天津濱海新區響螺灣商務區基坑支護設計參數分析研究

□文/黃艷萍 李亞飛

天津濱海新區響螺灣商務區基坑支護設計參數分析研究

□文/黃艷萍 李亞飛

深基坑支護結構設計中的重要環節便是土壓力的計算，其中土層抗剪強度指標的選取至關重要，直接關系到基坑工程的安全性和經濟性。文章重點對天津濱海新區響螺灣商務區深基坑支護設計中最常采用的直剪快剪和固結快剪強度指標參數進行統計分析研究，初步查明該工作區不同土層直剪試驗指標區域分布規律和特點，更好地指導工作區基坑支護設計工作，為其提供科學的抗剪強度指標參考依據，有效保證基坑工程的經濟安全。

響螺灣商務區；基坑；支護；抗剪強度；直剪快剪；固結快剪；參數

隨著天津濱海新區的開發開放，土地資源的充分利用愈加重要，城市建設呈現出“高”、“深”方向發展趨勢，高層建筑和地下工程大量出現，因此基坑開挖邊坡穩定性分析和基坑支護結構設計等工作的重要性越來越明顯。特別是響螺灣商務區大量大型超高層項目的開發建設，其地下室大多為3～4層，基坑深度近20 m。深基坑支護結構設計中的重要環節便是土壓力的計算，其中土層抗剪強度指標的選取至關重要，直接關系到基坑工程的安全性和經濟性。因此開展了響螺灣商務區40 m以淺地基土基坑支護設計參數的分析研究。

本文重點對工作區深基坑支護設計中最常采用的直剪快剪和固結快剪強度指標參數進行統計分析研究。

1　工程地質條件

1.1地基土層序劃分

40 m以淺地基土主要由第四系全新統（Q4）和上更新統（Q3）組成，屬海陸交互沉積，巖性包括粘性土、淤泥質土和砂性土。該段地層結構松散，固結程度較低，巖性變化較大。依據DB/T 29-191—2009《天津市地基土層序劃分技術規程》，綜合考慮地層沉積環境特征及其物理力學性質，對地基土進行了統一的土性排序和編碼，見表1。

表1　地層代號對照

1.2地質特征

工程地質第四紀地貌以沖積為主，40.0 m以淺地層巖性主要為人工填土、粘性土、淤泥質土和粉（砂）土。

3　抗剪強度指標統計分析

3.1抗剪強度指標匯總統計

在匯總分析大量巖土工程資料基礎上，對地基土抗剪強度指標（粘聚力、內摩擦角）進行了歸納統計，為避免由于試驗或人為因素造成試驗指標誤差過大，綜合考慮數據的離散程度和已有的工程經驗對子樣進行了相應的取舍，分別提供了指標統計個數、最大值、最小值、平均值、變異系數和標準值，見表2；繪制工作區土層抗剪強度指標平均值隨深度變化圖及工作區典型鉆孔土層抗剪強度指標隨深度變化曲線，見圖1和圖2。

表2　4O.O m以淺土層抗剪強度指標統計

續表2

圖1　工作區土層抗剪強度指標平均值隨深度變化

圖2　工作區典型鉆孔土層抗剪強度指標隨深度變化曲線

3.2工作區抗剪強度指標分析

經過對40 m以淺研究深度范圍內主要地基土層抗剪強度指標（快剪指標φq、Cq和固結快剪指標φc、Cc）進行了詳細統計和對比分析。由圖1可以看出，40.0 m以淺粉質粘土抗剪強度指標內摩擦角值隨深度略有增大，但變化幅度不大，φq平均值在10.7°～15.4°，φc平均值在14.3°～17.7°；飽和粉（砂）土內摩擦角值變化不大，φ平均值基本在26.0°～30.0°左右；素填土和第一海相層淤泥質土內摩擦角φ平均值一般＜10.0°。

海相沉積地層抗剪強度指標粘聚力值變化不大，Cq平均值一般在15.0～20.0 kPa左右，Cc平均值一般在16.0～21.0 kPa左右；陸相層巖性以粉質粘土為主，粘聚力值隨深度略有增大，Cq平均值在20.0～25.0 kPa左右，CC平均值一般在27.0～30.0 kPa左右。

綜上所述，同時結合本區工程建設特點，確定該區對基坑穩定性易產生不利影響的軟弱土層主要是第一海相層淤泥質土。該土層呈軟塑或流塑狀態，壓縮性高，頂板埋深在9.0 m左右，厚度較大，在5.0 m左右，抗剪強度指標φq和φc值一般＜10.0°，Cq和CC值在15.0～20.0 kPa左右。

4　不同巖性土層抗剪強度指標特征及選取方法

4.1素填土

受填墊土料和堆填方式等因素的影響，該層土的抗剪強度指標差異較大，本文提供的抗剪強度指標未考慮填墊年限和堆填方式等因素，在基坑支護設計計算時，其抗剪強度指標應進行折減使用。對經過特殊處理的人工填土，應進行專項土工試驗。

4.2淤泥質土

淤泥質土廣泛發育且厚度較大，是典型的軟弱土層，工程性質較差，靈敏性高、抗剪強度低，承載力低，在飽水狀態下還具有觸變和流變性等特點，是造成基坑變形的重要層位，建議在基坑支護設計中該土層采用直剪快剪抗剪強度指標標準值。

4.3粉質粘土

40 m以淺粉質粘土成因類型復雜，包括河床～河漫灘相、淺海相和沼澤相沉積，成因類型不同，抗剪強度指標有所差異。粉質粘土顆粒一般較細，孔隙小而多，透水性弱，具有膨脹、收縮等特點。在基坑開挖過程中一般不易受擾動，建議在基坑支護設計計算中采用直剪快剪強度指標標準值。

4.4粉（土）砂

粉（土）砂抗剪強度指標差異不大，在縱向上隨深度的增加有一定的增大。粉（土）砂顆粒間粘聚力較小，結構松散，透水性相對較好。在基坑開挖過程中容易受到動力和地下水滲流力的影響而擾動，建議在基坑支護設計計算中采用水土分算，抗剪強度指標采用固結快剪強度指標標準值。

5　結論

基坑支護設計人員在選用土層參數時應慎重，要綜合各種因素，只有在設計參數選取合理且符合客觀實際的情況下，才能保證基坑工程的安全性與經濟性，同時應重視基坑支護工程的監測分析工作，不斷積累區域性土層抗剪強度指標、經驗值，掌握不同地區、不同成因的土層力學參數特點及其分布規律。本文初步查明工作區不同土層直剪試驗指標區域分布規律和特點，更好地指導工作區的基坑支護設計工作，為其提供科學的抗剪強度指標參考依據，有效保證基坑工程的經濟安全。

本文屬于區域性研究成果，可作為工作區基坑支護初步設計概算的依據，不能直接作為基坑支護結構設計依據，需針對具體工程做專門的巖土工程勘察。

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□李亞飛/天津市地質工程勘察院。

TU47O

C

1OO8-3197（2O16）O1-O6-O3

2O15-11-25

黃艷萍/女，1984年出生，工程師，天津市地質工程勘察院，從事巖土工程相關領域技術眼務及研究工作。

□DOI編碼：1O.3969/j.issn.1OO8-3197.2O16.O1.OO3

□課題項目：天津市城鄉建設委員會2O1O年科技計劃項目《濱海新區工程建設中皇坑支護設計參數的區域分析研究》子課題（2O1O-8）