軟土深基坑支護(hù)工程設(shè)計(jì)實(shí)例分析

王煜

（深圳中廣核工程設(shè)計(jì)有限公司，廣東深圳 518100）

1 工程概況

1.1 建筑物平面位置

根據(jù)建筑物總平面圖，該基坑主要由兩部分組成，一部分為虹吸井基坑，另一部分為盾構(gòu)工作井基坑；其中虹吸井基坑周長(zhǎng)100 m，基坑面積2 075 m2，基坑深度為14.60 m，其東側(cè)距已運(yùn)行使用的廠區(qū)道路12.55 m，西側(cè)距某倉(cāng)庫(kù)（鋼結(jié)構(gòu)，天然基礎(chǔ)）18.35 m；盾構(gòu)工作井基坑周長(zhǎng)117.80 m，基坑面積820 m2，基坑深度為24.10 m，其西北側(cè)距辦公樓（框架結(jié)構(gòu)，天然基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深約1.50 m）20.07 m，具體位置如圖1 所示。

圖1 建筑物平面位置圖（單位：m）

1.2 地質(zhì)條件

根據(jù)場(chǎng)地勘察資料，自上而下地層如下。

①回填土：主要為場(chǎng)地平整時(shí)回填的塊石，平均層厚約8.00 m，強(qiáng)透水層。②2黏土：灰黃色，軟塑，局部可塑，平均層厚2.05 m。②3淤泥質(zhì)黏土或淤泥，即俗稱的“軟土”：青灰色，流塑，含水率高，含少量腐殖質(zhì)和白色貝殼碎屑。該層原為淤泥，上部塊石拋填堆載加荷近10 年后土的物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生較大變化，現(xiàn)大部分為淤泥質(zhì)黏土，局部為淤泥。平均層厚6.60 m，最大厚度約9.60 m。②4黏土：青灰色，具有軟塑性和高壓縮性，平均厚度為5.05 m。②41粉砂：灰色，中密，飽和，級(jí)配差，呈透鏡體分布于②4層黏土。厚度0.50～2.70 m。②5粉質(zhì)黏土：青灰色，可塑，平均層厚3.10 m。③1粉質(zhì)黏土：褐黃色，可塑性好，含有少量鐵錳質(zhì)結(jié)核及斑點(diǎn)。厚度1.20～8.00 m。③2粉砂：褐黃色，中密～密實(shí)，飽和，夾中粗砂，級(jí)配差，呈透鏡體分布于③1層黏土的底部。平均層厚3.05 m。④2粉質(zhì)黏土：灰色，軟塑，局部可塑，少量鉆孔揭露。平均層厚1.03 m。④3粉砂：灰色，密實(shí)，飽和，夾少量礫砂，級(jí)配差，平均層厚2.50 m。⑤2黏土：褐灰色，混大量強(qiáng)風(fēng)化角礫和中粗砂，可塑～硬塑，局部堅(jiān)硬，平均厚度4.55 m。

基坑范圍內(nèi)土層主要物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 各土層參數(shù)

1.3 水文地質(zhì)條件

地下水主要為第四系孔隙潛水，這是整個(gè)場(chǎng)區(qū)的地下水特點(diǎn)?？紫稘撍煞譃槿斯せ靥顠伿紫稘撍秃７e層孔隙潛水?；靥顠伿紫稘撍粯?biāo)高約2.00 m；海積層孔隙潛水存在于不連續(xù)的透鏡體狀的粉砂、中細(xì)砂、中粗砂、礫砂層，總體富水性貧乏，黏性土為較穩(wěn)定的隔水層。第四系孔隙潛水主要來(lái)源是大氣降雨。

2 基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)思路及方案

該基坑屬于典型的軟土地區(qū)基坑，工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件較差，且基坑開(kāi)挖深度較深，加之周?chē)鷺?gòu)筑物的存在，故必須選用合理的支護(hù)形式，以做到在安全、合理的前提下，縮短施工工期、方便土方開(kāi)挖和結(jié)構(gòu)的施工、節(jié)省工程造價(jià)。本著安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的原則，經(jīng)過(guò)比較、優(yōu)化，確定虹吸井基坑采用放坡+鉆孔灌注樁+旋噴土錨+坑外單軸攪拌樁止水帷幕的綜合支護(hù)形式；盾構(gòu)工作井基坑采用放坡+鉆孔灌注樁+淺部旋噴土錨+下部混凝土支撐+坑外單軸攪拌樁止水帷幕的綜合支護(hù)形式[1-2]。

