溫州軟土地區(qū)基坑支護方案的優(yōu)選研究

陶 莉，戴慶斌

（溫州職業(yè)技術學院 a.建筑工程系；b.后勤基建處，浙江 溫州 325035）

溫州軟土地區(qū)基坑支護方案的優(yōu)選研究

陶 莉a，戴慶斌b

（溫州職業(yè)技術學院 a.建筑工程系；b.后勤基建處，浙江 溫州 325035）

在分析溫州地區(qū)的環(huán)境和地質(zhì)特點的基礎上，總結溫州軟土地區(qū)基坑支護常用的方案，指出基坑支護設計、施工和監(jiān)理過程中存在的問題。對基于灰理論的基坑支護方案優(yōu)選方法中的指標重新調(diào)整，引入指標權重計算關聯(lián)度，通過具體的工程實例驗證多目標決策方法在基坑支護方案優(yōu)選的合理性和實用性。

軟土地區(qū)；基坑工程；基坑支護；方案優(yōu)選

1 溫州地區(qū)的環(huán)境和地質(zhì)特點

1.1 環(huán)境特點

溫州自古就有“七山二水一分田”之說，城市發(fā)展與土地稀缺的矛盾一直很突出。在城市發(fā)展受到土地資源短缺“橫向”約束后，就不得不朝著空中、地下“縱向”發(fā)展。合理利用地下空間成為一種趨勢，多層地下車庫、地下商城等地下城市綜合體也越來越多，基坑也越挖越大、越挖越深。這對溫州地區(qū)基坑工程的設計、施工和監(jiān)測都提出了更高的要求。

1.2 地質(zhì)特點

溫州地處浙江東南沿海，平原區(qū)為海積平原，土層從上到下一般依次為：

（1）耕植土和雜填土。耕植土層厚度約0.5 m左右，部分區(qū)域有雜填土層，厚度不等。

（2）粘土。粘土厚度一般從零點幾米到一二米不等，俗稱“地表硬殼層”，土質(zhì)相對于下面的軟土層來說，含水率較低內(nèi)，摩擦角較大。但該土層常在基坑支護過程中作為“卸載”的對象而被挖去，故對基坑支護設計、施工的影響不是很大。

（3）淤泥或淤泥質(zhì)粘土。該土層俗稱“軟土”，一般厚度從十幾米到三四十米不等，含水率一般都很高，呈流塑狀、高靈敏度、高壓縮性。絕大部分的基坑支護施工均位于該土層，該土層也是溫州地區(qū)基坑支護設計、施工、監(jiān)測的主要對象。

（4）粘土，間或含有粉砂層。該土層一般厚度都不太大，從一二米到七八米不等，有些區(qū)域缺失，偶而有的厚度會超過10 m。

（5）礫石或卵石?；又ёo一般很少涉及到該土層，偶而有一些超深基坑工程的擋土墻底端嵌固在該土層中。

從土層分布來看，溫州地區(qū)的地質(zhì)條件非常特殊，深厚軟土不但影響了基坑工程的設計和施工，同時由于土質(zhì)松軟、高靈敏度，在基坑開挖過程中極易對周邊建（構）筑物和地下管線造成重大影響，若處理不當容易引發(fā)事故。

2 溫州軟土地區(qū)基坑支護方案選擇現(xiàn)狀

溫州地區(qū)基坑支護方案選擇，隨著基坑深度的不斷增加、基坑平面尺寸不斷擴張而呈現(xiàn)出多樣性變化。除個別基坑支護方案受施工條件所限未曾采用過外，如S W M工法（加筋水泥土墻中之一的型鋼水泥土攪拌墻）因溫州地區(qū)缺少施工機械而未曾采用過，國內(nèi)常見的基坑支護方案基本上都在溫州地區(qū)采用過。溫州軟土地區(qū)基坑支護常用的方案有以下幾種：

