李澤深 程元暉 張 芳

(1.紹興文理學(xué)院 土木工程學(xué)院，浙江 紹興312000;2.紹興市柯橋區(qū)建設(shè)工程安全質(zhì)量監(jiān)督站，浙江 紹興312000)

0 引言

紹興地區(qū)位于寧紹平原西部，杭州灣南岸，總體地勢(shì)南高北低，南部為低山丘陵區(qū)，向北逐漸過(guò)渡為湖沼平原.區(qū)內(nèi)平均海拔高度4.5 m～5.5 m，河流湖泊縱橫交錯(cuò)，水文地質(zhì)情況較為復(fù)雜[1]區(qū)內(nèi)廣泛分布著第四紀(jì)后期的濱海相、瀉湖相和溺谷相等海相沉積軟土層.軟土層有分布范圍廣、沉積厚度大、成層穩(wěn)定、縱橫向分布變化較小等特點(diǎn)[2].分布于軟土地區(qū)的城市建筑物，在進(jìn)行基坑支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，由于地質(zhì)條件較差，可能出現(xiàn)的問(wèn)題較多.而一旦出現(xiàn)基坑倒塌等事故，不僅會(huì)造成項(xiàng)目本身的安全問(wèn)題，還極有可能殃及臨近的建筑物或臨近的地下設(shè)施[3-4].因此，在進(jìn)行基坑支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分考慮軟土特性及特定環(huán)境下基坑工程的復(fù)雜性.本文對(duì)紹興地區(qū)軟土分布情況進(jìn)行總結(jié)，結(jié)合典型的軟土地基基坑支護(hù)實(shí)際案例，揭示不同支護(hù)方案的適用條件，分析相應(yīng)的工程經(jīng)驗(yàn)，并就存在的問(wèn)題提出了改進(jìn)措施.

1 軟土特性及危害

軟土泛指淤泥及淤泥質(zhì)土，具有含水量較高、孔隙比大、透水性較差、土體靈敏度高、抗剪強(qiáng)度低、觸變后強(qiáng)度損失大、易流變、基坑開(kāi)挖時(shí)易造成坑壁失穩(wěn)、地面沉陷等現(xiàn)象的特點(diǎn)[5].當(dāng)土體的抗剪強(qiáng)度顯著低于上部結(jié)構(gòu)的自重及附加荷載時(shí)，軟土地基會(huì)表現(xiàn)出較強(qiáng)的流動(dòng)性，導(dǎo)致地基出現(xiàn)不均勻沉降變形甚至塌方，失穩(wěn)等.調(diào)查表明，紹興地區(qū)軟土分布范圍較廣，沉積厚度較大.這種特殊的地質(zhì)條件不僅會(huì)給基坑工程的設(shè)計(jì)和施工帶來(lái)一定的困難，如果發(fā)生基坑邊坡整體滑塌等事故，還會(huì)導(dǎo)致周邊建筑物或地下設(shè)施的開(kāi)裂和沉降(如圖1所示實(shí)例)，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失[6].

在軟土(特別是分布較厚)條件下的基坑支護(hù)方案設(shè)計(jì)中，如何保證承載力的要求是需要解決的主要問(wèn)題，工程中常用的處理方法有坑外卸荷或坑內(nèi)土體加固等[7].此外，施工中盡可能的減少基底暴露時(shí)間，減少對(duì)基底土的擾動(dòng)；宜分層開(kāi)挖、避免坑內(nèi)留土高差過(guò)大.當(dāng)工程樁為擠土樁(如管樁)時(shí)，土體擾動(dòng)較大，基坑圍護(hù)更應(yīng)重視坑底土的加固.

