海相淤泥质土基坑支护工程方案优化及结构设计

朱防震 张太平 陈威龙 李超

摘要：近年来，随着社会及经济的不断发展，基坑工程越来越多，而沿海城市软土基坑支护成为一个系统性难题摆在我们面前。本文以连云港宝通镍业的一个基坑为研究对象。为了保证基坑周边建筑物，地下管线，道路的安全，因此需对其进行稳定性分析，并进行支护设计，使其达到稳定。本工程场地原为晒盐场，基坑周侧及基底均为较软弱的淤泥质土层，地下水位高，对基坑开挖不利。根据本工程的实际情况，设计采用钻孔灌注桩＋深层搅拌桩作为挡土止水结构。地下水控制采用止、降结合的方法，沿基坑周围设置止水帷幕，通过对基坑的支护设计以及稳定性验算，最终使该基坑达到稳定。

关键词：基坑；支护设计；钻孔灌注桩；降水处理

中图分类号:TV551.4 文献标识码：A

1 前言

在软土地区基坑工程中，如何保证基坑的稳定性、控制基坑支护的变形、减少对周围环境的影响，已经成为基坑工程设计和施工的重点[1]。软土基坑土体具有高压缩性、高含水量、高触变性、高灵敏性、低渗透性等显著特点。当软土地基受振动荷载后，易产生侧向滑动、沉降及沿基础底面向两侧挤出。由于其高流变性，场地内软土在排水固结之外，在剪应力作用下，将发生缓慢而长期的剪切变形。软土的高压缩性和低强度性，使其在上覆土体的自重应力下就容易向基坑内挤出，从而不利于基坑的稳定性。

2工程概况

2.1工程简介

拟建水池水泵房基坑位于江苏宝通镍业有限公司烧结车间内，该场地位于江苏省连云港市徐圩镇内，海堤路南侧，严二圩西北侧，木船大队东北侧，场地原为晒盐场。本工程拟建的烧结车间包括4.5m×21.5m的原料上料仓、5.0m×5.0m及5.0m×10.0m的落地站、20.5m×13.0m的水池水泵房，均埋设于地下，最大开挖深度约5.0m。拟建场地北侧和西侧紧邻道路，北侧道路的北边是破碎室，西侧道路的西边是尾部除尘器和混合室，场地东侧为一高105.0m底口直径3.0m，顶口直径2.0m的烟囱和风机房，场地南侧是中转站和分部除尘器

由于场地上部存在厚度达15m左右的淤泥质软土，由于其高触变性，当软土地基受振动荷载后，易产生侧向滑动、沉降及沿基础底面向两侧挤出等现象，对基坑开挖及水池水泵房的施工过程有不利影响，所以有必要对此基坑进行支护设计，以保证水池水泵房的安全施工。

2.2场地岩土工程条件

拟建场区位于江苏省连云港市徐圩镇内，海堤路南侧，严二圩西北侧，木船大队东北侧。场地地貌单元为海积平原。

本场地原为晒盐场，盐场引水沟渠呈棋盘状分布，勘察场地整体而言较平坦，地面标高最大值4.89m，最小值2.32m，地表相对高差2.57m。

在勘探深度范围内，场地内上部土层以人工堆积的表土、第四纪全新世海相沉积的②～③层新近沉积的粘土及淤泥，以下④至⒃层为粉土、粉砂和软～可塑状粘性土为主的一般沉积土，⒄层粉细砂及以下土层为第四纪晚更新世老堆积土（Q3）。

场地岩土工程勘察揭示，场地土体划分为如下几层，分别为：①层表土：以粘性土为主，粉粒含量高，空隙发育，厚度：0.20～1.20m。②层粘土：红褐～褐色，软塑，稍有光泽，干强度中等，韧性中等。厚度：1.40～4.00m。③层淤泥：灰黑～黑色，流塑，有臭味，富含有机质，稍有光泽，干强度中等，韧性低，底部为淤泥质粘土。厚度：13.50～15.10m。④-1层粉质粘土.：黄褐～灰黄色，可塑，粉粒含量较高，见砂姜，厚度：1.40～3.50m。④-2层粉土：黄褐～灰黄色，很湿，稍～中密，见砂姜，厚度：0.30～1.70m。⑤层粉质粘土：黄褐～灰黄色，可塑，稍有光泽，局部区域该层中部夹粉土薄层，干强度中等，韧性中等。厚度：1.00～3.40m。综合确定与基坑支护设计相关地层的岩土设计参数如表1所示。

