權(quán) 威 朱浦棟

（中南勘察基礎工程有限公司，湖北武漢 430080）

0 引言

我國城市地下空間開發(fā)的規(guī)模逐漸加大，城市深基坑工程日益增多。對于含深厚淤泥的基坑工程，開挖過程中支護結(jié)構(gòu)變形較大是基坑支護關注的首要問題，研究表明[1-4]，對于含深厚軟土的基坑，對基坑被動區(qū)加固能顯著改善支護結(jié)構(gòu)的受力及變形，而攪拌樁作為主要方法之一[5-6]，在基坑工程中得到了普遍應用。

眾多學者對被動區(qū)加固的變形控制效果進行了分析，馬海龍等[7]、秦愛芳等[8]、屈若楓等[9]研究了被動區(qū)深度和寬度對支護體系受力與變形的作用，且給出了合理的建議值；侯新宇等[10]總結(jié)了加固體對超大深基坑的作用，最終顯示，攪拌樁加固能減小27%的支護結(jié)構(gòu)變形，且能明顯抑制坑底隆起；鄭俊杰等[11]、熊春寶等[12]針對不同的被動區(qū)形式進行了研究，得到了不同加固方式的加固效果并給出工程意見。但多數(shù)研究重點關注加固深度和寬度以及加固方式帶來的影響，未綜合考慮加固體寬度與基坑尺寸存在明顯空間效應時被動區(qū)加固體的效果。

以武漢白沙洲長江大橋西側(cè)老關村K3 地塊基坑工程為例，基于二維數(shù)值模擬，介紹攪拌樁加固體作為“暗撐”結(jié)構(gòu)在基坑工程中的應用。不同于常規(guī)被動區(qū)加固結(jié)構(gòu)作用長度有限，大型狹長型基坑的攪拌樁直接從基坑支護樁的一側(cè)通向基坑的另一側(cè)支護樁，形成基底以下具有一定強度的連續(xù)水泥土墻，提高了支護結(jié)構(gòu)的被動區(qū)抗力，類似一道看不見的支撐。實踐證明，該方法可以彌補深厚軟土基坑土方挖運困難、支撐結(jié)構(gòu)層數(shù)過多、被動區(qū)抗力過小等不足，充分發(fā)揮攪拌樁加固的優(yōu)點，豐富了長江Ⅰ級階地上的基坑支護方法，具有一定借鑒意義。

1 基坑工程概況及特點

1.1 工程概況

老關村K3 地塊位于武漢市漢陽區(qū)長江路老關村，項目含2 棟34～40 層辦公樓，5 棟45～55 層住宅樓、3 層裙房及整體2 層地下室?；A形式為樁筏板基礎，持力層落于中等風化巖。

基坑開挖面積約45600 m2，周長約1300 m，東西向?qū)挾?44 m，南北向長度572 m。主體結(jié)構(gòu)±0.000=+26.650 m，基坑分為機械車位區(qū)域和普通車位區(qū)域，機械車位區(qū)域基坑普挖標高-12.750 m，電梯坑中坑標高-15.150～-18.950 m；普通車位區(qū)域基坑普挖標高-10.150 m，電梯坑中坑標高-12.550 m。場地東南角地勢高，整個場地整平標高+23.500～+25.500 m。基坑深度7.00～11.60 m，基坑安全性等級為一級?；又苓叚h(huán)境圖及監(jiān)測點平面布置圖見圖1。

圖1 基坑周邊環(huán)境及監(jiān)測點平面布置圖

1.2 工程特點

（1）基坑大

基坑開挖面積45600 m2，周長約1300 m，深度7.00～11.60 m，屬深大基坑。

（2）基坑周邊環(huán)境緊張

基坑西側(cè)臨楊泗港貨運鐵路專線，本項目剪力墻與鐵軌最近處3.7 m；東側(cè)臨長江80 m 堤防保護線，南側(cè)臨天然基礎磚混民房，鐵路及磚混民房對于基坑引起的地面沉降較為敏感。

（3）深厚軟弱土層

項目地處長江左岸Ⅰ級階地，支護坑壁范圍內(nèi)存在平均厚度約14 m 的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，深厚軟土孔隙比大，含水量高，靈敏度高，抗剪強度低，工程性質(zhì)差。

