淺談沿海軟土地區的坑中坑支護選型

鄭春婷

(福州福祐巖土工程有限公司 福建 福州 350001)

0 引言

隨著高層建筑的不斷建設，地下空間不斷開發，沿海軟土地區的基坑支護工程逐漸引起人們的重視，隨之涌現出各式各樣的基坑支護形式。然而，在建筑基坑工程中，主樓承臺、電梯井、塔吊基礎和集水井等坑中坑開挖深度(坑中坑的開挖深度指地下室底板墊層底至主樓承臺、電梯井、塔吊基礎或集水井底的距離)小，開挖面積小，結構施工速度快，故其開挖支護往往沒有引起設計和施工人員的重視，從而造成了許多不必要的工程事故和損失。

福建某沿海基坑支護工程，場地巖土層自上而下分別為：①雜填土層、厚0.6 m～2.7 m，②粉質粘土層、厚0.7 m～1.4 m，③淤泥層、厚2.4 m～11.2 m，④粉質粘土層、厚2.3 m～18 m。其地下室基坑的開挖深度為2.7 m～6.55 m，坑中坑開挖深度(地下室底板墊層底與承臺墊層底的距離)為0.8 m～3.55 m。地下室基坑支護已施工完畢，但坑中坑開挖過程中，由于施工人員的不重視，土方沒有卸載到位，支護沒有及時施作，導致坑壁產生側移，主樓承臺的預應力管樁出現傾斜、斷樁。最終，既延誤了工期，還增加了造價，如圖1所示。

圖1 坑中坑斷樁案例圖

因此，許多專家、學者[1,2]撰文呼吁設計和施工人員要重視坑中坑的支護，合理選擇支護方式，避免造成不必要的浪費[3]。本文針對沿海軟土地區的坑中坑開挖提出幾種支護形式，為今后設計或者施工人員選擇軟土地區坑中坑的支護形式提供參考。

1 坑中坑支護的考慮因素

陳暢等[4]提出坑中坑支護設計應考慮的因素：水壓力、土壓力、施工超載、承壓水和工程樁等，裴寶家等[5]也提出了坑中坑施工過程中，要充分考慮地下水的浮力作用和地基隆起。而坑中坑支護的選型，除了應考慮擬開挖坑中坑的面積大小和開挖深度，還需重視軟土層的厚度、軟土的含水率、坑中坑與基坑支護體系的距離遠近、施工機械的可操作性和經濟性等。

2 坑中坑支護的選型

福建沿海地區的地質情況大多數為1 m～3 m的雜填土或素填土，下臥深厚淤泥層，故絕大多數的坑中坑位于淤泥層中。且該層淤泥具有高含水率、高壓縮性、力學強度低和透水性差等特點，大型機械設備無法正常行走施工，造成部分支護結構無法施工或者無法回收，因此，外圍基坑的支護方式并不能完全適用于坑中坑支護。但坑中坑開挖面積小、深度小等特點，也讓它能有自己獨特的支護方式。下文就福建沿海地區常用的坑中坑支護方式進行探討。

2.1 坑中坑的開挖深度≤1.5 m

當坑中坑的開挖深度≤1.5 m時，可采用放坡的支護方式，坡度比控制在1∶2～1∶1.5范圍內。若是軟土層的含水率比較高、流動性大，則坡面可適當增加抗滑措施，即在坡體表面插入短鋼筋，并進行混凝土噴面[6]。這是坑中坑開挖中最簡單、最經濟的一種支護方式，如圖2所示。

圖2 坑中坑放坡支護示意圖

2.2 坑中坑的開挖深度介于1.5 m和3 m

當坑中坑底部仍然有較深厚的軟土層時，可采用土釘墻的支護方式，若是坑中坑的開挖面積較小，還可以采用鋼沉井的支護方式；當坑中坑底部軟土層厚度小于6 m，則可采用懸臂樁的支護方式。

