城市中心區軟土深基坑支護結構設計與施工

［關鍵詞］城市中心區；軟土；深基坑；支護結構；設計要點；施工工藝；佛山

對于沿海地區的城市而言，受地形、地質、氣候和環境等因素的影響形成了軟土地質，主要表現為含水量大、物理力學性質參數低等特性[1]。而城市中心區深基坑一般都位于已有建筑物、道路、地下管線密集的區域，在設計中需要充分考慮基坑和周邊敏感建（構）筑物的變形、毗鄰基坑不同深度工況下支護結構受力平衡及深基坑支護結構經濟性和安全性的選型[2]。由此可見，在城市中心區軟土深基坑的支護結構設計、施工以及開挖過程中的現場監測都顯得尤為重要。

1. 工程概況

1.1 概況

本項目位于佛山市禪城區南堤路與升平路交匯處西南側，地處珠江三角洲沖積平原，屬于河口三角洲推擠地貌。主要建筑項目有停車場、農貿市場、舊廠房、教堂等，地面大致平整。本次項目設地下3層，基坑開挖深度5.9m（局部開挖深度可達12.2 m），基坑周長約為818 m，基坑整體側壁安全等級為一級。

1.2 地質水文條件

1.2.1 地質條件

場地巖土層按地質成因分為第四系填土（Q^ml）、沖積土（Q^al）、殘積土（Q^el）和白堊系基巖（K）。①-1 雜填土（Q^ml）：含較多黏性土及砂土；①-2砂性素填土（Q^ml）：粉細砂為主，局部為中砂、粗砂或礫砂；②-1淤泥質土（Qal）：少量腐殖質及粉砂，局部為粉土；②-2粉砂（Q^al）：含少量淤泥；②-3中砂（Q^al）：局部為粉砂、細砂，粗砂或礫砂；②-4淤泥質土（Q^al）少量腐殖質及粉砂；②-5粉質黏土（Q^al）：少量粉砂，局部為粉土；③殘積土（Q^el）部硬塑；④-1強風化層（K）：上部巖芯多呈硬土狀，局部夾少量碎巖塊。下部巖芯呈短柱狀、柱狀，局部塊狀、長柱狀，局部夾少量硬土狀或達中風化狀態；④-2中風化層（K）：巖芯以柱狀、短柱狀為主，局部長柱狀或厚餅狀、塊狀。

1.2.2水文條件

項目所在場地中地下水類型為孔隙潛水和基巖裂隙水。孔隙潛水主要賦存于土層孔隙中，分為淺層地下水和深層地下水，淺層地下水水位受季節影響，與地表水有水力聯系，年變化幅度約1～2 m，而深層地下水則由于上覆相對隔水層，具有微弱的補給、排泄作用以及微承壓性。基巖裂隙水賦存于巖層裂隙中，富水程度受裂隙發育程度及補給條件控制，根據勘察資料及地區經驗，裂隙富水程度弱，但也有可能存在富水性較強的裂隙帶。

1.3 場地周邊環境

基坑東側靠近市少年宮，東側基坑頂邊線距離用地紅線約4.5 m，基坑頂邊線距離市少年宮約7.5 m。基坑東側埋設有電信、燃氣、污水、雨水等管線，管線均位于基坑內，施工基坑支護前應遷移保護好各類管線。

基坑南側基坑頂邊線距離用地紅線約5.3 m，距離升平廣場約7.8 m。基坑南側埋設有電信、電力、燃氣管線，其中電力管線距離基坑頂邊線最近，距離0.5～3.8 m。

基坑西側靠近松風路，基坑頂邊線距離用地紅線5.0～58.0 m，距離松風路約12.2 m，距離保留古建筑約4.0 m，距離工商銀行新風支行約6.1 m，距離6 層民居約7.6 m。基坑西側埋設有電信、電力、污水管，其中電信管線距離基坑頂邊線最近，距離約9.2 m。

基坑北側靠近汾江，基坑距離頂邊線用地紅線約12.4 m，距離汾江約31.0 m，距離南堤路路邊線約15.9 m。基坑北側埋設有電信、電力、污水、給水管線，其中電信管線距離基坑頂邊線最近，距離約9.9 m。

2. 基坑支護結構設計要點

2.1 基坑結構設計難點

本項目的基坑結構設計難點主要體現在以下3 個方面：

（1）從場地的周邊環境可知，項目東、南、西三側建（構）筑物距基坑邊很近，尤其是西側保留古建筑物，在基坑施工前未對地基采取任何處理措施，導致基坑邊土層中荷載作用大。