表1 基坑围护设计计算参数

本次勘探范围内揭露主要的地下含水层为淤泥以上的①～②土层，下部④-2、⑥、⑦、⑧-1、⑨-1层粉土、⒃层粉砂夹粉质粘土、⒄层粉细砂、⒆层粉砂、[21]层中细砂。对本工程施工有影响的潜水含水层主要为②层粘土，其所含地下水类型为孔隙潜水，主要受大气降水补给，以蒸发为主要排泄方式；其下各含水层均为承压水，⑥、⑦层粉土承压水位标高-17.00m左右，⒄层粉细砂、⒆层粉砂承压水位标高-41.00m左右，[21]层中细砂层承压水位标高-52.00m左右，主要受地下迳流、越流补给，以地下迳流、越流为主要排泄途径。承压水对本工程基础施工无影响，潜水地下水位随季节变迁略有变化，本区地下水位变化幅度0.50～1.0m。

2.3 支护结构设计

2.3.1 方案优化选择

本基坑工程的特点是基坑开挖面积不太大，开挖深度较浅，但地表以下软土层后较大。周围环境较复杂，必须确保周围建筑物、道路、管线的正常安全使用，要求围护结构的稳定性好、沉降位移小，综合考察现场的周边环境、道路及岩土组合等条件，为尽可能避免基坑开挖对周围建筑物、道路的影响，经过细致分析、计算和方案比较，由于地表以下有十几米的淤泥质软土层，其整体性较差，不适合用土钉墙结合喷锚支护，钢板桩结合内撑和排桩支护结合钢筋混凝土内支撑较适合该基坑的支护，本工程支护方案选用下列形式：

基坑采用钻孔灌注桩加深层水泥土搅拌桩加一层钢筋混凝土支撑作为支护结构。外围水泥土搅拌桩形成止水帷幕，起到挡土和止水两种作用。基坑外侧用轻型井点降水，沿基坑外围环形布置。

2.3.2 支护设计计算

DAB段桩长19m，桩身最大弯矩为748.24kN·m，桩径Φ800，排桩心距1200mm，Mmax=748.24kN·m，砼强度C35，主筋选HRB400型20Φ20钢筋，均匀布置，保护层厚度50mm，选HPB235型Φ8@200螺旋筋，选HRB335型Φ14@2000加强筋。

DAB段理正软件电算结果：

BCD段桩长20m，桩身最大弯矩为375.70kN·m，桩径Φ800，排桩心距1200mm，Mmax=375.70kN·m，取砼强度C25，主筋选HRB335型16Φ18钢筋，均匀布置，保护层厚度50mm，选HPB235型Φ8@200螺旋筋，选HRB335型Φ14@2000加强筋。

BCD段理正软件电算结果：

2.4实测结果与计算值的比较分析

该基坑工程开始于2011年12月26日，2012年1月22日完成回填。在基坑开挖及后续施工过程中，信息化施工，并采用多重手段对基坑进行监测，从而及时掌握基坑围护结构的安全性，了解基坑开挖对周围环境的影响[2]。监测结果表明，基坑周边环境及基坑变形均在允许范围内，对周边建(构)筑物没有产生不利影响。可以看出，这种钻孔灌注桩结合深层水泥土搅拌桩的组合支护形式不仅让基坑开挖及施工安全进行，也很好地保护了周边环境。

对桩身采用了测斜管监测，实际监测的DAB段桩顶的最大位移量10.2mm，设计计算的最大位移量11.3mm，两者的误差9.7%，实际监测的DAB段桩顶的最大位移量10.9mm，设计计算的最大位移量11.9mm，两者的误差8.4%。所以由实际监测的数据表明，设计计算的位移值比实际测量的值偏大，但误差在工程允许的范围内，所以该模型基本可以反映实际情况。

3 结语

（1）钻孔灌注桩结合深层水泥土搅拌桩的排桩支护形式适用于连云港地区海相淤泥质土基坑支护工程，其首先具有较大的侧向刚度，可以有效地防止支护结构发生变形，而且支护深度较大，所需工期较短，施工方便，不设或少设支撑，整体稳定性较好[3]，造价不高，适合都市周围环境较复杂，施工场地不大的工程支护。

（2）从工程实践中可以看出，该计算模型是合理的，较适合沿海城市海相淤泥质土基坑支护工程，具有较大的使用价值。

参考文献：

[1]林鹏，王艳峰，范志雄，黄涤宇. 双排桩支护结构在软土基坑工程中的应用分析[J].岩土工程学报，2010，第32卷.

[2]GB50497-2009建筑基坑工程监测技术规范[S].

[3]王伟，于志军， 朱敬锋.双排桩支护技术在深基坑工程中的应用[J].青岛理工大学学报，2008，29（10）：26-29.

作者简介：

朱防震（1976- ），男，江苏扬州江都人，中级工程师，主要负责现场管理工作

张太平（1982- ），男，山东沂南人，工程师，主要从事水文地质，工程地质，环境地质方向

陈威龙（1986- ），男，江苏徐州人，助理工程师，主要从事工程地质与岩土工程方向

李超( 1988 － ) ，男，安徽芜湖人，中国矿业大学在读硕士研究生，主要研究工程地质与岩土工程方向