圖1 紹興某軟土地區(qū)基坑坍塌事故

2 紹興軟土地基常用的基坑圍護(hù)類(lèi)型分析

通過(guò)對(duì)紹興地區(qū)軟土地基條件下的基坑支護(hù)項(xiàng)目進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)目前紹興地區(qū)基坑主要是以一層地下室和二層地下室為主(基坑開(kāi)挖度一般在4-10 m之間)，同時(shí)三層及以上的地下室也在逐漸增多.針對(duì)不同的基坑深度和基坑平面尺寸，基坑支護(hù)方案的選擇也呈多樣性的變化[8].紹興地區(qū)軟土地基常用的基坑支護(hù)類(lèi)型有以下幾種：

2.1 土釘墻、復(fù)合式土釘墻

土釘墻技術(shù)是在土體內(nèi)放置一定長(zhǎng)度和分布密度的土釘，通過(guò)土釘和土體之間的相互作用，來(lái)提升土體剛度，彌補(bǔ)土體抗拉、抗剪強(qiáng)度低的弱點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)整體穩(wěn)定性的提高[9-11].(如圖2所示)土釘墻、復(fù)合式土釘墻能夠延遲土體塑性變形的發(fā)展階段，同時(shí)在破壞的過(guò)程中，出現(xiàn)明顯的漸進(jìn)性變形和開(kāi)裂及擴(kuò)展的過(guò)程，這都可以給施工人員很好的警示作用，不會(huì)發(fā)生諸如整體性滑塌等危害性較大的突發(fā)破壞行為.

a 現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)圖

土釘墻、復(fù)合式土釘墻支護(hù)形式主要應(yīng)用于環(huán)境條件相對(duì)較好，有放坡空間，地表變形要求不很?chē)?yán)格地段.而對(duì)于需嚴(yán)格控制地表變形地段，則應(yīng)慎重采用.選用土釘墻、復(fù)合式土釘墻支護(hù)形式主要應(yīng)控制地表荷載，強(qiáng)調(diào)分層、分段、分塊施工，尤其強(qiáng)調(diào)施工單位施工質(zhì)量，土釘?shù)拈L(zhǎng)度、注漿質(zhì)量以及施工工況.當(dāng)土釘層數(shù)較多時(shí)，很多施工單位為方便施工，先挖到第二道土釘標(biāo)高，然后施工兩道土釘，然后一挖到底，補(bǔ)上剩余土釘，最后才進(jìn)行注漿，甚至不注漿，這都會(huì)導(dǎo)致土釘墻發(fā)生破壞.

b 土釘墻支護(hù)示意圖圖2 土釘墻支護(hù)

2.2 排樁

排樁支護(hù)形式的安全度較高，是在紹興地區(qū)的軟土基坑支護(hù)中較為常用的支護(hù)方案.常用的排樁類(lèi)型有鉆孔灌注樁、鋼板樁和型鋼混凝土攪拌墻等.當(dāng)土壓力較大或變形控制要求較高時(shí)，可以設(shè)置錨桿或內(nèi)支撐等[12-13].圖3為排樁加預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)形式，從圖中可以看出，錨桿需要土層提供足夠的錨固力來(lái)保證其可靠性，因此，在軟土層或高水位的碎石土、砂土承中，這種支護(hù)形式不宜使用.排樁加支承是本地區(qū)應(yīng)用最多的支護(hù)形式，其適用范圍廣，可用各種土層和基坑深度，一般用于安全等級(jí)高的深基坑工程，但在使用時(shí)需要注意避免圍護(hù)樁樁長(zhǎng)不足造成樁踢腳現(xiàn)象或引起抗隆起不足，導(dǎo)致基坑整體坍塌現(xiàn)象或壓頂梁斷裂等安全事故[14].

a 現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)圖

b 排樁加拉錨支護(hù)示意圖圖3 排樁加拉錨

2.3 地下連續(xù)墻

地下連續(xù)墻是采用原位連續(xù)成槽澆筑形成的鋼筋混凝土圍護(hù)墻，具有擋土和隔水雙重作用[15].通常連續(xù)墻的厚度為600 mm、800 mm、1 000 mm，也有厚達(dá)1 200 mm的，地下連續(xù)墻一般與錨索或支撐組成錨拉式結(jié)構(gòu)或支擋式結(jié)構(gòu).地下連續(xù)墻具有低噪音、低振動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，工程施工過(guò)程中對(duì)環(huán)境的影響較小，同時(shí)地下連續(xù)墻剛度較大，整體性較好，這使得支護(hù)變形較小.同時(shí)，地下連續(xù)墻可作為地下室結(jié)構(gòu)的外墻使用，實(shí)現(xiàn)縮短工期、降低工程造價(jià)的目的[16-17].