（2）從場地的地質情況來看，②-1層、②-4層為流塑狀，軟土的底層埋深大于40 m，此時在基坑結構設計中需要考慮軟土層中支護結構及周邊建（構）筑物的變形。

（3）從項目的施工情況來看，在佛山南堤灣國瑞城項目中，二期項目位于一期項目的西側，兩期項目基坑間距小于二期基坑的開挖深度，為確保基坑結構的穩定性，在基坑結構設計時還需充分考慮毗鄰基坑在不同深度工況下，支護結構受力不平衡的情況。

2.2 基坑結構設計

2.2.1 支護結構設計

根據項目的基本情況、地質水文條件及場地周邊環境，在綜合考慮安全、經濟及施工等因素的基礎上，本次基坑支護結構整體采用上部放坡+下部支護樁兩道內支撐支護形式，局部采用雙排樁斜支撐支護；止水帷幕整體采用850 mm@600 mm三軸攪拌樁[3]。部分區域根據現場實際情況和實際需要，根據臨時放坡剖面圖放坡支護，并設置6850 mm@600 mm三軸攪拌樁搭接一根止水。支護結構設計參數見表1。基坑支護總體安全等級為一級，基坑側壁重要性系數γ=1.1。

本項目放坡施工采用噴射混凝土支護形式，樁間掛網噴射，噴射混凝土強度等級為C20。雙排樁支護采用鉆孔灌注樁形式，并排樁支護后，在排樁外整體設置三軸攪拌樁[4]，形成一個閉合的止水帷幕，攪拌樁設計參數見表2。項目下部支護樁兩道內支撐，支撐及支撐梁、冠梁構件混凝土等級為C40，臨時立柱基礎采用?800 mm的鉆孔灌注樁進行支撐。立柱上部為井字鋼構架，設置兩道支撐，支撐梁混凝土等級為C40，其中第一道支撐400 mm，支撐腰梁構件截面尺寸1200 mm×1200 mm，由3個支撐梁、連續梁以及八字撐焊接而成；插入第二道支撐400 mm，支撐腰梁構件截面尺寸1300 mm×1200 mm，由2個支撐梁（其中一個為桁架）、連續梁以及八字撐焊接而成。對電梯井坑中坑局部加深3.7 m（從板底計算），采用48鋼花管土釘圍護，單排水泥攪拌樁樁徑550 mm，間距400 mm，深度穿過基坑底下2 m，局部因支撐無法施工，則需在水泥攪拌樁樁間采用Ф500 mm＠350單管旋噴樁。

2.2.2基坑排降水設計

在基坑施工中，還應做好排、降水設計。綜合考慮施工要求及地質水文條件，在坑頂、底四周設置排水溝，其坡度為1%，沿排水溝每50 m左右設一個（800 mm×800 mm，深1000 mm）集水井，基坑底面不得有凹坑。對基坑周邊5 m范圍內（或至圍墻邊）用50mm厚C20素砼進行地面硬化，防止雨水滲入基坑周邊土體。此外，還必須做好坡頂地面截水、排水以及基坑內土方開挖臨時降水，以確保地下室圍護的安全。

3. 基坑支護施工工藝

3.1 施工要求

由于施工場地周邊環境復雜，在基坑施工前應先會同建設單位、監理單位和管線權屬部門等，將施工場地周邊位于紅線內的管線進行遷移，避免基坑施工對管線造成影響。根據現場施工條件，應按照分層開挖的方式進行基坑開挖施工，必須在每道支撐施工強度達到設計要求后，方可繼續開挖。在基坑開挖過程中，嚴禁出現“大鍋底”式開挖以及超挖現象，同時還應做好基坑內的排水工作，防止基坑內積水，進而影響基坑支護結構質量。

3.2 放坡施工

在坡面進行人工放坡開挖，保留“留置土”，分段逐層挖至基坑底，坡面采用掛網噴射砼的保護措施，在保護坡面位置掛200 mm×200 mm 網筋，噴射混凝土強度等級為C20，噴錨示意圖見圖1。結合項目的地質水文情況，在放坡施工中，坡頂和坡腳應做好排水、降水措施。當放坡開挖至地下水位以下且土層中可能發生流砂、流土現象時，需采取降水措施；當開挖地質較好時，根據實際施工情況采取排水措施，如通過明溝或集水井排水。從穩定性角度考慮，土方或其他材料、設備等不宜堆積在基坑頂部周邊，避免基坑荷載過大。在放坡施工過程中，要對坡頂位移、地面沉降及鄰近建筑物沉降等情況進行定期監測，以便及時發現邊坡失穩現象，并采取土釘支護或坡腳壓載等支擋措施，確保邊坡的穩定。

