软土地区的基坑支护的方案选择及重点

梁洪波

（广东省地质局第六地质大队，广东江门529040）

1 技术难点

随着城市的发展，江景房一直是广受追捧的住宅类型，在追求美景舒适的同时，我们岩土人必须面临水的基坑问题，地层复杂，需要开挖地下室。因开挖深度范围内多是软弱土层，且渗透系数偏大，极易因河流的侧向补给而造成垮塌，如果还存在砂层的话，基坑底部还易形成流砂和管涌。在安全可靠的前提下，我们还必须考虑到支护方案的经济高效性，同时兼顾周边环境，不能影响周边建筑的基础和安全，因此也限制了一部分施工方案的选择。如果方案选择不合理，基坑极易垮塌，如果过于保守，一味采用高成本的技术方案，有时候却劳民伤财，效果不佳。合理的选择支护方案，成为现在基坑支护的一门必修课，也是衡量其专业水准的一把尺子。

2 工程案例

工程案例：江门二沙岛项目工程，位于江门市江海区东华大桥北侧，江门大桥南侧，两面环水，水流丰沛，多软土，东侧为演艺中心和已建小区一期，经过工程勘察，现场揭露的土层为人工填土层（Q4ml）、淤泥（Q4mc）、粉质粘土（Q4ml）、残积层（Q4el）、燕山期全、强、中风化花岗岩。各参土层岩土性质指标值详见表1。

表1 开挖各岩土层岩土性质指标值

拟建地下室开挖深度为4m，地下室基坑开挖土层有：素填土（层号①）、淤泥质粘土（层号②），故此处应慎用锚杆，如果采用则有机率遇上演艺中心和已建小区的桩基础，可能无意中会打断其桩体造成破坏，同时软土层无法提供理想的锚固力和摩擦力。传统的锚杆支护难以有所作为。此项目的软土易变型，压缩性大，基坑对变形量有严格的要求，一般采用钢板桩或钻孔灌注桩的支护形式。钢板桩支护是种成熟的支护方式，不仅施工简单，而且便于组织管理，经济性好，还能循环利用。钢板桩支护是指将带锁口热轧型钢有序拼接形成钢板桩墙并钉入基坑土层中，即可支护基坑，也可隔水防渗，按受力情况区分可分为悬臂式、锚拉式以及支撑式。钢板桩支护施工工序主要包括钢板桩修整、转角桩制作、打桩流水段划分、打桩机打设、板桩拔除等，但钢板桩的缺点在于易发生渗透、涌砂、侧倾、共连等问题。由于该地段淤泥中含有较多粉细砂，结合江门二沙岛的地层情况，临河，止水防渗的效果恐难以达到，且有地下隆起的可能，故不宜采用此支护方案，应考虑钻孔灌注桩支护方案。

3 重点问题及剖析

3.1 选择依据

钻孔灌注桩可选用常见的悬臂式结构和双排桩，其适用性不同。悬臂式为单排桩，受力有限，适用于较浅的基坑；当悬臂式“不够用”的情况下需要改用双排桩。双排桩支护结构国内已有很多学者对其受力机理进行了研究。主要分为刘钊计算模型、何颐华计算模型、熊世华计算模型、聂庆科计算模型等。上述模型均为荷载-结构模型，每种模型各有其优缺点，因此给基坑设计时模型选用带来了一定的难度。考虑排桩的弯矩值和土体变型量为选定模型的参考标准，须有效地控制基坑的水平位移。通过老一辈的岩土人的实际工作经验和计算，认同聂庆科计算模型较于适用，其方案加固了桩间土体又加固了被动区土体，对双排桩支护结构提高了很少的被动抗力，有效地控制了基坑的水平位移。此处基坑开挖深度为4m，结合现有的理论基础和工程案例综合考虑，悬臂式钻孔灌注桩是较为合理的支护形式，如不适用，可以改为双排桩，提升支护效果。

3.2 计算依据及重点

采用悬臂式钻孔灌注桩，土压力可采用朗肯理论计算，该场地为粘性土，其主动土压力为：

被动土压力为：

用布鲁姆理论可计算桩身的最大弯矩，假设xm为入土深度刚好使桩体正负土负力所产的弯矩和为0，即桩体最小入土深度可求出最小的桩体嵌固深度，同时可以计算出桩体能承受的最大的弯矩值Mmax=∑Ea(1+xm-a)-(Kp-Ka)/6rx3m,所以选用的桩体桩身弯矩必须大于计算出来的Mmax，按常见的直径1m桩径的钻孔灌注桩，混凝土采用C25,其最大的配筋率对应的弯矩值如果无法满足，则须采用双排桩方案。最终桩体入土深度t应为xm增加20%，t=xm×1.2。

通常会在钻孔灌注桩顶面配内支撑结构，且在跨中设置桩柱，使支护结构受力合理，避免应力集中。淤泥中含有一定的粉细砂，存在一定的渗透性，因河边水流丰富，可采用连续水泥搅拌桩或旋喷桩用于止水。

同时应打地锚，用于加强坑底的强度，避免坑底的隆起变形和鼓胀，需要计算隆起的安全系数k：

式中：pr——荷载强度；

qd——地基极限承载力；

B——基坑宽度；

h——基坑深度。

还应应验算基坑的位移和变形是否达到安全和规范要求，应用理正深基坑软件对整体稳定、抗倾覆、抗管涌承压水等验算。

4 结语

钻孔灌注桩用于基坑支护优点众多：施工简单方便，适用地层广泛，工艺成熟，快速安全，是应用广泛的一种基坑支护方式。在软土地区，相对于传统的锚索支护，它能良好解决软土无法提供良好锚固力的问题，且不影响周边的已有建筑。但其对施工质量要求较高，如软土中存在易于缩径，容易沉渣过多、容易形成吊脚桩、断桩等问题，桩体灌注工艺要求较高，不但要保证成桩质量，而且要考虑泥浆排放带来的环境污染及成本。与施工效果方面对比：单桩承受的弯矩和抗压强度有限，单排桩一般适用于较浅的基坑，设计时需要考虑的方面比较多，需要验算的方面比较多，如地锚的锚固力、抗浮力、隆起的安全系数、基坑、位移和变形等。须通过不断调试和验算，选择合适的桩径、桩体入土深度和桩体的配筋。当悬臂式结构不适用时或基坑较深时，可考虑采用双排桩，并搭配内支撑结构和设置桩柱，保证受力的合理性，确保基坑安全。

[1]JGJ120-2012建筑基坑支护技术规程[S].

[2]刘钊.双排支护结构的分析及试验研究[J].岩土工程学报，1992.

[3]工程地质手册[M].4版.

[4]高大钊.深基坑工程/地基基础设计与施工丛[M].2002.

[5]高大钊.岩土工程勘察与设计——岩土工程疑难问题答疑[M].2010.