基底分布軟弱土夾層深基坑支護方案

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摘要：深基坑工程中，基底分布有軟弱土夾層將對基坑支護方案制定產生較大影響。依托東莞某深基坑工程，探討如何通過對包括周邊環境、基坑深度、基底分布有軟弱土夾層等設計條件的分析和使用，分步驟確定一個“安全可靠、經濟合理、保護環境”的深基坑支護方案，為行業設計提供案例實踐經驗。

關鍵詞：軟弱土夾層；深基坑；基坑支護；基坑工程；支護方案

由《建筑基坑支護技術規程：JGJ120—2012》［1］、《建筑基坑支護技術規程：廣東省標準DBJ/T15-20—2016》［2］可知，基坑工程支護結構選型時，應綜合考慮下列因素：①基坑深度；②土的性狀及地下水條件；③基坑周邊環境對基坑變形的承受能力及支護結構失效的后果；④主體地下結構和基礎形式及其施工方法、基坑平面尺寸及形狀；⑤支護結構施工工藝的可行性；⑥施工場地條件及施工季節；⑦經濟指標、環保性能和施工工期。由上述7大條件可知，若遇到復雜的條件，要制定出一個安全可靠、經濟合理的基坑支護設計方案并不容易，不同的深基坑工程，因為設計條件的差異，制定出的方案也差別較大［3-5］。本文依托東莞某深基坑支護工程，通過對項目地質條件、周邊環境、基坑深度等設計條件進行深入分析，結合技術、經濟、工期等因素，討論基底分布有軟弱土夾層時，如何分步驟制定出一個“安全可靠、經濟合理、保護環境”的基坑支護方案。

1項目概況

東莞某深基坑工程東側為村莊，南、西、北三側均為市政道路，項目設2層地下室，占地面積約57500m2，周長1020m，基坑開挖深度4.6~11.1m。本項目具有以下特點：⑴場地由上至下巖土層分布為：素填土〈1〉、淤泥質土〈2-1〉、黏土〈2-2〉、細砂〈2-3〉、含砂粉質粘土〈3〉、砂質粘性土〈4〉，基巖為風化的花崗巖；⑵基坑開挖影響范圍存在細砂層，透水性較好，為場地的主要含水層，屬于潛水；⑶部分區段基坑土方開挖范圍主要分布素填土及淤泥質土層，工程性質較差；⑷項目主體結構基樁采用預應力高強混凝土管樁（PHC500-125-AB）；⑸基坑開挖深度較大，工期緊、任務重，建設單位對成本控制十分嚴格。本次討論的對象是項目南側長度約180m的基坑支護，如圖1所示（討論區段）。

2主要支護設計條件

2.1周邊環境條件

討論區段東側為村莊，南側臨近項目部臨時活動板房，西側為市政道路。地下室外邊線距用地紅線最近處約14.9m，紅線距離市政路4.5m，項目經理部用地范圍距離地下室邊線約15.0m。

2.2地質條件

根據詳勘報告，研究區段場地區域由上至下巖土層分布為：素填土、淤泥質土、細砂、基巖為風化的花崗巖，細砂層為透水層，其它巖土層為弱透水層，巖土層物理力學參數如表1所示。

2.3基坑深度

基坑深度為8.40m。

2.4其它條件

市政道路與基坑間分布有排水及電力管線（路燈）。

3基坑支護設計方案制定及討論

3.1方案制定總體思路

根據項目設計條件，坑外具備一定的放坡空間，需要關注的重點是放坡過程中，要保證各開挖工況下邊坡的臨時穩定，重難點是基底附近分布的軟土層。從項目實際出發，按照安全可靠、經濟合理的設計原則，初定“放坡+垂直支護”設計思路。

3.2放坡方案制定與討論

3.2.1初定放坡高度和坡率地下室外邊線距離用地紅線最近為14.9m，基坑開挖深度為8.4m，地面首層土為約6.3m厚的填土。根據工程經驗，討論區段宜盡量放坡，既保證了放坡工況下邊坡的穩定，又可減小下部支護結構的水平荷載。淤泥質土層不宜采用放坡方案，故放坡深度初定為5.0m，坡率初定為1∶1.5。初定方案詳如圖2⒜所示。3.2.2邊坡整體穩定性驗算根據場地設計條件，放坡部分安全等級按三級考慮，臨時邊坡穩定安全系數不小于1.15［6］。經核算，放坡方案中的第二級放坡的邊坡整體穩定安全系數不能滿足文獻［6］要求，故需對初定方案進行調整。3.2.3放坡方案修正根據場地設計條件，對直接放坡方案進行修正的方法是在二級放坡坡面增加土釘，修正后方案如圖2⒝所示。修正后方案按土釘墻方案進行驗算，邊坡安全等級取三級，整體穩定安全系數取1.25［6］。經核算，放坡土釘墻支護各項設計驗算能滿足文獻［6］要求。