3.3灌注樁施工

本項目中灌注樁成孔采用正循環工藝，泥漿護壁，采用商品混凝土灌注成樁，采用水下砼澆筑工藝，樁芯砼為C30，灌注樁施工流程如圖2所示。在混凝土灌注時，導管應始終埋在混凝土中，埋入深度為2～6 m為宜，每次提管不得超過4.5 m，導管提升時不得碰撞鋼筋籠，防止鋼筋籠上浮，混凝土的實際灌注應高出設計樁頂標高800 mm。同時，樁位測定允許偏差3 cm，樁身垂直度偏差不大于1%，孔底沉渣厚度不大于100 mm（立柱樁沉渣厚度不小于50 mm）方可滿足施工要求。

3.4 冠梁、支撐體系和立柱施工

3.4.1冠梁、支撐施工

在冠梁施工前，應先人工將樁頂鑿至新鮮混凝土面，出露鋼筋應平直，并清除圍護樁樁頂浮漿層及超灌混凝土，確保樁頂露出的砼強度等級和鋼筋的長度均達到設計要求。在樁頂冠梁澆筑前，必須清理基面上的殘渣、浮土和積水，保證排樁與冠梁連接牢固，以免連接處產生薄弱面。冠梁混凝土等級為C40，鋼筋保護層厚度35 mm（預埋35 mm鋼板），確保支撐能夠固定在冠梁上。在局部采用雙排樁斜支撐支護的部位，冠梁剖面圖見圖3。

在支撐梁施工時，必須確保灌注樁進入壓頂梁50 cm，并按照設計要求進行放線測量，確定好支撐平面尺寸。混凝土強度等級C40，適當摻入早強劑，根據支撐分布情況，支撐混凝土分作12段施工，支撐梁砼澆注應連續進行，防止澆筑作業不流暢支撐梁出現變形。待支撐梁澆筑混凝土強度達到設計強度，方可進行支撐梁以下的土方開挖[5]。

3.4.2支撐立柱施工

立柱施工應先于基坑開挖，立柱施工完成后，回填級配砂石。當立柱穿過地下室底板的部位，以滿焊的方式在底板的中間焊接一塊8 mm厚鋼板，起到止水作用，如圖4所示。立柱和支撐的連接采用旁置式的剛性連接，如圖5所示，確保連接節點有足夠的強度和穩定性，防止圍護結構失穩。

3.5 攪拌樁施工

在攪拌樁施工前，應先采用混凝土灌注樁做試驗樁，確定攪拌機的鉆進深度、轉速和提升速度等各項施工技術參數。本次項目采用2攪2噴施工工藝進行攪拌樁成樁，攪拌樁采用32.5 R復合硅酸鹽水泥，水泥摻量15.0%，三軸攪拌樁水灰比為1.5～2.0，Φ850 mm的攪拌樁水泥用量250 kg/m，單軸攪拌樁水灰比取0.6～0.8，Φ1000 mm的攪拌樁水泥用量220 kg/m[6]。第1次預攪下沉至設計標高，噴漿攪拌提升，第2次下沉至設計標高，噴漿復攪，座底噴漿不少于3 min。注漿泵出口壓力應保持在0.40～0.60 MPa。在施工中，要確保攪拌樁成樁均勻、連續、無縮徑和斷層，樁位偏差不得大于50 mm，樁徑偏差不得大于4 %，提升攪拌樁施工質量。

4. 基坑支護施工監測分析

為實現項目施工的優質安全、經濟合理、施工快捷，在施工過程中對基坑支護各施工要點進行監測，進一步優化施工參數，實現信息化施工。根據項目實際情況，設置9個監測項目，各監測項目在基坑支護施工前，需進行2次及以上的測定，測得穩定的初始值。在施工期間，開挖深度在5 m及以內每2日監測1次、大于5 m每天監測1次；底板澆筑時間在7日及以內每天監測2次、7～14日每天監測1次、14～28日每2日監測1次、28日以上每3日監測1次，監測頻率可根據監測結果以及場地條件變化情況適時調整。各項監測結果表明，基坑開挖未對道路管線，以及施工場地周邊的地面和建（構）筑物等造成影響。

5. 結論

（1）在城市中心區軟土深基坑支護的結構選型時，應選擇放坡+內支撐及雙排樁斜支撐形式，采用施工工藝較為成熟的鉆孔灌注樁，掛網噴射，結合三軸攪拌樁止水帷幕和內支撐，如此才能在復雜的周邊環境、水文地質條件下，保證基坑支護結構的穩定。

（2）在攪拌樁施工中采用了單管旋噴樁，一定程度上提高了攪拌樁的止水性能和支護結構的強度，有效控制土方在開挖過程發生變形。同時，根據工程地質條件，旋噴樁低于地面，在一定程度上節約了材料。

（3）在基坑支護施工中，應加強對水平位移、豎向位移、立柱沉降、支撐軸力和建（構）筑物沉降等內容的監測，確保了基坑支護結構的穩定性和建（構）筑物安全。