某軟土深基坑支護(hù)方案的分析與比選

宋明健，周 軍，崔 軍

(1.中國十九冶集團(tuán)有限公司，四川 成都 610031;2.中冶集團(tuán)武漢勘察研究院有限公司，湖北 武漢 430080)

1 工程概況

某鋼廠鐵皮坑軟土深基坑，位于無錫市周邊的濱海相沉積環(huán)境，基坑平面呈“L”型，長軸方向為東西向，約32 m;短軸方向為南北向，約28m。開挖面積約275m2。地表標(biāo)高為+2.1 m(以下分析計算均視地面標(biāo)高為+0.00，豎直方向的其他深度高度均以此做出相應(yīng)換算)，基坑坑底設(shè)計標(biāo)高換算前為－4.4 m，換算后為－6.5 m。

圖1 基坑形狀及周邊環(huán)境

場地西北側(cè)有一400 kW的配電房，配電房距離基坑開挖紅線8.6 m，場地北側(cè)有一鋼架結(jié)構(gòu)搭起的大棚，鋼架大棚距離基坑開挖紅線12.0m，鋼架大棚和基坑之間有一臨時公路連接，除此之外，周邊無其他建構(gòu)筑物和管線。基坑形狀及周邊環(huán)境如圖1所示。

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

工程區(qū)域靠近大海，距離海岸線最近距離約2.2 km，除雨季形成的地表小沖溝外，周邊無其他徑流和水系，地下水位在離地表1.6～1.8 m處。場區(qū)內(nèi)地層分布及其巖土性質(zhì)，自上而下描述如下。

(1)雜填土:雜色，主要由混凝土路面、磚塊、碎石、鋼渣、生活垃圾等硬雜質(zhì)混黏性土組成，碎石含量55%左右，呈濕、松散～稍密狀態(tài)。

(2)淤泥:灰黑色，含腐殖物和有機(jī)質(zhì)，有腥臭味，切面較光滑，無搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度低，韌性低，呈飽和、流塑狀態(tài)。

(3)淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土:褐灰、灰色，含云母、腐殖物及有機(jī)質(zhì)，夾薄層粘土、粉土及粉砂，其厚度較大，切面較光滑，無搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度中等，韌性中等，呈飽和、流塑狀態(tài)，局部以粉土為主。

(4)粉質(zhì)黏土:黃灰、褐灰、灰色，含腐殖物及鈣質(zhì)結(jié)核，夾薄層粘土及粉土，切面較光滑，無搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度中等，韌性中等，呈飽和、軟塑～流塑狀態(tài)。

(5)安山巖:青灰、灰褐、褐紅色，主要礦物成分為斜長石、輝石，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙不甚發(fā)育，斷面較新鮮，巖塊錘擊聲清脆。本次勘察未鉆穿該層。

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各地層主要力學(xué)性質(zhì)如表1所示。從表1可以看出，基坑開挖深度－6.5 m范圍內(nèi)的巖土，均屬特殊類軟土，軟弱土層累計厚度達(dá)4.3 m。因軟土含水量高，孔隙比大，承載能力低，變形大，對開挖卸荷后的基坑安全性和穩(wěn)定性均具有重要的影響。

3 方案設(shè)計

根據(jù)周邊環(huán)境和工程水文地質(zhì)條件，結(jié)合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［1］～［4］和地區(qū)經(jīng)驗，擬采用三種方案進(jìn)行支護(hù)處理。

方案一:放坡+水泥土墻

利用放坡開挖造價最省的優(yōu)點，先對坑壁上部進(jìn)行放坡處理，再對坑壁下部采用水泥土墻進(jìn)行擋土支護(hù)。

該方案充分利用了放坡和水泥土墻造價低的優(yōu)勢，但二者組合使用時，各自所承擔(dān)作用的深度及范圍有待優(yōu)化。軟土易于流塑，放坡后土體的自穩(wěn)能力較差，可能引起較大的開挖和回填土方量。

方案二:面層+掛網(wǎng)+土釘

同樣，先利用造價最省的放坡處理措施對上部進(jìn)行放坡，再在下部粉質(zhì)粘土中使用土釘、錨桿和面層進(jìn)行支護(hù)。

土釘在粉質(zhì)粘土中具有很好的適用性，該方法亦能取得較好的支護(hù)效果，但二者組合使用時的分擔(dān)作用有待進(jìn)一步優(yōu)化;且，土釘在深厚軟土環(huán)境的適用性還有待進(jìn)一步計算分析。

