軟土深基坑支護工程設計實例分析

王煜

（深圳中廣核工程設計有限公司，廣東深圳 518100）

1 工程概況

1.1 建筑物平面位置

根據建筑物總平面圖，該基坑主要由兩部分組成，一部分為虹吸井基坑，另一部分為盾構工作井基坑；其中虹吸井基坑周長100 m，基坑面積2 075 m2，基坑深度為14.60 m，其東側距已運行使用的廠區道路12.55 m，西側距某倉庫（鋼結構，天然基礎）18.35 m；盾構工作井基坑周長117.80 m，基坑面積820 m2，基坑深度為24.10 m，其西北側距辦公樓（框架結構，天然基礎，基礎埋深約1.50 m）20.07 m，具體位置如圖1 所示。

圖1 建筑物平面位置圖（單位：m）

1.2 地質條件

根據場地勘察資料，自上而下地層如下。

①回填土：主要為場地平整時回填的塊石，平均層厚約8.00 m，強透水層。②2黏土：灰黃色，軟塑，局部可塑，平均層厚2.05 m。②3淤泥質黏土或淤泥，即俗稱的“軟土”：青灰色，流塑，含水率高，含少量腐殖質和白色貝殼碎屑。該層原為淤泥，上部塊石拋填堆載加荷近10 年后土的物理力學性質發生較大變化，現大部分為淤泥質黏土，局部為淤泥。平均層厚6.60 m，最大厚度約9.60 m。②4黏土：青灰色，具有軟塑性和高壓縮性，平均厚度為5.05 m。②41粉砂：灰色，中密，飽和，級配差，呈透鏡體分布于②4層黏土。厚度0.50～2.70 m。②5粉質黏土：青灰色，可塑，平均層厚3.10 m。③1粉質黏土：褐黃色，可塑性好，含有少量鐵錳質結核及斑點。厚度1.20～8.00 m。③2粉砂：褐黃色，中密～密實，飽和，夾中粗砂，級配差，呈透鏡體分布于③1層黏土的底部。平均層厚3.05 m。④2粉質黏土：灰色，軟塑，局部可塑，少量鉆孔揭露。平均層厚1.03 m。④3粉砂：灰色，密實，飽和，夾少量礫砂，級配差，平均層厚2.50 m。⑤2黏土：褐灰色，混大量強風化角礫和中粗砂，可塑～硬塑，局部堅硬，平均厚度4.55 m。

基坑范圍內土層主要物理力學指標見表1。

表1 各土層參數

1.3 水文地質條件

地下水主要為第四系孔隙潛水，這是整個場區的地下水特點。孔隙潛水可分為人工回填拋石孔隙潛水和海積層孔隙潛水。回填拋石孔隙潛水水位標高約2.00 m；海積層孔隙潛水存在于不連續的透鏡體狀的粉砂、中細砂、中粗砂、礫砂層，總體富水性貧乏，黏性土為較穩定的隔水層。第四系孔隙潛水主要來源是大氣降雨。

2 基坑支護的設計思路及方案

該基坑屬于典型的軟土地區基坑，工程地質、水文地質條件較差，且基坑開挖深度較深，加之周圍構筑物的存在，故必須選用合理的支護形式，以做到在安全、合理的前提下，縮短施工工期、方便土方開挖和結構的施工、節省工程造價。本著安全可靠、經濟合理的原則，經過比較、優化，確定虹吸井基坑采用放坡+鉆孔灌注樁+旋噴土錨+坑外單軸攪拌樁止水帷幕的綜合支護形式；盾構工作井基坑采用放坡+鉆孔灌注樁+淺部旋噴土錨+下部混凝土支撐+坑外單軸攪拌樁止水帷幕的綜合支護形式[1-2]。

根據地下水位發育情況，采用鉆孔灌注樁+單軸攪拌樁作為止水帷幕，可有效利用鉆孔灌注樁的支護與止水雙重作用；旋噴土錨是通過對土體加注水泥漿攪拌、旋噴成傾斜樁體，同時施放錨筋或鋼絞線，實現對地層的主動加固，在基坑的四周形成“人”字形、“門”字形或“彡”字形錨桿擋土結構，圍護基坑壁、邊坡的掩護結構。可將常規的基坑支護用的內支撐取消，具有安全性、經濟性、方便施工與縮短工期、對周邊環境影響小、適用不同土層等優點。

上述綜合支護形式考慮了地下水埋深淺、基坑兩側空間的充分利用、內支撐對上部結構施工有影響等多種現場因素，同時也考慮了盾構工作井作為盾構機進入通道、礦山法出土通道、盾構法泥水輸出通道而對地基承載力有特殊要求、工作井使用周期長等各種客觀因素的影響。圍護樁平面布置圖如圖2 所示。