2.1 鋼板樁

鋼板樁因其造價低、可重復利用、施工快速簡單等特點，在溫州相對較淺的基坑支護中應用非常廣泛。但溫州地區(qū)所采用的擋土鋼板與國內(nèi)其他地區(qū)所采用的不太一樣，國內(nèi)其他地區(qū)的擋土鋼板一般是采用由帶鉗口或鎖口的熱軋型鋼相互連接成鋼板樁墻，這種鋼板樁結構既能擋土又能擋水。由于溫州地區(qū)的軟土透水率很低，當基坑較淺時，對鋼板樁的擋水要求不是很高，但溫州地區(qū)的土質(zhì)非常軟，側向土壓力較大，若鋼板樁采用較薄的熱軋型鋼，擋土墻會產(chǎn)生很大的變形，因而溫州地區(qū)常采用剛度較大的槽鋼作為擋土鋼板。當基坑深度相對較深、土側壓力過大時，還需要在鋼板樁增設支撐或土層錨桿，以增強鋼板樁抵抗主動土壓力的能力。

2.2 土釘墻

土釘墻主要是以薄鋼筋混凝土面層加土釘（溫州地區(qū)常用φ48*2.5 m m的無縫鋼管制作土釘錨桿）來抵抗土體的主動土壓力，通過壓管注漿等超前支護措施加強錨桿的抗拔力，同時也可增強土體的自穩(wěn)性。溫州地區(qū)的軟土具有一定的自穩(wěn)能力，開挖后可給土釘施工一定的時間。土釘墻在溫州軟土地區(qū)的應用非常廣泛。鋼筋混凝土面層主要將部分主動土壓力擋住后，通過錨桿與鋼混面層的連接構件把荷載傳遞給錨桿。因此，鋼筋混凝土面層與錨桿的連接是否牢靠是土釘墻支護方案能否成功的關鍵環(huán)節(jié)之一。土釘墻中的錨桿一般有兩類：一類是近似水平設置的錨桿。它主要通過壓管注漿在土釘錨桿的錨固段加固土體形成錨固段擴大頭，以增強土釘錨桿的側阻力和錨固力，從而達到提高抗拔力的作用。另一類是垂直設置的錨桿。它主要通過壓管注漿在錨桿全長范圍內(nèi)加固土體，提高土體的抗剪能力，同時也利用錨桿本身對土體的“加筋”作用提高基坑壁的穩(wěn)定性。有些工程也有采用松木樁作為垂直土釘，這種土釘只有對土體的“加筋”作用。

2.3 深層攪拌樁

溫州地區(qū)的深層攪拌樁(水泥土墻)主要利用水泥等膠結材料作為固化劑，通過深層攪拌機械，將膠結材料強制拌入軟土內(nèi)，讓水泥等膠結材料與軟土之間發(fā)生一系列的物理化學反應，使軟土硬結成具有一定強度、整體性和水穩(wěn)定性的“樁體”，多根（排）樁體組合成塊體，進而構成重力壩式擋土墻體。這種深層攪拌樁既能擋土又能擋水。深層攪拌樁擋墻靠自身重量即可抵抗側向土壓力，并保持穩(wěn)定，內(nèi)部一般不設支撐，便于基坑內(nèi)施工作業(yè)。當基坑相對較深，深層攪拌樁體的抗折能力不能滿足要求時，常在樁體內(nèi)插入毛竹片、鋼管等抗剪、抗折材料，起到對樁體“加筋”作用，增強樁體的抗剪、抗折能力。

2.4排樁

排樁是溫州地區(qū)基坑支護方案選擇中的一個主要類型。一般采用鋼筋混凝土灌注樁或預應力混凝土管樁沿坑壁按柱列方式間隔布置作為主要擋土結構，并在樁頂澆注鋼筋混凝土冠梁連接各樁[1]。當土壓力較大時，可在冠梁處設置坑內(nèi)支撐或土層錨桿；當基坑較深一道支撐無法滿足要求時，可在冠梁以下再設置一道或數(shù)道圍檁和支撐或多層錨桿?？觾?nèi)支撐一般有鋼筋混凝土支撐和鋼（鋼管、疊合槽鋼鋼構）支撐兩類。鋼筋混凝土支撐結構整體性好、可靠性高；鋼支撐整體性較差，施工中容易受外界干擾而出現(xiàn)質(zhì)量問題。