（4）施工工期緊，施工組織考驗大

項目位于長江防洪控制區(qū)，緊貼堤防保護線，基坑施工與開挖需考慮長江豐水期停工對整體工期安排的影響。

（5）土方挖運量大，挖運困難

因基坑面積大，深度深，坑底土質(zhì)軟弱，土方外運工程量大，且基坑整體為狹長型，不便于設置下坑坡道，從而造成土方挖運困難。

2 場區(qū)環(huán)境地質(zhì)條件

場地地貌單元為長江左岸Ⅰ級階地。各土層的參數(shù)見表1 及典型土層剖面見圖2。

表1 土層物理力學參數(shù)表

圖2 典型地質(zhì)剖面圖

根據(jù)埋藏條件、地下水動力特征，地下水類型主要分三類：上層滯水、孔隙承壓水、基巖裂隙水。

上層滯水無統(tǒng)一自由水面，水量不大；孔隙承壓水主要賦存于中部的互層及圓礫層中，富水性較強，接受地下徑流側(cè)向補給，與長江水有一定的水力聯(lián)系，該承壓水的水頭高程約為地面下3 m。基巖裂隙水賦存于下部粉砂質(zhì)泥巖的裂隙中，按其埋藏條件屬弱承壓水，對基坑開挖影響較小。

3 支護結(jié)構(gòu)設計

3.1 基坑支護方案

本基坑周邊環(huán)境條件及工程地質(zhì)條件復雜，基坑設計方案的關注點在于對西側(cè)楊泗港鐵路的保護，以及長江豐水期時政策要求停工對于整體項目工期的影響。

根據(jù)《普速鐵路線路修理規(guī)則》，線路軌道靜態(tài)幾何不平順容許偏差管理值（V≤80 km/h“計劃維修”）中軌距、水平、高低容許變化值在6 mm 以內(nèi)。鑒于此種情況，基坑支護總體方案可考慮明挖順做（鉆孔灌注樁+一道混凝土內(nèi)支撐+被動區(qū)加固支護體系）。同時基坑根據(jù)建設方的整個施工規(guī)劃安排分成兩期施工，一期為南側(cè)的23#-27#住宅樓，二期為北側(cè)的21#-22#商業(yè)樓?；訃o平面圖及各區(qū)段灌注樁設置情況見圖3 和表2。

表2 不同區(qū)段開挖深度與支護樁型號統(tǒng)計表

圖3 基坑支護平面圖

3.2 攪拌樁加固體“暗撐”的設計

根據(jù)湖北省地標《建筑地基基礎技術規(guī)范》（DB 42-242-2014）中第10.1.1.12 條要求：“采用灌注樁的高度超過50 m 的高層建筑，當承臺下存在厚度大于2 m 的淤泥或fak＜60 kPa 飽和軟土時，應對承臺下和承臺間軟土進行加固或換填處理。承臺間和承臺下可采用攪拌樁格構(gòu)式加固，承臺下處理深度不用小于2 m，加固范圍為承臺周邊外不少于1 m”。本項目主樓筏板底需進行攪拌樁加固處理，結(jié)合基坑空間形狀呈狹長型的特殊性，被動區(qū)加固與主樓加固近乎相連。出于對軟土基坑開挖的安全性把控以及項目工期的嚴格要求，通過再次增設加固體，被動區(qū)加固協(xié)同主樓筏板加固、坑中坑高差加固等共同形成以主樓為核心，基坑東西向連通的地下加固“暗撐”受力體系，在增加被動區(qū)抗力的同時，有效降低支護結(jié)構(gòu)變形，減小樁徑，降低配筋率，形成上部混凝土支撐+下部攪拌樁“暗撐”的聯(lián)合支撐體系。攪拌樁采用粉噴樁支護，樁徑500 mm@400 mm×400 mm，實樁部分水泥摻入量15%，空孔部分水泥摻入量7%。見圖4-圖6。

圖4 基坑加固體平面圖

圖5 普通區(qū)域基坑典型剖面圖（單位：mm）

圖6 加固體暗撐區(qū)域典型剖面圖（單位：mm）

4 有限元計算分析

4.1 有限元模型

采用MIDAS GTS 軟件建立了不同樁徑（D=0.8～1.7 m）下不采用“暗撐”和采用“暗撐”的有限元模型，對“暗撐”的加固效果進行分析。所選剖面為臨近鐵路，變形監(jiān)測最大的區(qū)域，即圖1 中監(jiān)測點CX25 所對應的位置。

不同分析工況下有限元模型如圖7 所示，土體采用修正莫爾-庫侖模型，支護結(jié)構(gòu)采用理想彈塑性本構(gòu)模型[13-15]。土層及支護結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。