2.4 水泥土重力式圍護(hù)墻

水泥土重力式圍護(hù)墻是無(wú)支撐自立式擋土墻，依靠墻體自重、墻底摩阻力和墻前開(kāi)挖面以下土體的被動(dòng)土壓力穩(wěn)定墻體，因此一般水泥土重力式圍護(hù)墻都比較墩重厚實(shí)，墻厚一般為0.7～0.8倍開(kāi)挖深度.因此，此種支護(hù)方式要求基坑邊與紅線之間必須有足夠的寬度.水泥土重力式圍護(hù)墻施工較為方便，且施工中無(wú)噪音、無(wú)振動(dòng)、污染較少且擠土輕微，同時(shí)具有擋土和止水的雙重功能[18].

3 典型案例分析

3.1 工程概況

本工程為紹興某中央商務(wù)廣場(chǎng)地塊，由三幢高層建筑及一個(gè)地標(biāo)性廣場(chǎng)組成，下設(shè)二層地下室.地下室包括四個(gè)地塊，建筑面積分別為：45 000 m2、12 420 m2、10 420 m2、10 000 m2.四個(gè)地塊合并成一個(gè)基坑進(jìn)行基坑圍護(hù)設(shè)計(jì).基坑開(kāi)挖深度按板墊層底9.05 m～9.85 m.擬建場(chǎng)地東側(cè)和南側(cè)均為道路，基礎(chǔ)外邊線距征地紅線最近約7.7 m和6 m；西側(cè)為道路且基礎(chǔ)外邊線貼近征地紅線.北側(cè)為規(guī)劃道路(現(xiàn)為空地)，基礎(chǔ)外邊線貼近用地紅線，場(chǎng)地基本平整，場(chǎng)地條件較好.經(jīng)調(diào)查靠近東南側(cè)有市政管線通過(guò)，需保護(hù).場(chǎng)地位置如圖4所示.根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，在基坑開(kāi)挖影響范圍內(nèi)土層情況如表1所示.

表1 工程地質(zhì)情況

土層名稱(chēng)土層分布厚度/m①雜填土雜色,松散狀,表部主要以回填建筑垃圾為主,下部為粘性土為主,空隙發(fā)育,含有機(jī)質(zhì),土質(zhì)不均,該層全場(chǎng)分布 1.0 ～2.5 ②粉質(zhì)黏土黃灰色,軟可塑狀,含氧化斑及結(jié)核,夾粉土團(tuán)塊及薄層,稍有光澤,韌性中等,干強(qiáng)度中等,無(wú)搖振反應(yīng).該層局部分布 0.5 ～3.0 ③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土灰色,薄層狀,流塑,含有機(jī)質(zhì)及半腐殖質(zhì),局部見(jiàn)泥質(zhì)團(tuán)斑,有光澤,韌性高,干強(qiáng)度高,無(wú)搖振反應(yīng).該層局部分布 5.0 ～12.5 ④黏土灰綠～褐黃色,厚層狀,硬可塑狀,富含鐵錳質(zhì)氧化斑點(diǎn)及結(jié)核,有光澤,韌性高,干強(qiáng)度高,無(wú)搖振反應(yīng).該層全場(chǎng)分布 2.0 ～4.0

圖4 工程周邊環(huán)境情況

3.2 基坑支護(hù)方案優(yōu)選

考慮到項(xiàng)目基坑開(kāi)挖范圍較大，開(kāi)挖深度較深，且基坑平面形狀較不規(guī)則；同時(shí)開(kāi)挖深度范圍內(nèi)的底部土層主要為淤泥質(zhì)土或粘性土層，其中淤泥質(zhì)土力學(xué)性質(zhì)較差，基坑開(kāi)挖時(shí)可能導(dǎo)致坑底抗隆起，同時(shí)在基坑周?chē)嚯x有道路需保護(hù)等問(wèn)題，擬對(duì)以下支護(hù)方案進(jìn)行分析：

(1)鉆孔樁加混凝土內(nèi)支撐.這種支護(hù)形式受力合理，變形小，安全度高但造價(jià)相對(duì)較高，主要適合在開(kāi)挖深度較大，基坑開(kāi)挖面積較規(guī)則、控制變形較嚴(yán)格，坑底土性差的情況.本基坑開(kāi)挖深度較深(最大開(kāi)挖深度為9.85 m)，且周邊有道路及管線需要保護(hù)，變形需嚴(yán)格控制，故采用鉆孔樁加混凝土內(nèi)支撐的支護(hù)方案，是一種可行的支護(hù)方案.