由于軟土所能提供的錨固力相對較小，溫州地區(qū)鮮見設置錨桿來抵抗土壓力以降低排樁變形。當要求排樁結構具有防滲功能時，常在樁間和樁背設置深層防水攪拌樁或旋噴樁等防水帷幕。當坑外有重要建（構）筑物或有重要地下管線需要保護時，有時也在坑外設置深層水泥攪拌樁以加固土體、減小主動區(qū)土壓力。另外，設有支撐的排樁支護的坑壁剛度較大，整體性較好，但坑內(nèi)土體相對于坑壁剛度和抵抗變形的能力要小得多，因而為了增加坑腳處土體強度和剛度，減小坑底土體隆起，增強基坑的整體穩(wěn)定性，常在基坑底沿排樁周邊用水泥攪拌樁或注漿等方式對被動區(qū)土體進行加固，以提高被動區(qū)土體的強度,降低其支護結構的變形。

2.5 地下連續(xù)墻

當基坑開挖深度過大，松散的排樁支護體系的整體剛度無法滿足變形要求時，需要增強擋土墻的整體剛度；而基坑過深時，基坑支護系統(tǒng)的造價也很高。為此，可將基坑支護系統(tǒng)中部分投入轉化為工程實體（地下室外墻）的一部分，以降低工程造價，地下連續(xù)墻正好滿足這一要求。溫州世貿(mào)中心基坑支護工程是地下連續(xù)墻基坑支護設計方案的典型工程[2]。

近年來，隨著舊城改造的不斷推進，建筑設計受周邊環(huán)境的制約越來越多，基坑支護在平面上的形狀也變得越來越不規(guī)則，同一基坑內(nèi)不同位置的開挖深度也不盡相同。單一的基坑支護方案往往不能滿足施工要求。為了實現(xiàn)安全、經(jīng)濟等要求的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，往往在同一基坑內(nèi)采用不同類型的基坑支護方案組合應用。溫州大劇院的基坑支護施工是典型工程[3]。該基坑工程位于溫州市城市中心區(qū)，沿基坑周圍既有與施工場地緊鄰的城市主干道路，又有場地開闊的施工預留地。整個建筑呈金鯉魚尾部造型，地型復雜，施工難度極大。各區(qū)域功能不一，致使基坑開挖深淺不一，且相差較大。為了達到既安全又經(jīng)濟的目的，該基坑工程采用基坑支護方案組合應用：對開挖深度為6.35 m和6.85 m的采用土釘墻方案；對開挖深度為10.55 m的采用土釘墻+灌注排樁方案；對開挖深度為10.55 m,且在基坑開挖至標高-7.25 m(即開挖深度為6.35 m)處存在平臺時，則采用土釘墻+疏排樁方案。

3 溫州軟土地區(qū)基坑支護設計、施工過程中存在的問題

基坑工程所研究的對象——土體本身差異性很大，且又位于地下，相對于土木工程的其他分支來說，設計理論還不夠完善，設計方案也不是很成熟，現(xiàn)在尚處于半理論半經(jīng)驗的設計階段，基坑工程出現(xiàn)的問題也相對較多。

3.1 設計問題

地下工程本身復雜多變，再加上溫州地區(qū)河網(wǎng)密布、地下水位高，且隨著雨季、臺風等季節(jié)性氣候變化導致設計過程中需考慮的因素多，設計難度大[4]。因設計人員本身的技術問題，致使設計方案中出現(xiàn)瑕疵、甚至錯誤；設計人員對基坑支護方案的技術交底不到位，從而導致施工過程中未能對關鍵問題引起足夠的重視，對險情預估不足，準備不充分。如有些土釘墻中對各層錨桿自由段未予明確，對錨固段和自由段的注漿也未作說明，使施工隊伍不明確技術質(zhì)量要求，從而在錨桿制作和注漿作業(yè)中增加了隨意性，甚至導致質(zhì)量失控，嚴重影響了設計意圖的貫徹和工程質(zhì)量的保證[5]。

3.2 建設單位問題

建設單位為了追求經(jīng)濟效益，不愿在“臨時性”的基坑工程中投入過多，同時也抱著僥幸心理，主觀要求設計單位降低設計標準，以達到節(jié)省投資的目的。為了趕工程，壓縮基坑施工工期，基坑施工過程中的時空效應得不到充分釋放等[6]。

