淤泥土質深基坑支護方案比選研究

蔣大為JIANG Da-wei

（中鐵二十五局集團第二工程有限公司，南京 210046）

0 引言

濱海軟土地區，其“三高三低”特性為：含水率高、高壓收縮高、敏感性高，強度低、密度低、滲透低，其承載能力低，工程性質不佳，壓縮后容易發生變形。在地震或荷載作用下，土體會發生流變、觸變或自身固結等現象，致使地基發生沉降變形，若不加以適當的支撐與加固，會造成基坑開挖后發生塌陷，造成基坑底部隆起、沉降變形過大、橫向變形過大等嚴重的基坑工程事故，嚴重影響了工程的進度，也給工程帶來了很大的安全隱患。

本課題擬以連云港-鎮江連鎮高鐵灌云站車站前廣場的深基坑開挖為研究對象，對濱海平原軟土地基中的復合式支護方案進行了深入的研究，以其對同類工程具有一定的參考價值。

1 工程概況

連云港-鎮江連鎮高鐵灌云車站綜合旅客運輸中心工程地處江蘇省連云港市灌云縣，占地35271m2，南北長203m，開挖深5.1m，東西長194m，東側挖深6.3m，西側挖深6.1m，開挖面積約40000m2，開挖方量230000m3。由于鐵路部門的緊急決定，需要將地鐵的地下停車場和站前廣場與鐵路同時開放，按照通車時間的先后順序，40 天內，將需要完成深基坑周邊的圍護和230000m3的淤泥質松軟土的挖掘工作。

1.1 基坑周邊環境

本項目南北側為項目新建道路，西側為204 國道，東側為連鎮鐵路站房。場地為水稻田，地勢平坦開闊，場地原狀見圖1～圖2。

圖1 場地原狀圖

圖2 場地原狀圖

1.2 區域地質

本工程開挖影響范圍內的工程地質層自上而下依次為：1b 素填土：雜色，成分主要為黏土、植物根系、夾碎石、磚塊，塊徑1～5cm，最大10cm，松散～稍密狀態，土質不均，層厚0.3～1.6m，連續分布；1-1 粘土：褐黃色，軟塑，切面光滑，土質不均勻，局部夾薄層粉土，層頂埋深0.30～1.60m，層頂高程2.10～3.36m，層厚1.20～2.40m，連續分布；1-2 淤泥：灰色、灰黑色，流塑，切面稍有光澤，含有機質，有腥臭味，層底夾粉土薄層，層頂埋深1.50～3.30m，層頂高程0.16～1.86m，層厚5.40～7.90m，連續分布；2-1 黏土：黃褐色，硬可塑，含少量鐵錳質結核，夾砂礓，砂礓塊徑1.0～3.0cm，最大6cm，含量5%～15%，層厚0.60～4.00m，連續分布。

本工程開挖影響范圍內的土層主要由雜填土、粘土、淤泥和黏土組成。其中，淤泥土層具有高含水率、高壓縮性、低強度的特點，極易在震動或加載條件下產生流變或固結沉降，對基坑穩定性構成威脅。因此，選擇合適的支護方案對于確保施工安全和工程質量至關重要。

2 常見支護方案設計

在考慮本區域同類基坑的建設實踐后，提出了六種可能的支護方案：水泥攪拌樁或SMW 工法樁、型鋼斜撐、PHC 管樁、鋼管樁、鋼板樁和邊坡開挖。這些建議是在對基坑周邊環境及開挖深度進行詳盡調查的基礎上提出的。水泥攪拌樁和SMW 工法樁具有高強度和良好的止水性能，但需要較長時間達到強度，可能會影響施工進度。型鋼斜撐安全系數高，受氣候影響較小，但施工步驟繁多且成本較高。PHC 管樁材料運輸迅速，施工效率高，但占地面積大且成本高，不適用于該工程。鋼管樁抗彎性能好，適合復雜條件下施工，但打樁設備噪音大，且有滲水問題。鋼板樁支護施工速度快，可重復利用，但若基坑過深易導致變形。邊坡開挖安全度高、成本低，但土方量大、受氣候影響明顯，且需要較大的工作面。各方案均有利弊，具體情況分析如表1 所示。