根據(jù)地下水位發(fā)育情況，采用鉆孔灌注樁+單軸攪拌樁作為止水帷幕，可有效利用鉆孔灌注樁的支護(hù)與止水雙重作用；旋噴土錨是通過(guò)對(duì)土體加注水泥漿攪拌、旋噴成傾斜樁體，同時(shí)施放錨筋或鋼絞線，實(shí)現(xiàn)對(duì)地層的主動(dòng)加固，在基坑的四周形成“人”字形、“門(mén)”字形或“彡”字形錨桿擋土結(jié)構(gòu)，圍護(hù)基坑壁、邊坡的掩護(hù)結(jié)構(gòu)?？蓪⒊Ｒ?guī)的基坑支護(hù)用的內(nèi)支撐取消，具有安全性、經(jīng)濟(jì)性、方便施工與縮短工期、對(duì)周邊環(huán)境影響小、適用不同土層等優(yōu)點(diǎn)。

上述綜合支護(hù)形式考慮了地下水埋深淺、基坑兩側(cè)空間的充分利用、內(nèi)支撐對(duì)上部結(jié)構(gòu)施工有影響等多種現(xiàn)場(chǎng)因素，同時(shí)也考慮了盾構(gòu)工作井作為盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入通道、礦山法出土通道、盾構(gòu)法泥水輸出通道而對(duì)地基承載力有特殊要求、工作井使用周期長(zhǎng)等各種客觀因素的影響。圍護(hù)樁平面布置圖如圖2 所示。

圖2 圍護(hù)樁平面布置圖（單位：m）

具體設(shè)計(jì)方案如下[3]。

1-1 剖面：主要分布在虹吸井基坑?xùn)|西兩側(cè)。

淺部放坡：采用一級(jí)放坡，坡高5.00 m，放坡系數(shù)為1∶1。坡面設(shè)100 mm 厚C20 網(wǎng)噴面層，內(nèi)配φ8 mm@200 mm×200 mm 鋼筋網(wǎng)片。

鉆孔灌注樁：采用φ1 200 mm 鉆孔樁，樁間距1 500 mm，有效樁長(zhǎng)21.50 m。

坑外重力式擋土墻（兼做止水帷幕）：?jiǎn)屋S水泥攪拌樁φ700 mm@500 mm，西側(cè)壩體寬7.15 m，東側(cè)壩體寬5.35 m，有效樁長(zhǎng)16.50 m，水泥摻量15%；壩體頂部做7 150 mm（5 250 mm）×200 mm 混凝土面板，內(nèi)配雙向φ10 mm@200 mm×200 mm 鋼筋網(wǎng)。旋噴土錨的主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 錨桿設(shè)計(jì)參數(shù)

1-1 典型施工剖面圖如圖3 所示。

圖3 1-1 典型施工剖面圖（單位：mm）

2-2 剖面：主要分布在工作井基坑?xùn)|西兩側(cè)。

淺部放坡：采用一級(jí)放坡，坡高5.00 m，放坡系數(shù)為1∶1。坡面設(shè)100 mm 厚C20 網(wǎng)噴面層，內(nèi)配φ8 mm@200 mm×200 mm 鋼筋網(wǎng)片。

鉆孔灌注樁：前排樁φ1 200 mm@1 500 mm，后排樁為φ1 200 mm@1 500 mm，有效樁長(zhǎng)36.00 m。

坑外重力式擋土墻（兼作止水帷幕）：?jiǎn)屋S水泥攪拌樁φ700 mm@500 mm，西側(cè)壩體寬9.10 m，東側(cè)壩體寬14.30 m，有效樁長(zhǎng)14.50～16.00 m，水泥摻量15%；壩體頂部做9 100 mm（143 00 mm）×200mm 混凝土面板，內(nèi)配雙向φ10 mm@200 mm×200 mm 鋼筋網(wǎng)。旋噴土錨的主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 錨桿設(shè)計(jì)參數(shù)