3.3 施工、監(jiān)理和監(jiān)測問題

施工和監(jiān)理人員技術力量不強，施工管理不到位，對關鍵問題把握不準，施工中不能對有關可能出現(xiàn)的險情作出充分的預估和防范，施工過程中擅自更改既定的施工方案。如未嚴格按照先支后挖的工序施工，土方超挖[7]；坑頂堆設土方、建材等重物導致坡頂荷載超過原設計取值等。施工與監(jiān)測常分屬不同的單位，由于監(jiān)測單位不常駐現(xiàn)場，有時一個監(jiān)測小組要負責多個項目的監(jiān)測工作，監(jiān)測過程變成了“走馬觀花”，測試數(shù)據(jù)反饋不及時，對先期暴露出來的一些“預兆”不能及時捕捉，給施工過程中的問題發(fā)現(xiàn)造成不必要的“障礙”。

4 溫州軟土地區(qū)基坑支護方案優(yōu)選及應用

每個基坑工程都有自身的特點，往往滿足要求的基坑支護方案不止一個，每個方案都有優(yōu)勢，但不同的方案有不同的側重點。因此，需要有科學的方法來合理評價基坑支護方案的優(yōu)劣，或者在幾個備選方案中挑選出最優(yōu)的方案，則需要綜合考慮各方面的因素。

4.1 構建評價指標體系

參照文獻[8]的評價方法，構建基坑支護方案優(yōu)選評價指標體系（見表1）。其中，一級指標4個，二級指標10個，三級指標15個。

文獻[8]中對各備選方案與理想方案之間的關聯(lián)度進行計算時，是將所有指標的重要性都同等看待，但事實上，不同重要程度的指標在計算關聯(lián)度的過程中應有所區(qū)別。本文對其關聯(lián)系數(shù)的計算方法加以改進，引入權重因子分別對每個指標的關聯(lián)系數(shù)進行折算，然后再計算出總的關聯(lián)度。

4.2 應用實例

擬建工程位于溫州市高教園區(qū)內(nèi)，該工程地下室建筑面積約4590 m2。本基坑工程地下室剪力墻線距東側擬建實訓綜合樓最近12.7 m；西南側距圍墻9.40 m，區(qū)間道路14.9 m；西北側距學校操場7.1 m；東北側距雨水管最近約9.3 m，距1#教學樓最近約32.9 m?；娱_挖深度至底板底5.30 m，至承臺底6.10 m?；又ёo所涉地基土層自上而下為：a.雜填土，土質(zhì)不均勻，為人工新近回填而成，厚度為1.00～1.70 m。b.粘土，軟塑—可塑狀，中—高壓縮性，厚度為1.10～1.50 m。c.淤泥，流塑狀，高壓縮性，局部夾少量粉砂、粉土團塊，厚度為7.10～10.50 m；d.淤泥，灰色，流塑狀，高系壓縮性，厚度為10.00～13.20 m?；又ёo備選方案有三個：方案A1為排樁加內(nèi)支撐；方案A2為水泥攪拌樁重力式擋墻；方案A3為放坡加復合土釘。

表1 基坑支護方案優(yōu)選評價指標體

表2 專家對備選方案一、二級指標的評價

表3 專家對備選方案三級指標的評價

對于具有多個下一級指標的指標，可以利用層次分析法根據(jù)專家打分構造判斷矩陣并計算出其重要性排序，從而計算出各指標的權重。本文直接給出權重分配，四個一級指標權重分別為ωA={0.5，0.3，0.1,0.1}。具有多個二級指標的一級指標的權重分別為：ωB1={0.4，0.6}，ωB3={0.7,0.3}，ωB4={0.2，0.1，0.1，0.2，0.4}；具有多個三級指標的二級指標的權重分別為：ωC2={0.3，0.3，0.4}，ωC5={0.4，0.3，0.3}，ωC8={0.6，0.4}。

（1）專家評價。按照表1的評價指標體系請專家對備選方案進行邏輯推理評價（見表2、表3）。

（2）一致性檢驗。對具有多個下一級指標的指標進行一致性檢驗。經(jīng)過計算，一級指標中，最大偏差值Lmax=0.15<0.2，平均偏差L=0.081<0.1；二級指標中，最大偏差值Lmax=0.11<0.2，平均偏差L=0.073<0.1；三級指標中，最大偏差值Lmax=0.08<0.2，平均偏差I=0.062<0.1。可見，專家評分具有較好的一致性。