表1 對比表

3 支護方案優化設計

經過對六種基坑支護方法的綜合比較分析，項目部針對本區域的具體工程地質條件和周邊環境要求，深入研究后制定了最合適的支護方案。該方案充分考慮了基坑穩定性、施工安全、工期要求以及成本效益等多方面因素，確定采用如下支護方式：①東側連通通道采用拉森鋼板樁+型鋼支撐的形式。②基坑東側采用放坡開挖，坡面設置鋼板樁體系。③基坑西側采用樁錨支護體系，支護樁采用600mm 管樁，錨桿采用預應力錨索系統。

3.1 東側連通通道鋼板樁+型鋼支撐

位于紅線附近的地下停車庫入口坡道和人行道，其基坑的規劃挖掘深度為6.3m，并且該基坑被歸類為第二級安全等級。鑒于開挖區域有限，同時需考慮到上方的站前大道施工作業，因此采取了一種支護措施，該措施結合了拉森鋼板樁和鋼管的內部支撐系統。拉森鋼板樁的優勢在于其對環境的影響較小，便于循環使用，并且可以回收利用，這些特性在挖掘面積受限和工期緊迫的情況下尤為突出。

圖3 拉森鋼板樁+型鋼支撐

3.2 基坑東側鋼板樁

位于東側的施工區域，由于面臨的限制條件較少，為了有效減少挖掘作業中土方的移除量，同時減輕潛在的安全風險，在施工方案的制定上，優先考慮了傾斜開挖的方法。在此基礎上，為了增強局部區域的穩定性，實施了鋼板樁的加固措施。此外，為了防止坡面土壤松動或滑落，采取了土釘墻技術進行加固保護，以提升整個坡面的結構安全性。（圖4）

圖4 鋼板樁支護

3.3 基坑西側樁錨支護體系

由于地下車庫西側緊靠G204 國道，其外立面與輔道的邊坡僅有7 至9m 的距離，并且在該區域內分布著眾多市政管線。基坑設計深度6.1m，基坑安全等級為二級。出于對土方開挖過程中自身結構安全性的考慮，以及為了保障G204 國道的穩定使用，有必要對國道地庫范圍內的輔道進行封閉，僅保留2m 寬的非機動車道，以此加快施工進度。在本工程中，共計劃使用直徑為600mm 的管樁345根，這些管樁將連續布置。錨桿的規格為直徑400mm，間距1800mm，總長度達到24m，其中自由段長度為10m；錨桿的傾角設置為35 度，內部配備3 根直徑為15.2mm 的預應力鋼絞線，其軸向拉力的標準值為357kN，而預應力張拉力定為200kN。支撐最大間距6.0m，圍檁型號H400X400X13X21 型鋼雙拼，鋼板樁傳來水平力為135kN，單根型鋼W=3340cm3，支撐采用?609×12 鋼管支撐型鋼，支撐軸力1193kN，計算長度11.6m。

圖5 樁錨支護

4 施工技術要點

①鋼板樁+型鋼支撐：在施工前進行詳細的測量，確保鋼板樁的正確位置和直線度，以保障結構的準確性和穩定性。依據工程規模和地質條件，選用適宜的打樁機械和設備，以保證施工效率和安全。合理控制打樁的速度，避免過快導致周圍土壤擠壓或振動過大，同時按照科學的順序進行打樁，以防止土壤結構的不穩定。型鋼在安裝時，確保型鋼與鋼板樁之間的連接牢固可靠。在施工過程中采取有效措施防止滲水，如必要時使用防水材料，并設置合適的排水系統以應對可能出現的積水問題。對施工過程進行實時監控，包括樁身垂直度、周圍地面變化等，并根據監測結果及時調整施工策略。②鋼管樁+旋噴錨索：依據勘察結果和設計圖紙，進行精確的現場放線，確定鋼管樁的位置。采用適當的打樁設備和技術，控制打樁的速度和力度，防止周圍土壤過度擠壓或振動。在旋噴錨索的錨固段采用專業工藝進行施工，以確保錨索與土體的有效結合。對旋噴錨索施加預定的張拉力，并進行鎖定，以確保其在使用過程中的穩定預應力。在施工過程中進行嚴格的質量控制，包括鋼管樁的垂直度、錨索的張力等關鍵參數的監測。制定并執行安全預案，包括施工現場的安全管理、人員培訓和應急響應措施。采取措施減少施工過程中對周邊環境的影響，如降低噪音、控制揚塵和廢棄物處理。