2.2.1 土釘墻的支護方式

土釘墻是在坡面上縱橫向沖擊土釘加固土體的一種支護方式。土釘墻的坡比宜為1∶1，土釘的水平間距和豎向間距宜為1 m～1.5 m，土釘的傾角宜為10°～20°。土釘可采用直徑較小(例如直徑48 mm，壁厚3.0 mm)的鋼管，在鋼管上梅花形布孔，以保證注漿時鋼管內外水泥漿飽滿。鋼管尾部設置管靴，利于土釘的沖擊施工，并于坡面上設置噴射砼面板，與土釘拉結，加強土釘墻的整體效果。

土釘墻支護方式用材簡單、施工速度快，但不適用于流動性較大的軟土層，且施工時需注意避開主體基樁，如圖3所示。

圖3 土釘墻支護示意圖

2.2.2 鋼沉井的支護方式

鋼沉井是通過分層開挖土方下沉鋼護筒，并在鋼護筒內適當增加鋼內撐的一種支護方式。鋼沉井適用于開挖面積較小、軟土層含水率高的坑中坑，如此可減少鋼護筒的內支撐層數，方便土方機械開挖，也有利于鋼護筒的下沉，如圖4所示。

圖4 鋼沉井支護平面示意圖

鋼沉井可解決位于流動性大軟土層的小面積坑中坑支護問題，且材料可回收重復利用。但該支護方式需分層支撐、拆撐，坑內可機械施工空間小，影響施工速度，如圖5所示。

圖5 鋼沉井支護剖面示意圖

2.2.3 懸臂樁的支護方式

此為將圍護樁嵌入土體，以達到加固坑中坑側壁的一種支護方式。懸臂樁宜采用工字鋼樁或者小直徑鋼管樁等，有利于圍護樁的施工以及回收。懸臂樁支護的坑中坑坡頂可適當放坡，但樁底需嵌入相對硬殼層(如粉質粘土層、砂土層或殘積粘性土層等)，作為下部支點，如圖6所示。

圖6 懸臂樁支護示意圖

懸臂樁支護方式經濟且施工速度快，但軟土層流動性大時，需增加樁間土的支護。

2.3 坑中坑的開挖深度介于3 m和4 m

當開挖深度小于4 m時，可采用重力式擋墻的支護形式。重力式擋墻是水泥土樁相互搭接成格柵或實體的重力式支護結構[7]，其在支護中可擋土兼做止水帷幕，是一種比較經濟的坑中坑支護方式。從施工工藝上劃分，可將水泥土樁分為攪拌樁和旋噴樁，如圖7所示。

圖7 重力式擋墻支護示意圖

2.3.1 水泥土攪拌樁

水泥土攪拌樁根據施工機械一次成樁數量可分成單軸水泥土攪拌樁、雙軸水泥土攪拌樁和三軸水泥土攪拌樁，其可成樁長度依次增加。水泥土攪拌樁的施工機械較大，故坑中坑支護施工時，一般從地面開始成樁。為了避開工程樁，也可采用格柵狀的支護方式。

2.3.2 高壓旋噴樁

高壓旋噴樁的施工機械較小，可待基坑開挖至底板底后再行下坑施工，節約空孔成本。該類樁型施工時，對周邊土體的包裹能力較強，故高壓旋噴樁可與工程樁很好的咬合，增加支護結構的安全性。

2.4 坑中坑的開挖深度介于4 m和5 m

當坑中坑的開挖深度在4 m～5 m范圍內，一般采用樁+內支撐的支護體系。其中，樁可采用鋼樁或者灌注樁，若有擋土兼做止水要求，可采用拉森鋼板樁、工法樁、咬合樁等；若僅有擋土要求，采用鋼樁或者灌注樁+樁間噴射砼面板即可。就這兩種樁型比較，灌注樁的施工成本較高。但基于濱海軟土的特點，鋼樁也存在無法回收或者回收成本較高的情況，故選擇樁型時需根據地質情況綜合考慮。