2-2 典型施工剖面圖如圖4 所示。

圖4 2-2 典型施工剖面圖（單位：mm）

3-3 剖面：主要分布在工作井基坑南側(cè)非隧道部位。

淺部放坡：采用一級(jí)放坡，坡高5.00 m，放坡系數(shù)為1∶1。坡面設(shè)100 mm厚C20 網(wǎng)噴面層，內(nèi)配φ8 mm@200 mm×200 mm鋼筋網(wǎng)片。

工作井南側(cè)鉆孔灌注樁：前排樁φ1 200 mm@1 500 mm，后排樁φ1 200 mm@1 500 mm，有效樁長(zhǎng)31.00 m。

工作井北側(cè)鉆孔灌注樁：φ1 200 mm@1 500 mm，有效樁長(zhǎng)19.00 m。

坑外重力式擋土墻：?jiǎn)屋S水泥攪拌樁φ700 mm@500 mm，南側(cè)壩體寬19.90 m，有效樁長(zhǎng)15.00～18.00 m，水泥摻量15%；壩體頂部做19 900 mm×200 mm 混凝土面板，內(nèi)配雙向φ10 mm@200 mm×200 mm 鋼筋網(wǎng)。

旋噴土錨的主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 錨桿設(shè)計(jì)參數(shù)

3-3 典型的施工剖面圖如圖5 所示。

圖5 3-3 典型施工剖面圖（單位：mm）

4-4 剖面：主要分布在工作井基坑南側(cè)隧道部位。

淺部放坡：采用一級(jí)放坡，坡高5.00 m，放坡系數(shù)為1∶1。坡面設(shè)100 mm 厚C20 網(wǎng)噴面層，內(nèi)配φ8 mm@200 mm×200 mm 鋼筋網(wǎng)片。

工作井南側(cè)鉆孔灌注樁：φ1 200 mm@1 500，有效樁長(zhǎng)31.00 m。

工作井北側(cè)鉆孔灌注樁：φ1 200 mm@1 500 mm，有效樁長(zhǎng)19.00 m。

坑外重力式擋土墻：?jiǎn)屋S水泥攪拌樁φ700 mm@500 mm，南側(cè)壩體寬23.90 m，有效樁長(zhǎng)15.00～18.00 m，水泥摻量15%；壩體頂部做23 900mm×200mm 混凝土面板，內(nèi)配雙向φ10 mm@200 mm×200 mm 鋼筋網(wǎng)。

旋噴土錨的主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表5。

表5 錨桿設(shè)計(jì)參數(shù)

4-4 典型的施工剖面圖如圖6 所示。

圖6 4-4 典型施工剖面圖（單位：mm）

3 基坑支護(hù)效果

為保證基坑的安全，對(duì)基坑進(jìn)行各項(xiàng)變形和應(yīng)力觀測(cè)，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要包括：（1）坡頂沉降和水平位移；（2）基坑周?chē)孛媾c道路沉降；（3）深層土體側(cè)向變形；（4）支撐的軸力；（5）基坑周邊建筑物沉降；（6）坑外地下水位；（7）土層錨桿應(yīng)力[4]。

該基坑工程在整個(gè)施工及使用期間，未出現(xiàn)坑壁坍塌現(xiàn)象，基坑邊坡的水平位移、垂直沉降變形等與設(shè)計(jì)計(jì)算預(yù)測(cè)值基本吻合。總體而言，該基坑工程及擬建建筑物均已順利完工，周邊建筑未受影響，也為建設(shè)方節(jié)省了大量的施工工期和建設(shè)資金。

4 結(jié)語(yǔ)

深基坑工程是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，涉及諸多要素，包括強(qiáng)度與變形、土與支護(hù)結(jié)構(gòu)的共同作用、時(shí)空效應(yīng)、施工工藝等綜合性的巖土工程問(wèn)題。

本工程為沿海地區(qū)典型軟土地質(zhì)條件下的基坑支護(hù)工程，根據(jù)基坑周邊環(huán)境、水文地質(zhì)條件及結(jié)構(gòu)施工要求，在設(shè)計(jì)中采用了放坡、鉆孔灌注樁、深層攪拌樁、高壓旋噴樁、樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)等多種加固支護(hù)方法與手段，同時(shí)在設(shè)計(jì)中運(yùn)用系統(tǒng)工程的理論和方法，達(dá)到了系統(tǒng)整體方案的最優(yōu)化和實(shí)現(xiàn)途徑的最優(yōu)化的目的，對(duì)于軟土地區(qū)類似基坑工程具有研究推廣價(jià)值。