方案三:放坡+鉆孔灌注樁+攪拌樁

采用放坡對坑壁上部進(jìn)行處理，再采用疏排鉆孔灌注樁對坑壁中下部進(jìn)行擋土，疏排樁之間適用攪拌樁進(jìn)行止水和分擔(dān)擋土作用。

對6.5 m深基坑來說，該方案可靠性毋庸置疑，但其布置形式和成本情況，有待綜合分析。

4 工期和成本分析

按上述3種方案進(jìn)行設(shè)計計算，在滿足強(qiáng)度、穩(wěn)定、傾斜、滑移等安全系數(shù)要求時，然后對各方案所涉及的工程量進(jìn)行統(tǒng)計，在此基礎(chǔ)上按地方原材料和工程單價情況進(jìn)行造價概算分析。

需要說明的是，因各方案均需輔以降水，故以下計算中，均假設(shè)坑后水位被降低至－2.0m，坑內(nèi)水位被降低至－7.0m，且造價分析中，不包括降水的費(fèi)用。

4.1 放坡+水泥土墻

經(jīng)計算，放坡段高1.8 m，放坡坡比1:1，放坡段前的臺階寬2.0m，水泥土墻厚4.0m，墻頂標(biāo)高－1.80m，墻底標(biāo)高－10.30m，嵌固深度3.8 m，計算模型如圖2所示。

圖2 放坡+水泥土墻支護(hù)方案示意

該方案挖土方量包括基坑紅線范圍內(nèi)的土方量和紅線之外放坡段的土方量，共合計約3560m3，回填土方量為紅向外側(cè)放坡段的土方量，約1500m3，水泥土墻總方量約2720m3，若采用800的攪拌樁，則共需攪拌樁約500根，總長度約4250m。則該方案總造價約34.7萬元。

4.2 面層+掛網(wǎng)+土釘

如圖3所示，該方案采用6排土釘，按水平間距1.4 m，豎向間距1.2 m布置，最上一排土釘距離基坑頂部1.0m，從上到下土釘最終長度依次為 10m，11 m，11 m，11 m，12 m，10m，面層采用100mm厚的C20混凝土加8@150鋼筋網(wǎng)。

圖3 面層+掛網(wǎng)+土釘方案示意

該方案土釘計約342根，合計長約3705 m，混凝土方量約52 m3，8鋼筋合計約0.35 t。按此計算，總造價合計約21.6萬元。

4.3 放坡+鉆孔灌注樁+攪拌樁

放坡段土方挖填方量約500m3，鉆孔灌注樁80根，合計樁長840m，攪拌樁79根，合計樁長869 m。該方案總造價約38.2萬元。

圖4 放坡+鉆孔樁+攪拌樁方案示意

5 結(jié)論

經(jīng)上述分析和計算，在同樣滿足安全與穩(wěn)定的前提下，方案二“面層+掛網(wǎng)+土釘”的造價最省。

土釘技術(shù)在我國應(yīng)用較早，技術(shù)較為成熟，且具有材料用量少、施工速度快、安全可靠等特點［5］。在軟土基坑工程領(lǐng)域也有較多的成功的應(yīng)用［6、7］。因此，方案二在該工程中具有較好的適用性。該軟土深基坑采用方案二，目前已在順利施工之中。

［1］劉國彬，王衛(wèi)國.基坑工程手冊(第二版)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009

［2］YB 9258－97建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范［S］

［3］GJB 5055－2006土釘支護(hù)技術(shù)規(guī)范［S］

［4］JGJ94－2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］

［5］鄭堅.軟土地基土釘支護(hù)的若干問題及對策［J］.工程勘察，2004(6):32－35

［6］申懋，黃志斌，牛勛強(qiáng).復(fù)合土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)在軟土地基中的應(yīng)用［J］.施工技術(shù)，2007，36(9):5 －8

［7］鄭榮躍，張海英，梧松.土釘支護(hù)法在淤泥質(zhì)軟土地區(qū)的應(yīng)用［J］.建筑技術(shù)，2005，36(12):903 －904