軟土地區(qū)深基坑支護(hù)施工技術(shù)

陶文斌，陳 星，宮 志

（安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230000）

引言

為提高現(xiàn)有建筑的利用率[1]，各個(gè)城市的深基坑工程越來越多，常規(guī)的深基坑工程大多使用放坡開挖技術(shù)進(jìn)行開挖[2]，開挖后其內(nèi)部的支護(hù)穩(wěn)定性較低，且成本較高，在某些復(fù)雜的施工地區(qū)還很容易出現(xiàn)施工沉降[3]，造成建筑支護(hù)結(jié)構(gòu)嚴(yán)重傾斜、開裂，甚至倒塌，出現(xiàn)嚴(yán)重的施工事故。研究表明，近幾年由深基坑支護(hù)沉降變形導(dǎo)致的施工事故數(shù)量越來越多[4]，在這種情況下解決深基坑支護(hù)沉降變形問題刻不容緩。軟土地區(qū)指的是含有大規(guī)模沉積層或黏土層的地區(qū)，這些特殊的黏土層具有弱飽和性，因此軟土地區(qū)的地層壓縮性和變形性較高，極容易受外力影響產(chǎn)生沉積形變，降低施工建筑的穩(wěn)定性，造成嚴(yán)重的施工事故，因此本研究從軟土地區(qū)的實(shí)際土層特性出發(fā)，設(shè)計(jì)了一種軟土地區(qū)深基坑支護(hù)技術(shù)。

1 概況及準(zhǔn)備

A 工程位于某市的邊緣區(qū)域，西南兩側(cè)均與高速公路相接，主體建筑為多層商務(wù)樓，該工程內(nèi)部基坑面積約11 500 m2，基坑延長線約745 m[5]，整個(gè)基坑形狀不規(guī)則，基礎(chǔ)開挖深度約18.5 m，A 工程基坑平面示意圖見圖1。

圖1 A 工程基坑平面示意圖

由圖1 可知，A 工程的基坑范圍較廣，總開挖深度較高，因此屬于深基坑，接下來對(duì)A 工程進(jìn)行地質(zhì)勘察，其地質(zhì)特征如下：A 工程內(nèi)部存在大片施工空地，天然地形平整，施工基坑內(nèi)部存在第四紀(jì)沉積物，呈松散特性，該工程內(nèi)部最大勘測深度為75 m，可根據(jù)地基土層的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行劃分，各個(gè)土層的地形特性見表1。

由表1 可知，A 工程土層土質(zhì)不均，各土層均含一定量的有機(jī)質(zhì)，整體土層較松散，含大規(guī)模弱飽和性黏土層，屬于軟土土層，進(jìn)一步勘察A 工程的水文地質(zhì)發(fā)現(xiàn)，A 工程淺層土壤具有基礎(chǔ)潛水特性[6]，水位動(dòng)態(tài)變化與降雨等氣候條件相關(guān)，水位埋深在0.45 m～1.65 m 范圍內(nèi)波動(dòng)。

表1 土層地形特性

基坑底部土層1、2、3、4、5、6、7、8 為粘性土，9、10為含水層，含水層呈周期性變化，因此在支護(hù)施工時(shí)要考慮浪涌作用導(dǎo)致的基坑突涌現(xiàn)象，除此之外，A工程場地西側(cè)有一涇河，與該工程距離僅8 m，河堤設(shè)置了350 mm×400 mm 灌注樁，樁長為16 m，樁徑為550 mm。A 工程包含地下室結(jié)構(gòu)，因此其整體開挖深度較高，由于基坑內(nèi)部土壤強(qiáng)度較低，很容易出現(xiàn)坍塌等事故，因此在施工時(shí)需要進(jìn)行基坑支護(hù)，以下將對(duì)支護(hù)施工過程進(jìn)行展開分析。

2 支護(hù)施工過程

2.1 安裝高穩(wěn)定支護(hù)排樁

為提高深基坑支護(hù)的支護(hù)強(qiáng)度，本研究設(shè)計(jì)的施工技術(shù)在支護(hù)時(shí)安裝了高穩(wěn)定性支護(hù)排樁。軟土地區(qū)的土質(zhì)松軟，存在內(nèi)力、外力、超載壓力等均限制深基坑支護(hù)施工，因此本研究使用靜力平衡法采用主被動(dòng)土壓力進(jìn)行綜合計(jì)算，判斷支護(hù)排樁的內(nèi)力，對(duì)支護(hù)排樁進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其滿足軟土地基復(fù)雜的支護(hù)條件，首先，將支護(hù)排樁作為一個(gè)固定的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行“欠固”處理，為滿足支護(hù)排樁的高穩(wěn)定支護(hù)狀態(tài)，需要保證其始終具有彈性。