5 施工監測

本工程通過對基坑周邊建筑物、圍護結構以及鄰近地面的位移情況進行定期測量，確保其變化在允許范圍內，以評估基坑的穩定性。實時監控基坑內外的水位變化，特別是在多雨季節或地下水位較高的區域，確保水位變化不會對基坑的穩定性產生負面影響。通過安裝在圍護結構上的土壓力傳感器，監測土壤對圍護結構的側向壓力，以評估其是否在設計的安全范圍內。對基坑支護結構中的型鋼、錨桿等關鍵構件進行應力和應變監測，以檢測其在實際使用中的性能和耐久性。定期檢查基坑圍護結構、鄰近建筑物及地面是否有裂縫出現，記錄裂縫的位置、長度、寬度和發展趨勢。利用精密水準儀或其他測量設備，監測基坑內外的沉降情況，確保沉降量控制在安全范圍內。將所有監測數據進行整理分析，及時識別潛在的風險，并編制詳細的監測報告，為后續的風險管理和決策提供依據。

6 設計方案效果

在本項目的設計與規劃階段，我們嚴格依照國家頒布的專業規范《JGJ120-2012 建筑基坑支護技術規程》所規定的技術標準和計算方法進行了詳盡的設計計算工作。這一行業標準為我們的基坑支護系統設計提供了權威的指導和依據，確保了設計方案的科學性、合理性和安全性。通過遵循這些規范，我們能夠有效地對基坑支護結構進行力學分析，優化結構設計，從而保障施工過程中的安全以及后續使用的穩定性。本工程所涉及的深基坑采用的組合支護系統在受力后的變形與內力分布情況如圖6-圖8。

圖6 通道鋼板樁+型鋼變形內力圖

圖7 東側鋼板樁變形內力圖

圖8 西側樁錨變形內力圖

7 結語

針對濱海地區淤泥質深基坑的施工，項目團隊在深入考慮周邊環境、經濟效益及工期需求等多個因素后，對該地區類似基坑施工中常見的幾種支撐方式進行了詳盡的梳理和對比分析。這些支撐方式包括傳統的水泥攪拌樁或SMW 工法樁、PHC 管樁、拉森鋼板樁、鋼管樁以及預應力錨索等技術。在權衡各種技術的優劣后，工程采用了一種組合支護技術。這種技術結合了鋼板樁和放坡、鋼管樁和預應力錨索的優點，以適應復雜的地質條件和嚴格的工期要求。特別是基坑西側臨近繁忙的204 國道，該方案通過使用鋼管樁提供了堅固的物理屏障，而旋噴錨索則增強了整體的穩定性，有效防止了邊坡坍塌、沉降變形過大和水平位移超標等問題。

該淤泥土質深基坑支護及土方開挖工程的成功實施，充分證明了組合支護技術在此類特殊環境中的可行性。工程在短短40 天內完成了基坑四周的支護結構搭建和超過230000 立方米（m3）的軟弱土體開挖，這一效率得益于精心的規劃和創新的技術應用。通過這次實踐，該工程不僅確保了施工期間的安全，還為今后類似工程提供了寶貴的經驗和參考。

此外，該工程的成功也展示了現代土木工程技術在解決復雜地質和環境挑戰方面的能力和潛力。通過不斷探索和優化支護技術，能夠更好地控制工程質量、成本和工期，同時最大限度地減少對環境的影響。這不僅是技術進步的體現，也是對工程領域可持續發展理念的貫徹實踐。