內支撐主要起對基坑兩側土體壓力抵抗和傳遞的作用[8]，根據土層情況和所采用樁的剛度，可選擇鋼內支撐或者混凝土內支撐，并根據坑中坑的形狀布置角撐和對撐等。混凝土內支撐的施工速度慢，造價高，但提供的水平支撐剛度大；鋼內撐的優點是施工速度快、造價低，但其提供的水平支撐剛度也低于混凝土支撐，如圖8所示。

圖8 樁+內支撐支護示意圖

2.5 坑中坑的開挖深度≥5 m

部分劇院舞臺、塔吊基礎等坑中坑的開挖，其深度往往超過5 m，一道支撐就無法滿足側向剛度的要求，會出現兩道及兩道以上的鋼支撐或混凝土支撐。此時，圍護樁的樁型可根據剛度要求采用鋼樁或者灌注樁。

內支撐設計時，除了要滿足側向剛度要求外，還要注意支撐之間和最下道支撐與坑中坑底部之間的縱向間距不宜過小，各道支撐的平面布置盡量一致，有利于土方的機械開挖，加快施工進度。

圖9 灌注樁+砼內支撐支護平面示意圖

圖10 灌注樁+兩道砼內支撐支護剖面示意圖

3 工程案例分析

項目位于福建省寧德市東僑區，擬建一層地下室。地質情況至上而下依次為：①素填土層(層厚：1.2 m～3.9 m)、②淤泥層(層厚：6.8 m～13.5 m)、③含少量卵石粉質粘土層(層厚：1.2 m～15.0 m)。

一層地下室的基坑開挖深度為3.65 m～6.15 m，而地下室底板底至電梯井承臺底的坑中坑開挖深度約為3.6 m，且坑中坑周邊的承臺、樁較為密集。以勘察報告可以看出，若開挖至地下室底板再支護坑中坑，則大型機械無法在淤泥層行走施工，鋼樁無法回收。綜合考慮成本、進度、安全等因素，電梯井坑中坑由現狀地面支護開挖，并搭接基坑支護的開槽施工，既加快了施工進度，也節約了成本。

圖11 電梯井坑中坑支護平面示意圖

如圖12所示，由現狀地面開挖，則電梯井開挖深度約9 m，可采用U型鋼板樁+兩道鋼內撐的支護方式。U型鋼板樁樁長15 m，樁底穿透淤泥層并進入含少量卵石粉質粘土層。兩道圍檁和鋼內撐均采用型鋼，為U型鋼板樁提供側向支撐。該坑中坑支護采用的鋼材均可回收再循環利用，可節約施工成本。

圖12 電梯井坑中坑支護剖面示意圖

通過巖土計算軟件——理正深基坑7.0，對上述3個坑中坑模型進行三維安全計算，最終變形情況如下所示：

圖13 1號坑中坑三維變形圖

圖14 2號坑中坑三維變形圖

圖15 3號坑中坑三維變形圖

由三維變形圖可以看出，兩道內支撐作用下的鋼板樁變形呈“凸”型，且凸向基坑內，其最大變形位置位于坑中坑底附近。根據規范[9]規定，鋼板樁深層水平位移的累計控制值為50 mm～60mmm和0.6%～0.7%h(h為坑中坑開挖深度)二者取小值，可見，這3個坑中坑的累計變形均滿足規范要求，進一步證明了該支護方式的可行性。

4 結語

坑中坑支護的重要性等同于基坑支護，需引起重視。故本文針對沿海軟土地區的坑中坑，提出不同開挖深度下常用的坑中坑支護方式，以供學者參考使用。最后以福建省寧德市的某基坑作為工程案例，提出了拉森鋼板樁+兩道鋼支撐超前支護坑中坑的方式，并采用理正深基坑軟件驗證其可行性，說明坑中坑支護可結合工程的實際情況，調整其開挖順序，以達到雙贏的局面。