分析地基處理和基坑支護在淤泥中的復合應用

邢紅熙

天津華勘集團有限公司（300000）

0 前言

地基處理是工程項目建設的第一步。開挖地基過程中，多種因素會影響項目施工進度、質量，比如基坑邊坡塌陷、周邊土松動等，以上不良情況均可能干擾后續施工。在這樣的工況下，就需對基坑進行支護處理。基坑支護在保證施工安全性的基礎上，對項目施工計劃順利實施有一定促進作用。因為淤泥地質條件特殊，若使用常規基坑支護方法，很難保證施工安全性，難以取得預期的基坑支護效果[1]。鑒于此，有人提議用復合支護法處理淤泥。文章結合具體項目案例，探究該工法的設計及應用情況。

1 項目概況

某市的排水截污工程，與湖岸相毗鄰，主體結構是一條總長度為5 200 m 的地下箱式混凝土干渠，設計基坑挖掘深度為5～9 m，基底承載能力≥100 kPa，沉降最大值≤17 mm。

不同土層的主要物理力學性質指標可以作出如下闡述[2]。

①層：素填土，呈褐紅色，濕度較大，疏松，近期回填，未進行固結處理。

γ=20.1 kN/m3，c=5 kPa，φ=16°，fk=120 kPa，Es=4.1 MPa。

②層：黏土是主要的土質類型，呈褐色、褐紅色，濕度偏大，軟塑狀，呈高壓縮性，摻雜少許植物根系與螺絲殼。

γ=17.1 kN/m3，c=16.1kPa，φ=3.6°，fk=71kPa，Es=2.5 MPa。

③層：淤泥層，呈褐灰色、褐紅色，濕度較高，處于流塑狀態，壓縮性偏高，局部區段有機質含量達到了30.0%。

γ=13.2 kN/m3，c=13.1kPa，φ=4.6°，I1=1.58，e=1.997，w=72.9%，fk=31kPa，Es=1.7MPa。

本工程所在區抗震設防烈度是8 度，地下水位高約為1 869.3 m（地表下約1.4 m）。

干渠建設階段途經的區段均分布著建筑物。

2 項目中存在的問題

本干渠項目建設地具有地下水位偏高、存有深厚的淤泥、抗震設防烈度偏高和周邊分布較多的建筑物等特征。故應著力解決如下幾點問題[3]。

①土層壓力偏大；②基坑被挖掘以后，淤泥容易形成流土，削弱支護結構的效能而出現滑塌情況；③淤泥自體承載、抗變形能力偏低，基坑挖掘后在自體重量作用下形體很容易改變，也可能造成支護體失效并出現滑塌；④常規支護結構因嵌固力和摩阻能力偏低，故而用于淤泥地質條件中原有效能將會喪失。淤泥地基作為構筑體的持力層，承載能力若和設計要求之間存在一定出入，則無法滿足構筑物對震陷提出較高要求。另外，周邊分布較多建筑物，對基坑變形過程提出較嚴格的要求。

3 地基處理設計分析

立足于工程實況，結合現場地質勘察資料、本地區既往地基處理及基坑支護經驗，為應對以上問題，可以從如下幾方面加以控制。

3.1 合理的復合型式

基坑被挖掘以后淤泥層容易形成流土，削弱支護結構自體效能，出現滑塌不良情況。故而為保證止水擋土結構的科學性，推薦選用地下連續墻、鋼板樁、加筋混凝土攪拌墻等方案。

淤泥層自體承載、 抗變形能力均處于極低水平，基坑挖掘后沒有形成側限，在自體重量作用下縱向發生形變的概率較高，無法取得預期的基坑支護效果，故而在這種特殊工況下設計出的支護結構要持有一定的抗縱向承載能力。

淤泥層無法提供較高的嵌固力與摩阻力，故而和能提供被動土壓力、 摩阻力的支護結構相比較，附帶支撐體系的支護結構具備更高的適宜性。

在本工程中，淤泥層作為持力層，承載能力和設計要求之間還存在一定距離，故而一定要對地基加以處理，推薦選用高壓旋噴樁、深層水泥土攪拌樁方案處理地基。

3.2 結合方法

1）利用所選定的工法處理基底深厚的淤泥層，依照該土層持有的承載能力，科學設定處理范疇、置換率、樁體長度，并在基底下方一定范疇中聯合使用壁式布樁方法，其宗旨是強化支護結構的嵌固性能。

