软土地区深基坑支护设计实例分析

软土地区深基坑支护设计实例分析杭州市勘测设计研究院边俊波浙江省综合勘察研究院李根华【摘要】通过对软土地区某深基坑支护工程的实例分析，揭示了在软土地区进行深基坑支护设计的特点及难点，分析了围护桩、桩间挡土方式及对周边环境的影响程度，为今后类似深基坑工程设计提供了依据并积累了经验。0引言目前由于土地资源趋紧，高层建筑不断涌现，城市土地利用对提高容积率的需要以及建筑结构及功能上的要求，地下工程已由过去的一层发展到二层或三层，开挖深度也相应增加。目前在软土地区深基坑支护方法较多，但问题也不小。本文通过某深基坑支护设计实例分析，揭示了在软土地区进行深基坑支护设计的特点及难点，并提出了设计、施工防止措施。1设计基坑的基本情况1.1工程概况本工程位于瑞安市安阳新区，基坑平面尺寸为75m×140m，地下室占地面积近9000m２，工程由A、B、C座三幢单体组成，其中B、C座设二层地下室，地下一层楼面标高-3.85m、地下二层楼面标高分别为-7.65m和-8.40m，基坑开挖深度7.70m～9.05m，电梯井局部开挖达11.20m；A座设一层地下室，基坑开挖深度3.85m～5.35m。工程桩采用700mm～800mm钻孔灌注桩，基坑周边采用上翻地梁，所有承台均下翻。本次设计对象为B、C座地下室基坑。1.2场地土构成与特征根据岩土勘察报告，基坑开挖及影响范围内的地层分布如下：①-1杂填土：灰、黄灰色，稍湿，松散状。成分为碎石、砾砂及粘性土，夹杂生活及建筑垃圾，土质不均匀。层厚0.5m～1.3m。①-2粘土：褐灰、灰黄色，可塑～软塑状，中高压缩性。含少量铁锰质氧化斑点或结核。层厚0.5m～2.2m。②-1淤泥：灰、青灰色，流塑状，高压缩性，水平微层状构造。局部含少量粉细砂、贝壳细碎片及半炭化植物残屑。全场分布，层厚比较平均，达12m左右。该层土含水量高达58.8%。②-2淤泥：灰、青灰色，流塑状，高压缩性，水平微层状构造。局部含少量贝壳细碎片及半炭化植物残屑。全场分布，厚度达13m左右。该层土含水量高达65.7%。③淤泥质粘土，灰色，软塑状（局部可塑状），高压缩性，水平微层状或鳞片状构造。局部含少量粉细砂，偶见贝壳细碎片及半炭化植物残屑。全场分布，厚度为9.2～17.1m。各土层主要岩土工程特性指标见表1。表1各土层主要岩土工程特性指标层号岩土名称γ(kN/m3)c(kPa)φ(°)①-1杂填土18.08.010.0①-2粘土18.516.012.0②-1淤泥16.58.06.8②-2淤泥16.07.06.5③淤泥质粘土18.21010注：c、φ值为固结快剪指标本场地地下水主要为上部浅层粘性土中的孔隙潜水和下部埋藏较深的圆砾层中的微承压水。上部浅层粘性土中的孔隙潜水主要接受大气降水和员当桥河水的补给，且具季节相关性，该层属弱透水层，渗透系数一般在10-6～10-8cm/s数量级之间。下部圆砾层埋藏比较深，在地面下69米左右，属微承压水层，对本工程基坑开挖没有影响。场地内地下水对混凝土具弱腐蚀性，属分解类腐蚀；对氧能自由溶入地下水的钢结构和干湿交替环境下的钢筋混凝土结构中的钢筋具有中等腐蚀性。1.3基坑周边环境条件基坑东侧为火车站南路，已建成通车，人行道距离基坑最近处仅有2.4m，道路靠基坑侧人行道上分布有电力管线、通讯管线；北侧为规划道路，基坑距离该侧道路红线仅为4.5m；东南角为已施工的安阳广场，为该市重点工程，已建造完毕，其主体结构距离基坑18米左右，广场道路外边线距离基坑只有6～7m，道路铺设的均为花岗石，广场主体结构与道路内边线间为斜坡绿化带，绿化带填土最大高度达3.0m；基坑西侧为A座地下室基坑，与本基坑相连。场地北侧距离基坑60～75m为员当桥河（内河）。基坑周边环境情况详见附图1。