斜（TC）實測數(shù)據(jù)與同濟啟明星（FRWS）理論計算結果、PLAXIS 數(shù)值計算結果對比，結果如圖6所示。

對比結果顯示，一般區(qū)域最大位移均出現(xiàn)在坑底附近，數(shù)值計算最大位移54.17 mm，大于FRWS 計算結果和實測結果。鄰近橋梁區(qū)域實測結果略小于理論和數(shù)值計算結果，數(shù)值計算最大位移35.60 mm。但實測結果最大位移出現(xiàn)在8 m 深度處，土體深層水平位移呈現(xiàn)雙峰結構，第二峰接近坑底位置，F(xiàn)RWS最大位移點介于實測數(shù)據(jù)和Plaxis 計算結果中間，推測可能是因為景觀橋梁距離基坑較近，橋梁結構剛度較大，故而造成實測結果與理論和數(shù)值計算的偏差。

圖6 計算結果與實測數(shù)據(jù)對比Fig.6 Comparison of Calculation Results and Measured Data

坑底以下實測結果迅速收斂，在25 m深度附近位移基本為0；FWRS 計算結果與實測數(shù)據(jù)趨勢基本一致，在30 m 深度附近位移小于5 mm；PLAXIS 計算結果在坑底以下位移略有收斂，但趨勢不明顯?？赡芤驗榭拥滓韵碌蘑?層淤泥、②5層淤泥質粉質粘土和③1層淤泥質粘土的實際側向約束效果相對較好。

4 結論

本文依托具體工程案例，對溫州地區(qū)深厚填土軟土深基坑進行設計和分析，計算分析結果與實測數(shù)據(jù)基本吻合，目前該工程大面積區(qū)域底板已施工完成，局部第二道支撐已拆除，基坑狀況良好，變形在規(guī)范要求范圍內。本工程的順利實施，總結如下結論，可為本工程后續(xù)區(qū)段或類似工程提供借鑒和參考。

⑴計算結果和實測數(shù)據(jù)基本吻合，變形在可控范圍內，說明本工程采用鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁止水帷幕+鋼筋混凝土支撐+三軸攪拌樁坑內加固方案安全可行；填土和軟土層抗剪強度指標按0.9折減，插入比控制在1∶2.0左右可滿足基坑安全和經(jīng)濟性要求。

⑵深厚填土粒徑較大的區(qū)域，可采用沖孔換填施工灌注樁和高壓旋噴樁分別作為圍護樁和止水帷幕具有可行性。

⑶鄰近保護對象區(qū)域通過加大樁徑，調整支撐布置為對撐，設置裙邊加固，圍護樁深層水平位移可控制在35.8 mm，景觀橋的變形也均在20 mm內。

⑷坑底軟弱土層對圍護樁的實際側向約束效果較理論和數(shù)值計算好。