2）科學設定水泥攪拌樁的布樁加固形式，可以選用柱狀、壁狀、格柵狀及塊狀等形式。不同布樁方法的適用范圍不同，如壁狀、格柵狀多被用于深基坑開挖環節的軟土邊坡加固與地下防滲墻，塊狀加固法在上部結構單位面積荷載偏大，需要嚴格控制不均勻沉降的構筑物地基加固領域表現出較高適用性。

3）為實現對支護結構形體改變過程的有效調控，規避因形變量過大而誘導復合土體結構失效的問題，擬定設定合理間距，于基坑周邊的混凝土攪拌樁中增設鋼管構件，于基坑頂端安置鋼管析架外支撐，基坑底端借用混凝土攪拌樁樁體設置內支撐，借此方式構建出空間支撐體系。圖1、2 是地基處理及基坑支護平面部署與剖面圖。

圖1 平面部署圖

3.3 保障措施

結合工程施工前期的調研資料，發現本項目所在地既往曾有1 個住宅小區（共計14 幢），使用深層混凝土攪拌樁處理地基時，使建筑體出現沉降，沉降量為1 000 mm，且欠缺穩定性，對本地地質條件形成較大影響。在擬選用混凝土攪拌樁法處理地基及基坑支護時，各參建方持有不同的見解，一種觀點是因淤泥層有機質含量較高且處于流塑狀，深層攪拌樁于該類土層內順利成樁的難度較大，且已經有很多失敗的案例，故而不推薦采用該工法。另一種觀點認為，不論哪種工程技術方法用于項目施工中，均會有一定的適用條件，一定要做到深度勘察、科學設計、施工控制，邀請實踐經驗豐富的工程單位開展試驗，一旦成功后將會節約工程造價成本。若該工法應用失敗，則可以在中途調換其他工法、方案。

圖2 結構剖面示意圖

結合以上狀況，經周密性分析后，擬采取如下幾項措施使深層攪拌樁施工效果得到一定保障。

水泥作為深層水泥攪拌樁的固化劑，在具體設計前期應探查工程所在地水文土質條件，結合工程建設地土層的性質選擇最適宜的水泥品種。通過室內配方試驗及現場試樁施工過程，設定水泥的摻入量。推薦使用強度級別≥32.5 級的普通硅酸鹽水泥作為固化劑，并依照項目需要與土質狀況選用外加劑。

要反復進行配比試驗研究，確定適合本工況條件的噴粉量，選定適宜的添加劑，以從最基礎環節保證成樁效果與質量。

于基坑頂端安置鋼管桁架進行外支撐，當確定基坑頂部存在1.0%H 位移量時，該外支撐方案方可以實施，其作用以降低土層壓力、調控支撐形體改變過程、規避支護結構失效等為主。

為規避復合土體結構形體改變以后出現裂痕，造成支護效能喪失的情況，要求施工階段若觀察到有裂縫形成時，施工人員快速使用純水泥漿作充填灌漿處理。

在深層攪拌樁打樁工序完成后，在排樁頂部捆綁鋼筋構件，同時澆筑樁頂混凝土圈梁，設定橫截面規格為20 mm×200 mm。頂部鋼筋混凝土圈梁有益于提高攪拌樁的整體剛度，發揮著圍檁的作用，防控深層攪拌樁形體改變的情況，還有抗滑、抗傾覆的作用。

4 結語

因為在試驗段檢測后發現深層水泥攪拌樁各項指標均符合設計及使用標準，實現了施工試驗段預設目標，得到了建設方的高度肯定。建設方進行了整體工程招標，原計劃本工程投資1.45 億元，投標結束后節省了25.0%。

本設計方案科學有效地結合了地基處理和基坑支護結構，綜合分析多種因素，通過對軟土層實施補強措施，較明顯地提升了抗剪強度與承載能力，解決了過往地基處理、基坑支護效果差的問題，有較高的推廣價值。