3.3垂直支護方案制定與討論

討論區段基坑開挖深度為8.4m，放坡坡腳以下需再開挖3.4m，且本工況下開挖土層為填土層和淤泥質土層，基底為淤泥質土層。根據本項目設計條件，垂直支護方案中樁型可選擇鉆孔灌注樁和預應力管樁［7］，兩種樁的優缺點對比分析如表2所示。預應力管樁的抗彎較其抗壓（拔）性能要弱較多，經驗算，懸臂式方案其抗彎性能不能滿足要求，需要增加外拉錨，同時也需要用外拉錨控制支護結構的水平位移。參考《預應力混凝土管樁技術標準：JGJ/T406-2017》［8］，以常用的PHC500-125樁為例，其樁身抗彎力學性能如表3所示。根據表2對比分析，由于垂直開挖深度僅有3.4m，又因本項目工程樁采用預應力管樁，且工程樁與支護結構、土方開挖為同一單位完成，地下室承臺及后續土建施工為另一單位完成，在工期比較緊張的情況下，考慮到不同單位的交叉作業制約，綜合考慮，擋土結構采用與工程樁一致的預應力管樁，型號為PHC500-125-AB，樁間距根據設計驗算確定。

3.4樁間擋土止水方案制定

由圖3可知，場地首層填土以下依次為2.7m厚的淤泥質土軟土層、2.6m厚的細砂強透水層，需要做好樁間截水和擋土，根據工程經驗，選定比較經濟的水泥土攪拌樁，詳細設計參數可參考《建筑地基處理技術規范：JGJ79—2012》［9］、《建筑地基處理技術規范：廣東省標準DBJ/T15-38—2019》［10］執行。

3.5詳細支護設計方案

依據3.1~3.3節分析和驗算，最終確定了“放坡+土釘+預應力管樁+錨索”這一綜合方案，支護平面及剖面如圖3所示。垂直支護主要設計參數如下：⑴水泥土攪拌樁：攪拌樁，有效樁長8.0m；⑵預應力管樁：PHC500-AB-125，有效樁長8.7m；⑶1道預應力錨索：2根1×7f15.2mm，長度18.0m，其中自由段6.0m。經驗算，支護剖面的各項穩定性驗算滿足文獻［6］要求，支護樁的內力及錨索的受力滿足要求。

3.6支護方案

實施實景“放坡+土釘+預應力管樁+錨索”支護方案在工程實踐中取得良好的效果，支護方案實施實景如圖4所示。

4支護設計方案主要控制要點總結

⑴場地首層為6.26m厚的填土層，采用放坡方案，放坡高度5.0m，1∶1.5兩級放坡，放坡平臺取2.5m，第二級放坡增加土釘以確保邊坡的整體穩定；⑵垂直開挖深度3.4m范圍主要為填土和淤泥質土，采用PHC500-AB-125、中心間距1.0m的管樁，樁頂設1道預應力錨索（2根1×7f15.2mm），間距1.5m；⑶管樁冠梁設置于淤泥質土層上部力學性質相對較好土層，保證冠梁施工時邊坡的臨時穩定；⑷流塑性的淤泥質土易從樁間擠出、強透水性的細砂易形成流水流砂，在管樁后側應設置1排水泥土攪拌樁；⑸支護結構管樁與工程管樁采用相同規格，因地制宜，經濟合理，縮短了工期，節省了造價。

5結語

本文討論區段基坑支護設計方案主要特色體現在以下幾個方面：⑴在場地存在填土、淤泥質土、砂層等不利地質條件下，基坑采用了“放坡+土釘+預應力管樁+錨索”綜合支護方案，設計方案安全可靠，經濟合理。⑵因地制宜地成功將預應力管樁作為支護的水平向受力構件應用在基坑開挖范圍存在較厚軟土夾層的深基坑支護設計中，縮短了工期，節省了造價，安全可靠，經濟合理，成效顯著。⑶與灌注樁相比較，采用成品管樁可大大減少了對環境的污染，且綜合兼顧經濟性與安全性，節約社會資源，踐行綠色設計理念。

參考文獻

［1］建筑基坑支護技術規程：JGJ120—2012［S］.北京：中國建筑工業出版社，2012.

［2］建筑基坑工程技術規程：廣東省標準DBJ/T15-20—2016［S］．北京：中國城市出版社，2017.

［3］李凌峰，劉煥存，魏海濤.緊鄰建筑物某深基坑支護設計與評價［J］．巖土工程技術，2019，33（3）：154-157+172.

［4］張萌萌.復雜環境條件下的深基坑支護設計與分析［J］．廣東土木與建筑，2019，26（5）：48-51.

［5］林華國，魏國靈.復雜環境條件下基坑的設計與施工［J］．廣東土木與建筑，2019，26（4）：6-9.

［6］建筑邊坡工程技術規范：GB50330—2013［S］．北京：中國建筑工業出版社，2013.

［7］湯小平.軟土場地預應力管樁支護結構設計與施工［J］.淮海工學院學報（自然科學版），2010，19（4）：52-55.

［8］預應力混凝土管樁技術標準：JGJ/T406—2017［S］．北京：中國建筑工業出版社，2017.

［9］建筑地基處理技術規范：JGJ79—2012［S］．北京：中國建筑工業出版社，2012.

［10］建筑地基處理技術規范：廣東省標準DBJ/T15-38—2019［S］．北京：中國城市出版社，2019.

作者：方孝明 王維成 單位：廣東省基礎工程集團有限公司