附图1附图22基坑支护方法选择2.1基坑特点(1)本工程B、C座楼有两层地下室，基坑开挖深度比较大，车库部分板底的挖深为7.7m，B、C座承台比较密集，到承台底的开挖深度为8.3m，电梯井局部挖深达11m；A座楼开挖深度较浅，到板底浅区开挖深度为3.85m，深区开挖深度为4.75m；(2)场地周边空间比较紧张，离周边道路红线比较近，基坑东面的车站南路上的管线也比较多，南面为安阳广场；(3)场地地质条件差，淤泥层巨厚且含水量极高，蠕变性强，地基承载力极低；(4)基坑形状复杂、平面尺寸大，施工工期长，基坑暴露时间比较长；2.2基坑支护方案比较分析(1)土钉墙方案本工程场地比较小，不具备放坡条件和卸土条件，基坑开挖深度范围内全部为淤泥土层，土钉抗拔力低，效果很差。且本场地周边环境比较复杂，周边道路管线及建筑对地面沉降非常敏感。本方案可靠性差。(2)地下连续墙方案该方案施工技术要求较高，造价也高，为确保地下室外墙不渗水，常设衬墙，这样即增加了费用，同时也减小了地下室的空间。本方案经济性差。(3)排桩加一道内支撑方案如果支撑设在地下一层楼面以下，当支撑拆除后，围护桩的悬臂高度很大，对围护桩的受力不利，位移难以控制。如果支撑设在地下一层楼面以上，经过试算，桩身弯矩和支撑轴力均很大，造成钻孔桩及支撑成本偏高。另外，采用一道支撑时，由于坑底土性质差，为保证支护体系本身的稳定性，围护桩的插入深度大，同时为了控制坑底的土体位移，被动区土体还需进行大量的加固。本方案安全性和经济性差。(4)排桩加二道内支撑方案采用钻孔桩加内支撑的方案是比较经济合理的。该方案属传统的基坑围护方式，技术成熟，施工质量容易保证。通过对支撑在竖向和平面内的合理布置，可使土体变形得到有效控制，同时桩身弯矩又比较小，从而达到安全性和经济性的最佳平衡。本工程采用该围护体系，桩间挡土采用专家提议的喷射砼方法。3基坑支护设计3.1基坑支护分区一般情况支护结构应根据基坑开挖深度、土层条件、基坑周边环境情况进行分区计算。本工程场地土层条件基本上比较平均，周边地梁均采用上翻形式、承台下翻，基坑开挖深度分别计算至板底和承台底：对周边承台较小(主要为单桩承台)且分布稀疏处取至板底标高，对承台尺寸较大且分布较密集处取至承台底标高。本工程分三个计算分区：开挖深度分别为7.70m、8.30m、9.05m。3.2支护结构设计挡土体系：分区一，开挖深度7.70m，采用700直径钻孔灌注桩，桩间距900，桩长22.4m；分区二，开挖深度8.30m，采用800直径钻孔灌注桩，桩间距1000，桩长24.0m；分区三，开挖深度9.05m，采用800直径钻孔灌注桩，桩间距1000，桩长26.0m；桩净距200mm，桩间喷射砼防止挤土。桩身混凝土强度为C25。坑内高低差：电梯井均位于基坑中间布置，其大承台尺寸为5.8m×8.8m，承台底与周边底板底按60度设计，其高差为3.25m。围护方案采用钢板桩结合小角撑和对撑支护处理。支撑体系：设二道砼内支撑，第一道支撑面标高-1.65m、第二道支撑面标高-6.35m。所有支撑结构均采用C30现浇砼，冠梁截面为1000×700，腰梁截面为1100×800，支撑截面尺寸分900×900、800×800、600×600三种。支撑体系平面布置见附图2。支撑竖向布置：支撑竖向布置时应有效控制土体变形（包括浅层的和深层的位移），同时桩身弯矩又要比较合理，另外两道支撑间的间距要保证挖土机械和运输车辆可以直接下坑作业，各层楼板施工的方便性以及换撑的处理。本工程共设48根支撑立柱桩，其中利用工程桩作立柱桩的有16根。立柱桩采用钻孔灌注桩，坑底以上的部分采用“口”字形格构钢柱，钢构柱插入钻孔桩中2.0m，立柱桩施工前应将钢构柱与钢筋笼焊接后一起置入。钢构柱上应设置止水钢片，止水钢片应在基坑开挖至坑底后、浇注底板前于底板中部焊上。施工顺序：由于本基坑西侧即为A座地下室基坑，开挖深度在3.85m～4.75m之间，由于A座地下室基坑采用土钉墙施工，如果两者的施工顺序安排不合理，将会对本基坑支撑体系造成很大影响。设计要求A座地下室基坑在本基坑施工至地下一层楼板并且换撑完成后开挖土方。3.3基坑监测设计由于地下工程有许多不可抗拒和难以预测的因素，可能使围护结构失稳，甚至造成基坑坍塌。