復雜場地條件下的軟土深基坑支護設計與實踐

郭 躍

(漢嘉設計集團股份有限公司,浙江 杭州 310005)

復雜場地條件下的軟土深基坑支護設計與實踐

郭 躍

(漢嘉設計集團股份有限公司,浙江 杭州 310005)

老城區深基坑工程往往具有開挖深度深與場地條件復雜的特點,特別是在深厚軟土地區,土體的力學性質差,基坑變形較難控制,致使設計施工難度大。在此,以杭州城西某深基坑的設計和施工為背景,介紹該工程基坑支護設計施工中的要點、難點,重點對地下室障礙物的處理進行闡述,最后對計算結果和實測數據進行了對比分析,欲為今后類似工程的設計、施工和研究提供有益的借鑒。

深基坑；軟土；地下障礙物；監測

隨著城市建設的發展,土地資源變得越來越稀缺,在原有的場地上新建地下室的情況也越來越多。這類工程往往都具有開挖深度深、場地條件復雜的特點,特別是深厚軟土地區的工程,土體的力學性質差,使得基坑變形較難控制,設計施工難度大。另外，這類工程往往會碰到地下障礙物處理的問題。由于地下障礙種類繁多,設計時往往缺乏相關資料,難以確定障礙物的準確位置,當樁基施工時才發現。淺層的地下障礙物可以通過換土回填解決,但對于埋深較大的地下障礙物,若盲目地開挖清障,極易引起周邊土體坍塌。在這種復雜場地條件下,采用何種處理方案保證基坑正常施工,是這類深基坑設計施工的一個重要問題。本文以杭州城西某工程為例,對實際工程實踐中遇到的問題和解決的方法進行了分析總結,希望對類似工程提供一定的參考。

1 工程概況及地質條件

該工程位于杭州市文一西路南側、馮家河西側,設3層地下室,基坑普遍開挖深度達14.8 m。基坑北側為文一西路,圍護樁中心線距離道路邊線約39.8 m。文一西路下埋有直徑1 000 mm的污水管道、自來水管道、電力管線、通信管線等,其中直徑1 000 mm污水管距離基坑最近約24.3 m。

基坑東側為馮家河,圍護樁中心線距河道邊最近約11.40 m,該側圍墻外有一110 kV電纜,圍護樁中心線距電纜最近約6.7 m。南側西段為杭州廣播電視大學,圍護樁中心線距教學樓最近約26 m。基坑西側為浙江糧食干部學校,圍護樁中心線距教學樓最近約23.5 m。基坑場地條件情況見圖1。

圖1 基坑支護總平面圖

根據巖土工程詳細勘察報告,該工程場地土層自上而下依次為：①-1素填土，②粉質黏土，③a 淤泥質黏土，③b 淤泥質粉質黏土，③c 淤泥質粉質黏土，④a粉質黏土，④b粉質黏土，④c含黏性土細砂。其中③a淤泥質黏土、③b淤泥質粉質黏土、③c淤泥質粉質黏土層土性差且厚度大,對基坑變形影響較大。勘察期間實測場地地下水水位埋深為0.40～1.50 m。各土層物理力學指標見表1,表中土層粘聚力和內摩擦角采用固快指標,素填土計算參數為經驗值,計算采用水土合算模式。

表1 場地主要土層及其物理力學指標

2 基坑圍護方案

根據該工程土質、開挖深度以及場地條件情況結合類似工程經驗,基坑支護樁(墻)加內支撐形式較為合適。經計算分析,設計采用Φ1 000(1 200)mm鉆孔灌注樁加三道鋼筋混凝土內支撐圍護(西南角靠近已有建筑圍護樁采用Φ1 200 mm鉆孔灌注樁),坑外設置一排Φ850 mm三軸水泥攪拌樁止水。典型剖面見圖2。

圖2 基坑支護總平面圖

為進一步減小基坑變形,坑內設被動區加固。由于該工程開挖深度深,一般的單(雙)軸水泥攪拌樁加固效果較差。于是，為了保證加固效果,被動區加固也采用三軸水泥攪拌樁。被動區加固做法見圖3。

圖3 被動區加固

3 地下障礙物處理

該工程樁基施工過程中發現了大量的老樁,分布在基坑的北側、南側以及西側,樁頂標高在地下4 m,直徑約400 mm,密集狀分布。見圖4、圖5。

圖4 老樁現場分布圖

圖5 老樁平面定位圖

由于老樁數量多,密度大,所在區域的圍護樁(鉆孔灌注樁)以及止水樁(三軸水泥攪拌樁)均無法施工。結合類似工程經驗[1],對多種清障方案進行比較分析后,最終確定采用如下方法處理：

