張會(huì)新

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司 上海200092）

0 引言

溫州城市地下空間發(fā)展迅速，超大規(guī)模深基坑不斷涌現(xiàn)，而當(dāng)?shù)厣詈裉钔粱驗(yàn)I海相淤積軟土層的地質(zhì)條件對(duì)基坑安全風(fēng)險(xiǎn)較大，特別是鄰近既有建（構(gòu)）筑物區(qū)域，對(duì)保護(hù)對(duì)象的變形控制極為不利，工程事故不斷出現(xiàn)，溫州地區(qū)典型的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)特點(diǎn)得到重視。國(guó)內(nèi)學(xué)者通過(guò)工程案例統(tǒng)計(jì)和計(jì)算分析，獲得了不同支護(hù)型式的變形規(guī)律，并結(jié)合支護(hù)型式的特點(diǎn)提出相應(yīng)的適用性建議［1-3］，為當(dāng)?shù)鼗又ёo(hù)方案優(yōu)選及應(yīng)用提供了一定的參考。

溫州市濱江商務(wù)區(qū)某項(xiàng)目鄰近甌江，場(chǎng)地范圍原為池塘，除存在深厚淤泥或淤泥質(zhì)土層以外，表層存在10 m左右厚的雜填土，工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件較一般工程更為復(fù)雜。國(guó)內(nèi)諸多學(xué)者對(duì)深厚雜填土的性質(zhì)指標(biāo)和特定的基坑支護(hù)型式進(jìn)行了研究［4，5］，但不同地區(qū)差異較大，而溫州存在深厚雜填土的深基坑工程案例則更少。因此，本文以此項(xiàng)目為依托，對(duì)該深基坑進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)和分析，對(duì)本工程后續(xù)區(qū)段或類(lèi)似工程具有一定的指導(dǎo)或參考意義。

1 概況

1.1 工程概況

本工程地下1層商業(yè)，地下2層車(chē)庫(kù)，基坑開(kāi)挖深度13.55～13.95 m，基坑開(kāi)挖面積約19 838.7 m2，周長(zhǎng)約656.5 m，呈近似梯形，長(zhǎng)邊方向長(zhǎng)約227 m，短邊方向?qū)捈s112 m。

基坑四周均為已建市政道路，其中北側(cè)與甌江僅隔35 m寬的市政主干道甌江路；南側(cè)商務(wù)六路因本工程施工臨時(shí)阻斷，但鄰近保留景觀(guān)橋，基坑開(kāi)挖邊線(xiàn)距離景觀(guān)橋樁基礎(chǔ)最近僅3.8 m；西側(cè)和東側(cè)分別為商務(wù)三路和商務(wù)四路，市政道路上分布有燃?xì)?、給水、電力、通訊、排水等市政管線(xiàn)，周邊環(huán)境極其復(fù)雜。工程平面如圖1所示。

圖1 工程平面Fig.1 The Project Site Plan

1.2 工程地質(zhì)

擬建場(chǎng)區(qū)地層分為4個(gè)工程地質(zhì)層及9個(gè)亞層:

①1層雜填土:近5～10年新近堆積土，碎塊石含量20%～75%，粒徑2～50 cm，松散～稍密；層厚2.40～10.80 m，局部缺失。

①2層素填土:近5 年新近堆積土，為周邊建筑工地的廢土；層厚1.00～2.80 m，局部分布。

②1層淤泥:夾薄層狀粉砂，流塑，高壓縮性，高靈敏度；層厚0.70～6.50 m，局部缺失。

②2層淤泥夾粉砂:粉砂呈層狀，含量很不均勻。飽和，流塑狀，高壓縮性，高靈敏度；層厚0.70～8.10 m，局部缺失。

②3層粉砂夾淤泥:以粉砂為主，夾（混）部分層狀淤泥；淤泥含量5%～20%；飽和，松散～稍密，中壓縮性；層厚5.20～12.80 m，局部缺失。

②4層淤泥:少量夾有薄層狀粉砂；飽和，流塑狀，高壓縮性；層厚3.90～8.90 m。均有分布。

②5層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土:飽和，流塑狀，高壓縮性；層厚1.50～10.20 m，均有分布。

③1層淤泥質(zhì)粘土:飽和，流塑狀，高壓縮性；層厚14.40～17.90 m，均有分布。

④3層卵石:粒徑大于2 cm 的粗顆粒50%～70%。充填物主要為粉質(zhì)粘土、中細(xì)砂，稍密～中密，低壓縮性；厚度9.80～14.80 m，均有分布，未鉆穿。土層物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示。

表1 土層物理力學(xué)指標(biāo)Tab.1 Physico-mechanical Index

表1中土工試驗(yàn)剪切試驗(yàn)指標(biāo)為測(cè)試峰值強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，根據(jù)溫州當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，一般乘以0.7～0.9 的折減系數(shù)。通過(guò)工程類(lèi)比和反演計(jì)算，本工程剪切指標(biāo)折減系數(shù)取0.9。

1.3 水文地質(zhì)

