郭 躍

(漢嘉設計集團股份有限公司,浙江 杭州 310005)

復雜場地條件下的軟土深基坑支護設計與實踐

郭 躍

(漢嘉設計集團股份有限公司,浙江 杭州 310005)

老城區(qū)深基坑工程往往具有開挖深度深與場地條件復雜的特點,特別是在深厚軟土地區(qū),土體的力學性質差,基坑變形較難控制,致使設計施工難度大。在此,以杭州城西某深基坑的設計和施工為背景,介紹該工程基坑支護設計施工中的要點、難點,重點對地下室障礙物的處理進行闡述,最后對計算結果和實測數(shù)據(jù)進行了對比分析,欲為今后類似工程的設計、施工和研究提供有益的借鑒。

深基坑；軟土；地下障礙物；監(jiān)測

隨著城市建設的發(fā)展,土地資源變得越來越稀缺,在原有的場地上新建地下室的情況也越來越多。這類工程往往都具有開挖深度深、場地條件復雜的特點,特別是深厚軟土地區(qū)的工程,土體的力學性質差,使得基坑變形較難控制,設計施工難度大。另外，這類工程往往會碰到地下障礙物處理的問題。由于地下障礙種類繁多,設計時往往缺乏相關資料,難以確定障礙物的準確位置,當樁基施工時才發(fā)現(xiàn)。淺層的地下障礙物可以通過換土回填解決,但對于埋深較大的地下障礙物,若盲目地開挖清障,極易引起周邊土體坍塌。在這種復雜場地條件下,采用何種處理方案保證基坑正常施工,是這類深基坑設計施工的一個重要問題。本文以杭州城西某工程為例,對實際工程實踐中遇到的問題和解決的方法進行了分析總結,希望對類似工程提供一定的參考。

1 工程概況及地質條件

該工程位于杭州市文一西路南側、馮家河西側,設3層地下室,基坑普遍開挖深度達14.8 m。基坑北側為文一西路,圍護樁中心線距離道路邊線約39.8 m。文一西路下埋有直徑1 000 mm的污水管道、自來水管道、電力管線、通信管線等,其中直徑1 000 mm污水管距離基坑最近約24.3 m。

基坑東側為馮家河,圍護樁中心線距河道邊最近約11.40 m,該側圍墻外有一110 kV電纜,圍護樁中心線距電纜最近約6.7 m。南側西段為杭州廣播電視大學,圍護樁中心線距教學樓最近約26 m。基坑西側為浙江糧食干部學校,圍護樁中心線距教學樓最近約23.5 m。基坑場地條件情況見圖1。

圖1 基坑支護總平面圖

根據(jù)巖土工程詳細勘察報告,該工程場地土層自上而下依次為：①-1素填土，②粉質黏土，③a 淤泥質黏土，③b 淤泥質粉質黏土，③c 淤泥質粉質黏土，④a粉質黏土，④b粉質黏土，④c含黏性土細砂。其中③a淤泥質黏土、③b淤泥質粉質黏土、③c淤泥質粉質黏土層土性差且厚度大,對基坑變形影響較大?？辈炱陂g實測場地地下水水位埋深為0.40～1.50 m。各土層物理力學指標見表1,表中土層粘聚力和內摩擦角采用固快指標,素填土計算參數(shù)為經(jīng)驗值,計算采用水土合算模式。

表1 場地主要土層及其物理力學指標

2 基坑圍護方案

根據(jù)該工程土質、開挖深度以及場地條件情況結合類似工程經(jīng)驗,基坑支護樁(墻)加內支撐形式較為合適。經(jīng)計算分析,設計采用Φ1 000(1 200)mm鉆孔灌注樁加三道鋼筋混凝土內支撐圍護(西南角靠近已有建筑圍護樁采用Φ1 200 mm鉆孔灌注樁),坑外設置一排Φ850 mm三軸水泥攪拌樁止水。典型剖面見圖2。

圖2 基坑支護總平面圖

為進一步減小基坑變形,坑內設被動區(qū)加固。由于該工程開挖深度深,一般的單(雙)軸水泥攪拌樁加固效果較差。于是，為了保證加固效果,被動區(qū)加固也采用三軸水泥攪拌樁。被動區(qū)加固做法見圖3。

圖3 被動區(qū)加固

3 地下障礙物處理

該工程樁基施工過程中發(fā)現(xiàn)了大量的老樁,分布在基坑的北側、南側以及西側,樁頂標高在地下4 m,直徑約400 mm,密集狀分布。見圖4、圖5。

圖4 老樁現(xiàn)場分布圖

圖5 老樁平面定位圖

由于老樁數(shù)量多,密度大,所在區(qū)域的圍護樁(鉆孔灌注樁)以及止水樁(三軸水泥攪拌樁)均無法施工。結合類似工程經(jīng)驗[1],對多種清障方案進行比較分析后,最終確定采用如下方法處理：