（3）關聯(lián)度計算。在計算灰關聯(lián)度前，先對各指標參數(shù)進行標準化處理。本文將各方案的指標參數(shù)除以這一指標中的最大值，然后進行灰關聯(lián)度計算。以三級指標作為計算參數(shù)，備選方案與理想方案的加權灰關聯(lián)系數(shù)見表4。

根據(jù)（2）式分別計算出備選方案與理想方案的關聯(lián)度，γ1=0.755，γ2=0.692，γ3=0.562，即γ1>γ2>γ3。備選方案A1與理想方案的關聯(lián)度最大。為驗證該結論，再分別以一、二級指標作為計算參數(shù)進行關聯(lián)度計算，依然是γ1>γ2>γ3，備選方案A1仍為最優(yōu)方案。這與該工程實際所采用的方案結果是吻合的。

表4 備選方案與理想方案的加權灰關聯(lián)系數(shù)

5 結束語

溫州地區(qū)的軟土具有鮮明的區(qū)域特征，基坑支護結構形式也與其他地區(qū)不太一樣。針對溫州軟土地區(qū)基坑支護方案在設計、施工和監(jiān)理過程中存在的問題，提出通過多目標決策方法在多個備選方案中優(yōu)選出與理想方案最接近的方案。實踐證明，本方法對多目標選擇理想基坑支護方案非常適用，既有完整的理論基礎，又可充分利用專家經(jīng)驗進行評判，而且計算過程也比較簡便，便于推廣應用。

[1] 鄭笑芳，金甌. 溫州國貿(mào)中心基坑支護技術[J]. 施工技術，2009，38(1):74-75，80.

[2] 水偉厚，楊劉柱，孫斌. 溫州世貿(mào)中心基坑工程施工監(jiān)測[J].巖土工程學報，2006，28(S):1811-1814.

[3] 屠毓敏，阮長青，趙向前，等. 溫州大劇院深基坑支護技術[ J ] .巖土工程學報，2006，28(1):59-62.

[4] 來淑娜，王潮江，黃金，等. 溫州軟土地區(qū)深基坑工程環(huán)境效應研究[ J ] .中國水運，2009，9 (8 ):263-264.

[5] 徐佩林，倪明連. 溫州地區(qū)土釘墻圍護基坑事故頻發(fā)的原因與對策[ J ] .探礦工程，2005 (7 ):22 -25 .

[6] 楊芳. 溫州軟土地基深基坑支護的現(xiàn)狀和分析[ J ] .河北工程技術高等專科學校學報，2003 (1 ):32 -34 .

[7] 駱佳成，鄭松壽. 溫州某大廈深基坑支護倒塌的原因分析[ J ] .探礦工程，1999(3):25-27.

[8] 陶莉，阮連法. 基于灰理論的基坑支護方案優(yōu)選研究[ J ] .低溫建筑技術，2008(1):97-99.

Research on Selection of Foundation Pit in Wenzhou Soft Soil Area

TAO Lia, DAI Qingbinb
(a.Architectural Engineering Department;b.Logistics Basic Construction Section,Wenzhou Vocational & Technical College, Wenzhou,325035,China)

Analyzing the environmental and geological characteristics of Wenzhou and summing up the usual scheme of foundation pit in Wenzhou soft soil area, this paper presents the problems in the design, construction and supervision of foundation pit. On the basis of Gray Theory, it adapts the index in selection scheme of foundation pit,introduces the index-weight correlation and proves the rationality and practicability of the multi-objective decision making method through specific projects.

Soft soil area; Foundation project; Foundation pit; Selection of schemes

T U94+2

A

1671-4326(2011)02-0051-05

2011-04-06

溫州市科技計劃項目（S20090026）

陶 莉（1975—），女，寧夏中衛(wèi)人，溫州職業(yè)技術學院建筑工程系講師，工程師；戴慶斌（1976—），男，安徽和縣人，溫州職業(yè)技術學院后勤基建處，講師，工程師.

黃淑森]