擬建場(chǎng)地淺層為孔隙潛水，主要分布于人工雜填土、粘土、淤泥夾粉砂層中，地下水逕流條件較復(fù)雜，與甌江具有一定的水力聯(lián)系，穩(wěn)定地下水位埋深約為2.86～4.38 m，高程為0.78～2.44 m，主要由大氣降水及鄰近地表水體補(bǔ)給，主要通過(guò)蒸發(fā)及下滲排泄。

承壓水主要賦存于第②2層粉砂夾淤泥和第④3層卵石，②2層承壓水位標(biāo)高為0.54～0.89 m，測(cè)得其承壓水頭為8.06～10.41 m；④3層承壓水位一般在其層面以上30～40 m，承壓含水層其補(bǔ)給、排泄方式主要通過(guò)側(cè)向滲透。本工程第②2層在開(kāi)挖深度內(nèi)，止水帷幕隔斷；經(jīng)驗(yàn)算，第④3層滿(mǎn)足抗承壓水穩(wěn)定性要求。

2 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 工程特點(diǎn)

⑴超大、超深:基坑總面積約19 838.7 m2，基坑開(kāi)挖深度13.55～13.95 m。

⑵周邊環(huán)境復(fù)雜:3倍基坑開(kāi)挖深度范圍內(nèi)存在既有市政道路、管線(xiàn)、景觀(guān)橋，保護(hù)要求高。

⑶地質(zhì)條件復(fù)雜:場(chǎng)地范圍存在較厚的填土、淤泥或淤泥質(zhì)土層，對(duì)基坑穩(wěn)定性和變形控制極為不利。淺層填土和粉砂層滲透系數(shù)較大，潛水水位高，且與甌江存在較強(qiáng)的水力聯(lián)系，地下水控制較為困難。

2.2 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

本工程基坑安全等級(jí)為一級(jí)，采用鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁+3道鋼筋混凝土支撐+坑內(nèi)暗墩加固的支護(hù)形式［6］。

⑴一般區(qū)域:采用φ 1 000@1200 的鉆孔灌注樁圍護(hù)，灌注樁插入比均約1∶2.0。止水帷幕選用質(zhì)量可靠的φ 850@600 三軸攪拌樁作為止水帷幕，三孔為一幅，相鄰幅套打一孔；止水帷幕穿過(guò)第②3粉砂夾淤泥層微承壓含水層，進(jìn)入第②4淤泥層不小于2.0 m；考慮到填土和淤泥可能對(duì)止水帷幕的成樁質(zhì)量的影響，三軸攪拌樁的水泥摻量為25%，且止水帷幕與鉆孔灌注樁中間空隙采用壓密注漿充填?？觾?nèi)被動(dòng)區(qū)加固采用φ 850@600 三軸攪拌樁加固，加固寬度5.65 mm，坑底以下加固厚度4.0 m，水泥摻量20%；坑底以上低摻量加固至第1道支撐底面，水泥摻量10%。加固范圍為長(zhǎng)邊中部、陽(yáng)角、鄰近保護(hù)對(duì)象區(qū)域和局部深坑等不利位置。一般區(qū)域支護(hù)剖面示意圖和景觀(guān)橋位置支護(hù)剖面示意圖如圖2所示。

⑵景觀(guān)橋區(qū)域:采用φ 1 200@1 400 的鉆孔灌注樁，坑內(nèi)被動(dòng)區(qū)加固采用裙邊加固，以有效控制變形。

2.3 支撐平面布置

豎向設(shè)置3 道鋼筋混凝土支撐，一般區(qū)域采用邊桁架+對(duì)撐+角撐的支撐布置形式，支撐間距7～10 m；鄰近景觀(guān)橋區(qū)域采用井字形對(duì)撐（見(jiàn)圖3）。

2.4 特殊巖土處理

本工程主要存在深厚填土、淤泥或淤泥質(zhì)土，主要采取如下處理措施。

⑴對(duì)場(chǎng)地范圍的雜填土進(jìn)行施工勘察，并進(jìn)行試成樁，檢驗(yàn)場(chǎng)地樁基施工的可行性。

⑵建筑垃圾、石塊等粒徑小于50 cm，灌注樁施工時(shí)進(jìn)行沖孔擠壓，三軸攪拌樁適當(dāng)偏移施工。

⑶局部建筑垃圾、石塊等粒徑大于50 cm 區(qū)域，灌注樁和三軸攪拌樁采用沖孔換填施工，部分塊石大于1 m的區(qū)域，結(jié)合高壓旋噴樁止水。

圖2 支護(hù)剖面示意圖Fig.2 The Section of Supporting Structure

圖3 第1道支撐平面布置Fig.3 The First Layer of Support Structure Plan

⑷深厚淤泥或淤泥質(zhì)土，根據(jù)溫州當(dāng)?shù)仡?lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算分析，插入比控制在1∶2.0 左右，穩(wěn)定性和變形滿(mǎn)足規(guī)范要求［7，8］。