1)無法施工的鉆孔灌注樁(圍護樁、工程)改用沖孔灌注樁；

2)無法施工的三軸水泥攪拌樁(止水樁、被動區加固樁)改用高壓旋噴樁。由于老樁密度較大,導致單排高壓旋噴樁無法兩兩搭接,故采用多排高壓旋噴樁止水。

調整后的圍護樁及止水樁布置見圖6。

在后續施工過程中,發現當新打圍護樁與老樁部分重疊時,若直接采用沖孔灌注樁施工,很容易出現圍護樁偏位的情況(圖7)。分析其原因主要為沖錘一側為土體,一側為老樁,軟硬不均,沖錘在下落過程中很容易出現偏位,甚至被老樁卡住的情況。

圖6 調整后的圍護樁止水樁布置圖

圖7 直接施工沖孔灌注樁

經多次試打樁比較后,最終采用先用沖錘正面沖碎老樁,然后再施工圍護樁的方法進行施工,見圖8。采用該方法后,施工速度顯著加快,且不再出現樁基偏位的情況。

圖8 先破老樁再施工沖孔灌注樁

高壓旋噴樁施工比較順利,均能按設計圖原位進行施工。后期開挖過程中,無論是采用三軸水泥攪拌樁還是高壓旋噴樁的區域均沒有出現漏水漏土的情況。本次地下障礙物處理是比較成功的。

4 基坑監測

為動態監測基坑施工情況,該工程設土體深層位移監測孔、水位觀測孔、支撐軸力監測點以及地表沉降觀測點等監測項目。主要監測成果如下：從基坑開挖至地下室施工結束,第一道支撐最大軸力為5 200～5500 kN,第二道支撐最大軸力為9 400～9 600 kN,第三道支撐最大軸力為9 200～9 400 kN,與計算值較為接近。土體深層位移監測孔最大變形約80 mm。土體深層位移監測孔CX7、CX10實測值與計算值見圖9(CX7、CX10分別為西側和北側的典型測點)。

圖9 深層土體位移圖

從圖9中可以看出實測變形曲線與原計算變形曲線形態大致相同,最大變形均出現在坑底附近,符合該類型基坑的變形規律。但兩者絕對值有較大差距,實測最大變形約80 mm,而計算最大變形約50 mm。分析其主要原因為：該工程淤泥質土厚度大、基坑開挖深度深、施工周期較長,土體流變效應明顯,從而導致基坑實際變形較計算值大,類似工程[2-3]也出現了這種情況。

根據沈健[4]對土體流變進行了研究,土體mt值流變公式為

式中，α與β的取值范圍為：α=3.04～5.57,β=3.744～5.616(×10-2d-1)；

m0為原始土的側向水平基床反力系數；

t為無支撐暴露時間,d。

該工程從2015年6月開始開挖到2015年12月澆注底板,歷時約180 d,平均每道支撐下的施工時間約60 d。將α、β分別取4、4.5×10-2d-1代入公式中,得到mt=0.21m0。采用上述mt值重新計算基坑變形,得到考慮土體流變的基坑變形,計算結果見圖9。從圖9中可以看出考慮土體流變的計算值與實測值較為接近。

5 結 語

1)老城區的工程項目經常會碰到地下障礙的問題，設計時往往缺乏相關資料,在樁基施工時才發現。對于埋深較大的地下障礙物(如地下室基礎、工程樁、地下室隧道),切不可盲目開挖清障,應結合實際情況選用合適的設計方案以及施工工藝。本文采用沖孔灌注樁以及高壓旋噴樁代替鉆孔灌注樁、三軸水泥攪拌樁的方法取得良好效果。

2)在深厚軟土地區深基坑施工過程中,由于土的流變效應明顯,基坑實際變形往往比采用現行規范計算方法的計算值要大得多。在設計和施工類似工程時,建議采用剛度大、整體性好的圍護形式。該工程采用大直徑鉆孔灌注樁加三道混凝土內支撐形式,圍護結構整體性好,雖變形較大,但基坑一直處于穩定狀態,未對周邊建筑產生不良影響,順利完成了地下室施工。施工過程中,應充分重視土的流變效應,盡量減少基坑的暴露時間,減小基坑變形。

[1] 陳浩,周凱,陳星，等.基坑施工遇地下障礙物的處理技術[J].工程質量,2013,31(12):59-63．

[2] 徐浩峰,應宏偉,朱向榮.某軟土深基坑工程時間效應有限元分析[J].工程地質學報,2007(1):92-97．

[3] 袁靜,劉興旺,施祖元，等.軟土地基基坑工程的流變效應分析研究[J].建筑結構,2009(6):114-119．

[4] 沈健.基于“m”法的軟土地區基坑工程時空效應研究[D].上海:上海交通大學,2006．

Design and Practice of Support for the Deep Foundation Pit of Soft Soil under Complex Site Conditions

GUOYue

TU473.2

B

1008-3707(2017)06-0019-04