(2)SMW工法樁加混凝土內(nèi)支撐.與鉆孔樁相比，工法樁造價(jià)較低，但工法樁型鋼拔除時(shí)，對(duì)周邊土體有一定影響[19]，本基坑周?chē)械缆沸枰Ｗo(hù)，故采用SMW工法樁加混凝土內(nèi)支撐的支護(hù)方案不是一種可行的支護(hù)方案.

(3)鉆孔樁加錨桿圍護(hù)方案的受力特點(diǎn)類(lèi)似單排樁加內(nèi)支撐圍護(hù).這種支護(hù)形式屬于開(kāi)放式支護(hù)，方便施工，但相對(duì)排樁加內(nèi)支撐的支護(hù)方式可靠性較差，位移變形較大[20]，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，本基坑最大開(kāi)挖深度為9.85 m，周邊有有道路及管線需要保護(hù)，故采用排樁加錨拉支護(hù)形式不是一種可行的支護(hù)方案.

根據(jù)以上的分析與比較，再結(jié)合本工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工程地質(zhì)條件、環(huán)境條件，本基坑工程設(shè)計(jì)采用鉆孔樁加一道圓環(huán)內(nèi)支撐進(jìn)行支護(hù).

3.3 工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

排樁嵌固深度應(yīng)有足夠的安全度(根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，淤泥質(zhì)土地區(qū)嵌固深度一般在1.8～2.0倍開(kāi)挖深度)，防止排樁出現(xiàn)踢腳或因基坑超挖引起嵌固深度不足現(xiàn)象發(fā)生，導(dǎo)致基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn).此外，支撐體系應(yīng)注意與支撐梁銜接處部位的壓頂梁剪力驗(yàn)算，防止剪力過(guò)大，出現(xiàn)壓頂梁在該部位的斷裂，影響基坑整體安全.施工過(guò)程中還應(yīng)注意對(duì)排樁內(nèi)側(cè)坑底土的加固，來(lái)盡量減少地表變形，也可減少坑底土隆起現(xiàn)象[19].

4 紹興地區(qū)基坑支護(hù)方案選擇中普遍存在的問(wèn)題

(1)紹興地區(qū)屬于典型的軟土地區(qū)，在基坑施工過(guò)程中，應(yīng)考慮軟土的蠕變性帶來(lái)的危害，即考慮“時(shí)間效應(yīng)”.盡量做到快速施工，減少基底暴露時(shí)間，同時(shí)及時(shí)支護(hù)，分層開(kāi)挖，從而防止基坑變形隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增大所帶來(lái)的不利影響.

(2)隨著紹興市越城區(qū)舊城改造的不斷推進(jìn)，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)會(huì)受到周邊環(huán)境的影響和制約，同時(shí)基坑也會(huì)因?yàn)樵薪ㄖ锘驑?gòu)筑物的影響，出現(xiàn)各種不規(guī)則的形狀.因此，在這種建筑物密集地區(qū)進(jìn)行基坑支護(hù)時(shí)，需要特別注意周?chē)h(huán)境的影響，同時(shí)注意保護(hù)周?chē)ㄖ?

5 結(jié)論

紹興地區(qū)河流湖泊眾多，水文地質(zhì)情況較為復(fù)雜，其中，軟土層的分布有范圍廣、厚度大等特點(diǎn).分布于軟土地區(qū)的城市建筑物，在進(jìn)行基坑支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，需要特別重視軟土帶來(lái)的不利影響.紹興地區(qū)軟土地基基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中常用的方案包括土釘墻、排樁、地下連續(xù)墻、水泥式重力擋土墻等.在進(jìn)行基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案的選擇時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工程地質(zhì)條件及周邊環(huán)境條件等進(jìn)行綜合分析選定.此外，紹興地區(qū)軟土地基基坑支護(hù)中普遍需要注意施工過(guò)程“時(shí)間效應(yīng)”的影響，同時(shí)在舊城改造過(guò)程中，應(yīng)特別重視對(duì)周邊環(huán)境的影響.