3 計(jì)算及監(jiān)測(cè)分析

3.1 計(jì)算分析

借助有限元軟件建立二維模型，模型的寬度和高度分別為120 m 和60 m，均大于3H，可不考慮邊界效應(yīng)對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，模型側(cè)邊和底部設(shè)置約束（見(jiàn)圖4）。采用土體和加固體采用硬化模型（HS 模型），樁、結(jié)構(gòu)均采用板單元彈性構(gòu)件模擬，支撐采用錨定桿模擬，支撐間距10.0 m，有效長(zhǎng)度15.0 m。結(jié)構(gòu)與土體之間的接觸面強(qiáng)度按85%折減［9，10］。

圖4 計(jì)算模型Fig.4 Calculation Model

3.2 計(jì)算結(jié)果

計(jì)算結(jié)果表明，基坑開(kāi)挖至坑底時(shí)變形最大，且變形最大點(diǎn)出現(xiàn)在基坑底部位置，最大水平位移38.50 mm；基坑豎向位移主要為坑底隆起，坑底豎向位移最大約為46.85 mm；橋梁板最大水平位移17.92 mm，最大豎向位移約為16.83 mm，說(shuō)明基坑開(kāi)挖對(duì)景觀(guān)橋的影響在可控范圍內(nèi)。水平變形云圖如圖5所示。

圖5 水平變形云圖Fig.5 Shadings of the Horizontal Displacement

3.3 實(shí)測(cè)結(jié)果及分析

信息化施工可實(shí)時(shí)反饋基坑和對(duì)周邊環(huán)境的影響情況，對(duì)指導(dǎo)施工具有重要意義。沿基坑和保護(hù)對(duì)象周邊布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行全過(guò)程的信息化施工，得到基坑施工過(guò)程中的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

對(duì)一般區(qū)域和鄰近景觀(guān)橋區(qū)域分別進(jìn)行研究，將圍護(hù)樁測(cè)斜（CX）和土體測(cè)斜（TC）實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與同濟(jì)啟明星（FRWS）理論計(jì)算結(jié)果、PLAXIS 數(shù)值計(jì)算結(jié)果對(duì)比，結(jié)果如圖6所示。

對(duì)比結(jié)果顯示，一般區(qū)域最大位移均出現(xiàn)在坑底附近，數(shù)值計(jì)算最大位移54.17 mm，大于FRWS 計(jì)算結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果。鄰近橋梁區(qū)域?qū)崪y(cè)結(jié)果略小于理論和數(shù)值計(jì)算結(jié)果，數(shù)值計(jì)算最大位移35.60 mm。但實(shí)測(cè)結(jié)果最大位移出現(xiàn)在8 m 深度處，土體深層水平位移呈現(xiàn)雙峰結(jié)構(gòu)，第二峰接近坑底位置，F(xiàn)RWS最大位移點(diǎn)介于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和Plaxis 計(jì)算結(jié)果中間，推測(cè)可能是因?yàn)榫坝^(guān)橋梁距離基坑較近，橋梁結(jié)構(gòu)剛度較大，故而造成實(shí)測(cè)結(jié)果與理論和數(shù)值計(jì)算的偏差。

圖6 計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比Fig.6 Comparison of Calculation Results and Measured Data

坑底以下實(shí)測(cè)結(jié)果迅速收斂，在25 m深度附近位移基本為0；FWRS 計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)趨勢(shì)基本一致，在30 m 深度附近位移小于5 mm；PLAXIS 計(jì)算結(jié)果在坑底以下位移略有收斂，但趨勢(shì)不明顯?？赡芤?yàn)榭拥滓韵碌蘑?層淤泥、②5層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和③1層淤泥質(zhì)粘土的實(shí)際側(cè)向約束效果相對(duì)較好。

4 結(jié)論

本文依托具體工程案例，對(duì)溫州地區(qū)深厚填土軟土深基坑進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析，計(jì)算分析結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)基本吻合，目前該工程大面積區(qū)域底板已施工完成，局部第二道支撐已拆除，基坑狀況良好，變形在規(guī)范要求范圍內(nèi)。本工程的順利實(shí)施，總結(jié)如下結(jié)論，可為本工程后續(xù)區(qū)段或類(lèi)似工程提供借鑒和參考。

⑴計(jì)算結(jié)果和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)基本吻合，變形在可控范圍內(nèi)，說(shuō)明本工程采用鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁止水帷幕+鋼筋混凝土支撐+三軸攪拌樁坑內(nèi)加固方案安全可行；填土和軟土層抗剪強(qiáng)度指標(biāo)按0.9折減，插入比控制在1∶2.0左右可滿(mǎn)足基坑安全和經(jīng)濟(jì)性要求。

⑵深厚填土粒徑較大的區(qū)域，可采用沖孔換填施工灌注樁和高壓旋噴樁分別作為圍護(hù)樁和止水帷幕具有可行性。

⑶鄰近保護(hù)對(duì)象區(qū)域通過(guò)加大樁徑，調(diào)整支撐布置為對(duì)撐，設(shè)置裙邊加固，圍護(hù)樁深層水平位移可控制在35.8 mm，景觀(guān)橋的變形也均在20 mm內(nèi)。

⑷坑底軟弱土層對(duì)圍護(hù)樁的實(shí)際側(cè)向約束效果較理論和數(shù)值計(jì)算好。