通过监测，可以及时掌握基坑变形、围护结构受力状况及相关因素，掌握基坑开挖对周边环境影响程度，对施工控制和指导施工起重要的作用。所以，基坑围护监测必不可少。本工程布置的主要监测项目有：土体深层位移监测、水位观测、支撑轴力监测、围护桩及支撑立柱桩沉降观测和周边环境沉降观测等项目。见附图2。3.4基坑降(止)水系统设计本工程场地在基坑开挖深度范围内及坑底相当深度范围内均为不透水层，故不需进行专门降水设计，只需进行简单的排水即可。本工程在基坑顶部周边设置贯通的地面排水沟，排水沟每隔40m设一集水井，所有场地内地面雨水、施工废水经排水沟、集水井至少一级沉淀后方可排入市政管网中。施工过程中，在基坑内视实际情况设置临时的排水沟和集水坑，临时排水沟和集水坑应在离开围护桩边至少4.0m以外设置。3.5基坑支护施工效果分析位移监测值偏大地下室施工至±0.000时位移监测在57.2mm～122.59mm，平均75.66mm，超出设计控制位移值较多。其中最大位移122.59mm发生在CX6号孔处，该孔位置在挖土过程中出现过桩间流土现象，当日日位移超过50mm，造成测斜孔破坏，后在附近补打一只测斜孔，位移值进行累计。根据位移监测曲线来看，所有测孔最大位移均发生在基底以下2.0m～基底以上0.5m之间的位置，与设计情况基本相符。桩间流土、土体蠕变变形及第二道支撑施工时间较长是造成位移值偏大的主要原因。第一道支撑轴力设计最大值为3896kN，位于编号ZL-1的对撑杆件上，发生在第二道支撑拆除后的工况，实际监测最大值为3500kN，轴力值的大小、产生的工况同设计情况比较接近；第二道支撑轴力设计最大值为8250kN，实际监测最大值为5050kN，比设计值小近40%，究其原因，可能是第二道支撑施工时间过长，土体应力释放较完全而导致实际轴力比设计值小很多，从围护桩外侧土体位移监测就可说明这一点。桩间流土基坑开挖期间，由于挖土与桩间喷射砼配合不合理，基坑边共有6～7处发生桩间流土现象。基坑北侧的寺庙无法拆除，土建设计单位将地下室进行了调整，围护边线在该处形成了一只内阳角。在挖土至第二道支撑标高以下土方时，该处出现了较大的桩间土流失，场立即采取了应急措施：坑内回填土方，坑外设置警戒区，土体稳定后用钢板焊接在凿出的围护桩主筋上进行封堵，挖至基底标高后，该区域首先铺设垫层封底。施工结束后，基坑周边的地面沉降在24mm～54mm之间，广场主体与附近绿化带交界处出现了较大的竖向裂缝，最大裂缝宽度有50mm左右，距离基坑边20m左右。广场主体结构为桩基础，绿化带为回填的斜坡，填土高度大概有3.0m，从主体结构坡向地面道路。根据沉降观测发现，广场主体结构沉降仅有2～3mm，广场路面沉降在10～20mm之间，最大沉降发生在绿化带上，达54mm。分析其原因，估计是由于桩间土体流失、土体蠕变变形及回填土自身固结沉降引起。4结论(1)淤泥土蠕变性强，基坑工程设计时应引起足够的重视，采用排桩支护时桩间应采取有效的措施防止桩间土体流失。对于二层地下室，排桩支护时采用桩间喷射砼防挤土效果不明显，建议采用水泥搅拌桩进行嵌桩或在围护桩外侧单独设置防止桩间挤土的措施。(2)基坑边线设计时应尽是避免出现内阳角，特别是在软土深基坑中，阳角处易形成应力集中，成为围护体系中的薄弱环节。(3)软土基坑施工时，应合理组织安排挖土，支撑形成的时间要求比较迅速，特别是采用二道支撑时，第二道支撑的形成要快。(4)围护桩以受水平力为主，只要其桩长能满足整体稳定性、抗倾覆和坑底土抗隆起稳定，即使桩端位于性质极差的淤泥土层上，围护桩的沉降量也很小。(5)当多个基坑工程同时施工时，要根据每个基坑的支护特点安排合理的施工顺序。参考文献1．浙江省标准《建筑基坑工程技术规程》(DB33/T1008-2000)2．中华人民共和国行业标准《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)【摘要】通过对软土地区某深基坑支护工程的实例分析，揭示了在软土地区