1)無法施工的鉆孔灌注樁(圍護樁、工程)改用沖孔灌注樁；

2)無法施工的三軸水泥攪拌樁(止水樁、被動區(qū)加固樁)改用高壓旋噴樁。由于老樁密度較大,導致單排高壓旋噴樁無法兩兩搭接,故采用多排高壓旋噴樁止水。

調整后的圍護樁及止水樁布置見圖6。

在后續(xù)施工過程中,發(fā)現(xiàn)當新打圍護樁與老樁部分重疊時,若直接采用沖孔灌注樁施工,很容易出現(xiàn)圍護樁偏位的情況(圖7)。分析其原因主要為沖錘一側為土體,一側為老樁,軟硬不均,沖錘在下落過程中很容易出現(xiàn)偏位,甚至被老樁卡住的情況。

圖6 調整后的圍護樁止水樁布置圖

圖7 直接施工沖孔灌注樁

經(jīng)多次試打樁比較后,最終采用先用沖錘正面沖碎老樁,然后再施工圍護樁的方法進行施工,見圖8。采用該方法后,施工速度顯著加快,且不再出現(xiàn)樁基偏位的情況。

圖8 先破老樁再施工沖孔灌注樁

高壓旋噴樁施工比較順利,均能按設計圖原位進行施工。后期開挖過程中,無論是采用三軸水泥攪拌樁還是高壓旋噴樁的區(qū)域均沒有出現(xiàn)漏水漏土的情況。本次地下障礙物處理是比較成功的。

4 基坑監(jiān)測

為動態(tài)監(jiān)測基坑施工情況,該工程設土體深層位移監(jiān)測孔、水位觀測孔、支撐軸力監(jiān)測點以及地表沉降觀測點等監(jiān)測項目。主要監(jiān)測成果如下：從基坑開挖至地下室施工結束,第一道支撐最大軸力為5 200～5500 kN,第二道支撐最大軸力為9 400～9 600 kN,第三道支撐最大軸力為9 200～9 400 kN,與計算值較為接近。土體深層位移監(jiān)測孔最大變形約80 mm。土體深層位移監(jiān)測孔CX7、CX10實測值與計算值見圖9(CX7、CX10分別為西側和北側的典型測點)。

圖9 深層土體位移圖

從圖9中可以看出實測變形曲線與原計算變形曲線形態(tài)大致相同,最大變形均出現(xiàn)在坑底附近,符合該類型基坑的變形規(guī)律。但兩者絕對值有較大差距,實測最大變形約80 mm,而計算最大變形約50 mm。分析其主要原因為：該工程淤泥質土厚度大、基坑開挖深度深、施工周期較長,土體流變效應明顯,從而導致基坑實際變形較計算值大,類似工程[2-3]也出現(xiàn)了這種情況。

根據(jù)沈健[4]對土體流變進行了研究,土體mt值流變公式為

式中，α與β的取值范圍為：α=3.04～5.57,β=3.744～5.616(×10-2d-1)；

m0為原始土的側向水平基床反力系數(shù)；

t為無支撐暴露時間,d。

該工程從2015年6月開始開挖到2015年12月澆注底板,歷時約180 d,平均每道支撐下的施工時間約60 d。將α、β分別取4、4.5×10-2d-1代入公式中,得到mt=0.21m0。采用上述mt值重新計算基坑變形,得到考慮土體流變的基坑變形,計算結果見圖9。從圖9中可以看出考慮土體流變的計算值與實測值較為接近。

5 結 語

1)老城區(qū)的工程項目經(jīng)常會碰到地下障礙的問題，設計時往往缺乏相關資料,在樁基施工時才發(fā)現(xiàn)。對于埋深較大的地下障礙物(如地下室基礎、工程樁、地下室隧道),切不可盲目開挖清障,應結合實際情況選用合適的設計方案以及施工工藝。本文采用沖孔灌注樁以及高壓旋噴樁代替鉆孔灌注樁、三軸水泥攪拌樁的方法取得良好效果。

2)在深厚軟土地區(qū)深基坑施工過程中,由于土的流變效應明顯,基坑實際變形往往比采用現(xiàn)行規(guī)范計算方法的計算值要大得多。在設計和施工類似工程時,建議采用剛度大、整體性好的圍護形式。該工程采用大直徑鉆孔灌注樁加三道混凝土內支撐形式,圍護結構整體性好,雖變形較大,但基坑一直處于穩(wěn)定狀態(tài),未對周邊建筑產(chǎn)生不良影響,順利完成了地下室施工。施工過程中,應充分重視土的流變效應,盡量減少基坑的暴露時間,減小基坑變形。

[1] 陳浩,周凱,陳星，等.基坑施工遇地下障礙物的處理技術[J].工程質量,2013,31(12):59-63．

[2] 徐浩峰,應宏偉,朱向榮.某軟土深基坑工程時間效應有限元分析[J].工程地質學報,2007(1):92-97．

[3] 袁靜,劉興旺,施祖元，等.軟土地基基坑工程的流變效應分析研究[J].建筑結構,2009(6):114-119．

[4] 沈健.基于“m”法的軟土地區(qū)基坑工程時空效應研究[D].上海:上海交通大學,2006．

Design and Practice of Support for the Deep Foundation Pit of Soft Soil under Complex Site Conditions

GUOYue

TU473.2

B

1008-3707(2017)06-0019-04