圖7 有限元模型

4.2 有限元對比計算結(jié)果分析

不加固（坑底不做處理）時的支護樁水平方向變形及受力如圖8 所示，被動區(qū)加固時支護樁水平方向變形及受力如圖9 所示，施加“暗撐”時支護樁水平方向變形及受力如圖10 所示，不同工況下支護樁最大水平位移及最大彎矩對比如圖11 和12 所示。

圖8 坑底未加固時支護樁的水平位移及彎矩圖（D=1.1 m）

圖9 被動區(qū)加固時支護樁的水平位移及彎矩圖（D=1.1 m）

圖10 暗撐加固時支護樁的水平位移及彎矩圖（D=1.1 m）

圖11 支護結(jié)構(gòu)最大水平位移

由圖8-圖12 可以看出：基坑坑底被動區(qū)施加 “暗撐”相比于被動區(qū)加固，相比不施加“暗撐”，可以有效減小支護樁的水平位移和彎矩，且隨支護樁徑的變大，支護樁的水平位移逐漸減小，彎矩逐漸變大。當被動區(qū)不加固時，樁徑1.1 m 對應的最大水平位移為15.5 mm，最大彎矩為1040.8 kN·m；被動區(qū)加固時，樁徑1.1 m 對應的最大水平位移為8.57 mm，最大彎矩為609.3 kN·m；施加“暗撐”時，樁徑1.1 m 對應的最大水平位移為5.24 mm，最大彎矩為534.8 kN·m。在位移控制相當?shù)那闆r下，施加“暗撐”比被動區(qū)加固和不加固所需的樁徑及彎矩都要小，因此在基坑坑底施加“暗撐”可以有效減小支護樁的直徑和配筋率。

圖12 支護結(jié)構(gòu)最大彎矩

5 基坑監(jiān)測

5.1 監(jiān)測點項目及布設原則

（1）沿基坑周邊每隔20 m 設置一處水平和豎向位移監(jiān)測點，鐵路處沿基坑邊方向全長加密布置。

（2）沿基坑周邊每隔25 m，特別中部、陽角及代表性的部位設置圍護樁深層水平位移監(jiān)測點。

（3）支撐軸力監(jiān)測，布置在支撐長度的1/3 處，每種支撐截面不少于3 個。

（4）道路沉降監(jiān)測點，沿基坑邊道路每隔25 m布置一監(jiān)測點。

現(xiàn)場施工見圖13。

圖13 現(xiàn)場施工圖片

5.2 監(jiān)測結(jié)果

圖14、圖15、圖16 展示基坑開挖至設計基底標高時，鐵路處水平變形和沉降實測結(jié)果以及圍護結(jié)構(gòu)深層水平位移變形實測結(jié)果。結(jié)果表明：鐵路側(cè)沉降量最大為D25 監(jiān)測點，最大值為4.86 mm；鐵路側(cè)水平變形量為D25 監(jiān)測點，最大值為4.50 mm；支護樁深層水平位移最大為CX18 監(jiān)測點，最大為8.15 mm。由圖可知，樁撐結(jié)構(gòu)在基坑運行過程中，能夠很好地控制水平位移?；訃o結(jié)構(gòu)的水平位移趨勢與設計計算變形趨勢一致，變形曲線整體趨勢為“上下小，中部大”?；颖O(jiān)測結(jié)果均沒有達到設計提出的預警值，基坑處于安全狀態(tài)，且監(jiān)測數(shù)據(jù)均滿足相關規(guī)范要求。

圖14 鐵路水平變形值

圖15 鐵路沉降量值

圖16 支護樁樁身水平變形值

6 結(jié)論

（1）本工程結(jié)合項目特點、周邊環(huán)境保護要求、場地空間等，在整體選擇樁撐支護的前提下提出攪拌樁加固作為“暗撐”的支護措施，可有效提高軟土區(qū)域被動區(qū)抗力，減小支護樁樁徑，降低支護樁配筋率，提高支護體系抗變形能力。最終監(jiān)測顯示，基坑的整體變形效果控制較好，圍護結(jié)構(gòu)變形與鐵路變形均在規(guī)范允許規(guī)定值以內(nèi)。

（2）加固體“暗撐”的順利施工，不僅有效解決基坑開挖過程中土方車運輸問題，同時也可保證已施工工程樁的安全，降低深厚軟土區(qū)域基坑開挖的隱形風險。

（3）本工程是深厚軟土區(qū)域的深基坑支護，后續(xù)可進一步研究“暗撐”剛度以及間距等工作性狀對基坑的影響，對類似地質(zhì)、環(huán)境、工程規(guī)模條件下的基坑方案設計、施工建設等提供借鑒。