經(jīng)過初次安裝發(fā)現(xiàn)，支護(hù)排樁內(nèi)部的懸臂梁受質(zhì)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)作用影響會(huì)出現(xiàn)部分梁體破壞問題，制約著支護(hù)土體的平衡性，因此本研究設(shè)計(jì)的施工技術(shù)進(jìn)行了二次“欠固”處理，即將彈性樁體放置在軟土地基中，始終保證其處于平衡狀態(tài)，此時(shí)支護(hù)排樁受到的荷載內(nèi)力最小，可以避免支護(hù)排樁發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。在支護(hù)過程中，部分稱重較低的區(qū)域存在彈性抗力，為了降低彈性抗力對(duì)支護(hù)的影響需要設(shè)置點(diǎn)點(diǎn)支護(hù)排樁，結(jié)合支護(hù)土體壓力及土質(zhì)類型可選取支護(hù)底座，將支護(hù)錨放置在支護(hù)底座中，再結(jié)合排樁的平衡作用力進(jìn)行欠固，此時(shí)可以將支護(hù)排樁看成一種簡易的支護(hù)衡量，排除力矩差值后再結(jié)合水平作用力判斷支護(hù)排樁彎矩。

2.2 施打抗壓支護(hù)鋼板

為提高支護(hù)鋼板的施打質(zhì)量，首先設(shè)計(jì)了施打流程，即在支護(hù)鋼板施打前，需要進(jìn)行放線定位，即保證鋼板樁始終處于水平位置，測量此時(shí)基坑的寬度，對(duì)需要施打的鋼板樁進(jìn)行質(zhì)量檢查，避免出現(xiàn)嚴(yán)重破損的鋼板影響支護(hù)質(zhì)量。支護(hù)點(diǎn)樁尖位置存在一個(gè)凹槽口，為避免凹槽口在施打過程中回填軟土，需要進(jìn)行預(yù)先密封，并在施打前保證鋼板樁斜率在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，避免出現(xiàn)施打角度問題。主要使用屏風(fēng)式打入法進(jìn)行鋼板樁施打，從而有效地進(jìn)行支護(hù)壓力分解。施打檢查步驟完畢后需要將鋼板樁插入導(dǎo)架內(nèi)，此時(shí)的導(dǎo)架處于有序排列狀態(tài)，需要按照排列順序嚴(yán)格控制施打角度進(jìn)行施打，在施打的過程中需要不斷調(diào)整施打順序，直至其不受外力影響。施打順序是鋼板樁施工的關(guān)鍵，需要根據(jù)施打原則進(jìn)行選擇，若此時(shí)鋼板樁處于逆向傾斜狀態(tài)，需要使用正向順序施打，反之則使用逆向順序進(jìn)行施打，如果鋼板樁兩端均處于垂直狀態(tài)可以使用循環(huán)施打法進(jìn)行施打，每次施打打入的深度都必須在0.5～2.5 范圍內(nèi)。鋼板樁施打完畢后，需要進(jìn)行鋼圍檁清理，設(shè)置焊接托架，進(jìn)行肋板加固。最后需要使用全站儀放線，確定托架的安裝位置，再進(jìn)行焊接，為了避免支護(hù)扭動(dòng)問題，在鋼板空隙間填充若干二級(jí)鋼筋，保證其與鋼板樁有效連接，實(shí)現(xiàn)外部支護(hù)壓力平均分配，避免產(chǎn)生支護(hù)沉降。

2.3 埋設(shè)抗沉降止水帷幕

受深基坑周邊地下水位影響，很容易出現(xiàn)透水層導(dǎo)致支護(hù)沉降，因此本研究設(shè)計(jì)了抗沉降止水帷幕。使用水平、豎直兩種止水帷幕，根據(jù)實(shí)際施工狀態(tài)進(jìn)行選擇，水平止水帷幕主要在基坑底部水層較厚時(shí)埋設(shè)，避免支護(hù)結(jié)構(gòu)滲水，提高支護(hù)抗?jié)B能力；豎直止水帷幕則可在水層較薄時(shí)使用，防止基坑底部浪涌。使用預(yù)拌法對(duì)止水帷幕的攪拌樁進(jìn)行初步處理，為準(zhǔn)確地判斷止水帷幕的埋設(shè)位置，需要結(jié)合深基坑內(nèi)部的土層變換原理計(jì)算帷幕埋設(shè)深度d，如公式（1）所示。