圖2 圍護樁平面布置圖（單位：m）

具體設計方案如下[3]。

1-1 剖面：主要分布在虹吸井基坑東西兩側。

淺部放坡：采用一級放坡，坡高5.00 m，放坡系數為1∶1。坡面設100 mm 厚C20 網噴面層，內配φ8 mm@200 mm×200 mm 鋼筋網片。

鉆孔灌注樁：采用φ1 200 mm 鉆孔樁，樁間距1 500 mm，有效樁長21.50 m。

坑外重力式擋土墻（兼做止水帷幕）：單軸水泥攪拌樁φ700 mm@500 mm，西側壩體寬7.15 m，東側壩體寬5.35 m，有效樁長16.50 m，水泥摻量15%；壩體頂部做7 150 mm（5 250 mm）×200 mm 混凝土面板，內配雙向φ10 mm@200 mm×200 mm 鋼筋網。旋噴土錨的主要設計參數見表2。

表2 錨桿設計參數

1-1 典型施工剖面圖如圖3 所示。

圖3 1-1 典型施工剖面圖（單位：mm）

2-2 剖面：主要分布在工作井基坑東西兩側。

淺部放坡：采用一級放坡，坡高5.00 m，放坡系數為1∶1。坡面設100 mm 厚C20 網噴面層，內配φ8 mm@200 mm×200 mm 鋼筋網片。

鉆孔灌注樁：前排樁φ1 200 mm@1 500 mm，后排樁為φ1 200 mm@1 500 mm，有效樁長36.00 m。

坑外重力式擋土墻（兼作止水帷幕）：單軸水泥攪拌樁φ700 mm@500 mm，西側壩體寬9.10 m，東側壩體寬14.30 m，有效樁長14.50～16.00 m，水泥摻量15%；壩體頂部做9 100 mm（143 00 mm）×200mm 混凝土面板，內配雙向φ10 mm@200 mm×200 mm 鋼筋網。旋噴土錨的主要設計參數見表3。

表3 錨桿設計參數

2-2 典型施工剖面圖如圖4 所示。

圖4 2-2 典型施工剖面圖（單位：mm）

3-3 剖面：主要分布在工作井基坑南側非隧道部位。

淺部放坡：采用一級放坡，坡高5.00 m，放坡系數為1∶1。坡面設100 mm厚C20 網噴面層，內配φ8 mm@200 mm×200 mm鋼筋網片。

工作井南側鉆孔灌注樁：前排樁φ1 200 mm@1 500 mm，后排樁φ1 200 mm@1 500 mm，有效樁長31.00 m。

工作井北側鉆孔灌注樁：φ1 200 mm@1 500 mm，有效樁長19.00 m。

坑外重力式擋土墻：單軸水泥攪拌樁φ700 mm@500 mm，南側壩體寬19.90 m，有效樁長15.00～18.00 m，水泥摻量15%；壩體頂部做19 900 mm×200 mm 混凝土面板，內配雙向φ10 mm@200 mm×200 mm 鋼筋網。

旋噴土錨的主要設計參數見表4。

表4 錨桿設計參數

3-3 典型的施工剖面圖如圖5 所示。

圖5 3-3 典型施工剖面圖（單位：mm）

4-4 剖面：主要分布在工作井基坑南側隧道部位。

淺部放坡：采用一級放坡，坡高5.00 m，放坡系數為1∶1。坡面設100 mm 厚C20 網噴面層，內配φ8 mm@200 mm×200 mm 鋼筋網片。

工作井南側鉆孔灌注樁：φ1 200 mm@1 500，有效樁長31.00 m。

工作井北側鉆孔灌注樁：φ1 200 mm@1 500 mm，有效樁長19.00 m。

坑外重力式擋土墻：單軸水泥攪拌樁φ700 mm@500 mm，南側壩體寬23.90 m，有效樁長15.00～18.00 m，水泥摻量15%；壩體頂部做23 900mm×200mm 混凝土面板，內配雙向φ10 mm@200 mm×200 mm 鋼筋網。

旋噴土錨的主要設計參數見表5。

表5 錨桿設計參數

4-4 典型的施工剖面圖如圖6 所示。

圖6 4-4 典型施工剖面圖（單位：mm）

3 基坑支護效果

為保證基坑的安全，對基坑進行各項變形和應力觀測，監測項目主要包括：（1）坡頂沉降和水平位移；（2）基坑周圍地面與道路沉降；（3）深層土體側向變形；（4）支撐的軸力；（5）基坑周邊建筑物沉降；（6）坑外地下水位；（7）土層錨桿應力[4]。

該基坑工程在整個施工及使用期間，未出現坑壁坍塌現象，基坑邊坡的水平位移、垂直沉降變形等與設計計算預測值基本吻合。總體而言，該基坑工程及擬建建筑物均已順利完工，周邊建筑未受影響，也為建設方節省了大量的施工工期和建設資金。

4 結語

深基坑工程是一個復雜系統，涉及諸多要素，包括強度與變形、土與支護結構的共同作用、時空效應、施工工藝等綜合性的巖土工程問題。

本工程為沿海地區典型軟土地質條件下的基坑支護工程，根據基坑周邊環境、水文地質條件及結構施工要求，在設計中采用了放坡、鉆孔灌注樁、深層攪拌樁、高壓旋噴樁、樁錨支護結構等多種加固支護方法與手段，同時在設計中運用系統工程的理論和方法，達到了系統整體方案的最優化和實現途徑的最優化的目的，對于軟土地區類似基坑工程具有研究推廣價值。