軟土地區的基坑支護的方案選擇及重點

梁洪波

（廣東省地質局第六地質大隊，廣東江門529040）

1 技術難點

隨著城市的發展，江景房一直是廣受追捧的住宅類型，在追求美景舒適的同時，我們巖土人必須面臨水的基坑問題，地層復雜，需要開挖地下室。因開挖深度范圍內多是軟弱土層，且滲透系數偏大，極易因河流的側向補給而造成垮塌，如果還存在砂層的話，基坑底部還易形成流砂和管涌。在安全可靠的前提下，我們還必須考慮到支護方案的經濟高效性，同時兼顧周邊環境，不能影響周邊建筑的基礎和安全，因此也限制了一部分施工方案的選擇。如果方案選擇不合理，基坑極易垮塌，如果過于保守，一味采用高成本的技術方案，有時候卻勞民傷財，效果不佳。合理的選擇支護方案，成為現在基坑支護的一門必修課，也是衡量其專業水準的一把尺子。

2 工程案例

工程案例：江門二沙島項目工程，位于江門市江海區東華大橋北側，江門大橋南側，兩面環水，水流豐沛，多軟土，東側為演藝中心和已建小區一期，經過工程勘察，現場揭露的土層為人工填土層（Q4ml）、淤泥（Q4mc）、粉質粘土（Q4ml）、殘積層（Q4el）、燕山期全、強、中風化花崗巖。各參土層巖土性質指標值詳見表1。

表1 開挖各巖土層巖土性質指標值

擬建地下室開挖深度為4m，地下室基坑開挖土層有：素填土（層號①）、淤泥質粘土（層號②），故此處應慎用錨桿，如果采用則有機率遇上演藝中心和已建小區的樁基礎，可能無意中會打斷其樁體造成破壞，同時軟土層無法提供理想的錨固力和摩擦力。傳統的錨桿支護難以有所作為。此項目的軟土易變型，壓縮性大，基坑對變形量有嚴格的要求，一般采用鋼板樁或鉆孔灌注樁的支護形式。鋼板樁支護是種成熟的支護方式，不僅施工簡單，而且便于組織管理，經濟性好，還能循環利用。鋼板樁支護是指將帶鎖口熱軋型鋼有序拼接形成鋼板樁墻并釘入基坑土層中，即可支護基坑，也可隔水防滲，按受力情況區分可分為懸臂式、錨拉式以及支撐式。鋼板樁支護施工工序主要包括鋼板樁修整、轉角樁制作、打樁流水段劃分、打樁機打設、板樁拔除等，但鋼板樁的缺點在于易發生滲透、涌砂、側傾、共連等問題。由于該地段淤泥中含有較多粉細砂，結合江門二沙島的地層情況，臨河，止水防滲的效果恐難以達到，且有地下隆起的可能，故不宜采用此支護方案，應考慮鉆孔灌注樁支護方案。

3 重點問題及剖析

3.1 選擇依據

鉆孔灌注樁可選用常見的懸臂式結構和雙排樁，其適用性不同。懸臂式為單排樁，受力有限，適用于較淺的基坑；當懸臂式“不夠用”的情況下需要改用雙排樁。雙排樁支護結構國內已有很多學者對其受力機理進行了研究。主要分為劉釗計算模型、何頤華計算模型、熊世華計算模型、聶慶科計算模型等。上述模型均為荷載-結構模型，每種模型各有其優缺點，因此給基坑設計時模型選用帶來了一定的難度。考慮排樁的彎矩值和土體變型量為選定模型的參考標準，須有效地控制基坑的水平位移。通過老一輩的巖土人的實際工作經驗和計算，認同聶慶科計算模型較于適用，其方案加固了樁間土體又加固了被動區土體，對雙排樁支護結構提高了很少的被動抗力，有效地控制了基坑的水平位移。此處基坑開挖深度為4m，結合現有的理論基礎和工程案例綜合考慮，懸臂式鉆孔灌注樁是較為合理的支護形式，如不適用，可以改為雙排樁，提升支護效果。

3.2 計算依據及重點

采用懸臂式鉆孔灌注樁，土壓力可采用朗肯理論計算，該場地為粘性土，其主動土壓力為：

被動土壓力為：

用布魯姆理論可計算樁身的最大彎矩，假設xm為入土深度剛好使樁體正負土負力所產的彎矩和為0，即樁體最小入土深度可求出最小的樁體嵌固深度，同時可以計算出樁體能承受的最大的彎矩值Mmax=∑Ea(1+xm-a)-(Kp-Ka)/6rx3m,所以選用的樁體樁身彎矩必須大于計算出來的Mmax，按常見的直徑1m樁徑的鉆孔灌注樁，混凝土采用C25,其最大的配筋率對應的彎矩值如果無法滿足，則須采用雙排樁方案。最終樁體入土深度t應為xm增加20%，t=xm×1.2。

通常會在鉆孔灌注樁頂面配內支撐結構，且在跨中設置樁柱，使支護結構受力合理，避免應力集中。淤泥中含有一定的粉細砂，存在一定的滲透性，因河邊水流豐富，可采用連續水泥攪拌樁或旋噴樁用于止水。

同時應打地錨，用于加強坑底的強度，避免坑底的隆起變形和鼓脹，需要計算隆起的安全系數k：

式中：pr——荷載強度；

qd——地基極限承載力；

B——基坑寬度；

h——基坑深度。

還應應驗算基坑的位移和變形是否達到安全和規范要求，應用理正深基坑軟件對整體穩定、抗傾覆、抗管涌承壓水等驗算。

4 結語

鉆孔灌注樁用于基坑支護優點眾多：施工簡單方便，適用地層廣泛，工藝成熟，快速安全，是應用廣泛的一種基坑支護方式。在軟土地區，相對于傳統的錨索支護，它能良好解決軟土無法提供良好錨固力的問題，且不影響周邊的已有建筑。但其對施工質量要求較高，如軟土中存在易于縮徑，容易沉渣過多、容易形成吊腳樁、斷樁等問題，樁體灌注工藝要求較高，不但要保證成樁質量，而且要考慮泥漿排放帶來的環境污染及成本。與施工效果方面對比：單樁承受的彎矩和抗壓強度有限，單排樁一般適用于較淺的基坑，設計時需要考慮的方面比較多，需要驗算的方面比較多，如地錨的錨固力、抗浮力、隆起的安全系數、基坑、位移和變形等。須通過不斷調試和驗算，選擇合適的樁徑、樁體入土深度和樁體的配筋。當懸臂式結構不適用時或基坑較深時，可考慮采用雙排樁，并搭配內支撐結構和設置樁柱，保證受力的合理性，確保基坑安全。

[1]JGJ120-2012建筑基坑支護技術規程[S].

[2]劉釗.雙排支護結構的分析及試驗研究[J].巖土工程學報，1992.

[3]工程地質手冊[M].4版.

[4]高大釗.深基坑工程/地基基礎設計與施工叢[M].2002.

[5]高大釗.巖土工程勘察與設計——巖土工程疑難問題答疑[M].2010.