式中，Δh 為基坑水位差，b 為止水帷幕自身厚度，如果在埋設(shè)止水帷幕的過程中發(fā)現(xiàn)基坑底部透水層厚度超出標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，難以進(jìn)行埋設(shè)，此時(shí)可以使用懸掛法進(jìn)行安裝，此時(shí)帷幕埋設(shè)的深度需滿足以下埋設(shè)式，如公式（2）所示。

式中，k 為透水穩(wěn)定系數(shù)，D 為止水帷幕埋設(shè)土層厚度，D1為懸掛高度，Δh 為基坑內(nèi)外水頭差，γ 為土層浮重度。

使用上述公式可以有效地計(jì)算帷幕埋設(shè)深度，但對(duì)于部分基坑底部未到不透水層的支護(hù)工程，需要使用止水樁基進(jìn)行支撐，使其始終滿足深基坑內(nèi)部的排水要求，避免深基坑沉降。

在軟土地區(qū)天然狀態(tài)下，開挖的深基坑存在初始沉降量，經(jīng)過計(jì)算發(fā)現(xiàn)初始沉降量與沉降影響范圍呈正相關(guān)，因此在埋設(shè)止水帷幕時(shí)需要根據(jù)深基坑水平布置間距，進(jìn)行抗傾覆驗(yàn)算，若連續(xù)驗(yàn)算結(jié)果均高于抗傾覆標(biāo)準(zhǔn)值，才可以進(jìn)行止水帷幕埋設(shè)，反之則需要重新判斷沉降影響范圍、布設(shè)水平、垂直內(nèi)撐，直至其沉降特性符合止水帷幕的埋設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，以保證止水帷幕埋設(shè)的有效性，在最大程度上避免深基坑支護(hù)沉降。

3 施工結(jié)果

使用上述設(shè)計(jì)的軟土地區(qū)深基坑支護(hù)施工技術(shù)進(jìn)行支護(hù)，此時(shí)基礎(chǔ)支護(hù)點(diǎn)位存在變化的支護(hù)壓力，該支護(hù)壓力直接影響沉降位移，首先保證每個(gè)支護(hù)點(diǎn)位的各項(xiàng)參數(shù)恒定，設(shè)置10 個(gè)初始化開挖深度，即0.55 m、1.55 m、2.55 m、3.55 m、4.55 m、5.55 m、6.55 m、7.55 m、8.55 m、9.55 m，此時(shí)隨機(jī)抽取兩處進(jìn)行支護(hù)壓力檢測，其支護(hù)示意圖見圖2。

圖2 支護(hù)示意圖

由圖2 可知，隨著土壓力增加，支護(hù)系數(shù)的變化并不明顯，且兩處檢測點(diǎn)的支護(hù)壓力與支護(hù)系數(shù)變化狀況與標(biāo)準(zhǔn)支護(hù)壓力變化狀況相擬合，除此之外，標(biāo)準(zhǔn)支護(hù)與實(shí)際支護(hù)點(diǎn)位之間的支護(hù)系數(shù)相差較小，變化相似，因此，證明本研究設(shè)計(jì)的施工技術(shù)支護(hù)效果較好，為了進(jìn)一步研究該施工技術(shù)在軟土地區(qū)的施工有效性，本文選取了OM-DAQPRO-5300 沉降數(shù)據(jù)測量儀進(jìn)行沉降位移檢測，施工結(jié)果見表2。

由表2 可知，該設(shè)計(jì)技術(shù)支護(hù)后各個(gè)支護(hù)點(diǎn)位的沉降位移均低于施工允許沉降位移，證明設(shè)計(jì)技術(shù)的支護(hù)效果較好，能夠滿足后續(xù)軟土地區(qū)深基坑支護(hù)的穩(wěn)定性需求。

表2 施工結(jié)果

4 結(jié)論

目前各個(gè)城市的建筑基坑支護(hù)工程越來越多，受深基坑支護(hù)區(qū)域的地質(zhì)特征影響，在某些強(qiáng)度較低的軟土地質(zhì)支護(hù)難度較高，經(jīng)常產(chǎn)生嚴(yán)重的支護(hù)沉降，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)坍塌，引發(fā)嚴(yán)重的建筑施工事故，因此本研究結(jié)合軟土地區(qū)的地質(zhì)特征，設(shè)計(jì)了一種新的深基坑支護(hù)技術(shù)，施工結(jié)果表明，設(shè)計(jì)技術(shù)的沉降位移較小，支護(hù)效果較好，具有一定應(yīng)用價(jià)值。