多种支护形式在大型软土深基坑中的变刚度组合应用

邬喜春

(中国建筑材料工业地质勘查中心江苏总队，江苏 南京 211135)

0 引言

近年来，随着城市地下空间的迅速发展，各种大型基坑工程不断涌现，随之而来的是工程造价的急剧攀升，根据具体的工程条件，选择合理的支护结构变得尤为重要。因此，在大型基坑工程中出现了不少多种支护形式变刚度组合的应用，也有工程技术人员对此做了一定的探讨研究。

本文结合具体工程实例，介绍了放坡、混凝土悬臂排桩、双排桩+锚杆、重力式挡墙以及重力挡墙+双排桩这五种不同刚度的支护形式的组合在大型软土深基坑工程中的应用情况，通过设计方案必选，充分地发挥各种支护形式的优点。

1 工程概况

1.1 项目概况

项目位于南京江东南路与友谊路交叉口东北角。建设用地约85 000 m2，总建筑面积约195 460 m2。该项目包括9栋1～20层建筑物。本工程±0.00 m相当于绝对标高+9.00 m，垫层底相对标高-7.50 m。基坑开挖面积：基坑开挖面积约63 000 m2，支护周长约1 450 m。基坑大部挖深为5.5 m，局部7.1～9.75 m。

1.2 基坑周边环境

基坑东侧：地下室外墙线距用地红线最近处约3.80 m，红线距围墙约10 m，围墙外为一宽约16 m的道路，路下埋有污水管、雨水管。

基坑南侧：地下室外墙距用地红线最近处3.30 m，红线距围墙约1.5 m，围墙外为一宽约10 m的道路，沿路边有小水沟，路下埋有少量管线。

基坑西侧：地下室外墙线距用地红线最近处约3.50 m，围墙外有堆载及施工便道。

基坑北侧：地下室外墙距用地红线最近处约3.35 m，围墙外有已浇底的基坑，距地下室外墙线最近处约15.0 m。

1.3 工程地质概况

场区地貌属长江漫滩地貌单元，场地地形总体较为平坦。

各土层特征自上而下描述如下：①杂填土，含有碎砖、灰渣、混凝土块等，填龄一般小于5年，场区普遍分布。②1粉质粘土，软塑，场区局部分布，顶埋深0.30～4.20 m。②2淤泥质粉质粘土，流塑，局部夹有薄层粉砂，场区普遍分布，顶埋深1.40～6.20 m。②3淤泥质粉质粘土夹粉砂，淤泥质粉质粘土呈流塑状态，粉砂为稍密状，顶埋深5.80～21.50 m。②4粉砂，稍密～中密，局部夹粉土，顶埋深7.50～21.50 m。③1粉砂，中密，局部稍密，局部夹有薄层粉质粘土，场区普遍分布，顶板埋深12.60～23.30 m。

1.4 水文地质概况

场区内地下水类型属孔隙潜水和弱承压水。潜水主要赋存于①杂填土及②层土中，该层透水性一般。地下水位埋深0.50～4.0 m，水位年变化幅度约0.80 m。

下部为弱承压水，主要赋存于②-4层粉砂及③层细粉砂中，富水性好、透水性强。弱承压水水位埋深 3.10～3.76 m。

表1 基坑支护设计参数一览表

2 基坑支护设计方案

2.1 基坑特点

（1）基坑大部挖深较浅，挖深为5.5 m，局部较深，最大挖深9.95 m。

（2）基坑开挖深度内主要为填土、粘性土及淤泥质粉质粘土，透水性一般，但基坑底下存在②4粉砂承压水层，该层层顶深度为7.50～21.50 m，且该层含水量大，透水性强，需验算坑底抗突涌，如验算不满足，坑内需进行降水。

（3）基坑影响深度范围内土层主要以淤泥质粘土为主，基坑开挖后土体的流变性、触变性较为明显。

（4）基坑形状不规则，受力体系复杂。

（5）基坑周边虽临近道路，但有一定间距，环境条件不太苛刻。

2.2 支护设计原则

综合考虑本基坑特点、周围环境和土层特性，本着安全、经济、方便施工的原则进行本基坑支护设计保护平面布置见图1，主要支护设计的原则如下：

（1）有场地的地方进行放坡，以减少造价；

（2）场地不足以放坡的地方尽量做重力式挡墙；

图1支护平面布置

（3）部分场地已接近红线，采用悬臂桩支护形式；

（4）坑中坑等深坑部位采用重力式挡墙和悬臂桩进行支护。

2.3 支护形式

AB、DE、EF、HI及 NOPA 段挖深为 5.5 m，采用放坡支护形式，坡比根据计算情况和场地情况为1:1.8～1:2.5，采用二级坡形式，坡面挂网喷浆，坡体插竹筋，坡脚采用Φ700＠1 000的双轴深搅桩进行加固，坡顶为Φ650＠1 200的三轴深搅桩，典型放坡支护剖面如图2所示。

图2 典型放坡剖面

BC和FG段挖深为5.5 m，采用Φ900＠1100混凝土排桩悬臂式支护，桩顶标高较地坪落低1 m到1.5 m，以减小桩长，节省造价，落低部分采用1:1放坡处理，坡面硬化，坡顶设置排水沟排明水。支护桩背为Φ650＠1 200的三轴深搅桩，封闭止水。典型单排桩悬臂式支护剖面如图3所示。

图3 典型单排悬臂桩支护剖面

CD段挖深9.7 m，采用Φ800＠1000前后排距为1.9 m的双排桩+两道锚杆的支护形式，桩顶标高较地坪落低，以减小桩长，节省造价，落低部分采用1:1放坡处理，坡面硬化，坡顶设置排水沟排明水。前后排桩间为Φ650＠1 200的三轴深搅桩，封闭止水。典型双排桩+两道锚杆的支护剖面如图4所示。

GG’、G’H 和 IJ 段 挖 深 5.5～5.9 m， 采 用Φ700＠1 000的双轴搅拌桩重力式挡墙支护形式，重力式挡墙墙宽4.2 m，并在坑内被动区布设两排Φ700＠1 000的双轴搅拌桩（宽度1 m）。重力式挡墙顶标高较地坪落低1 m，以减小桩长，节省造价，落低部分采用1:1放坡处理，坡面硬化，坡顶设置排水沟排明水，挡墙顶设置压顶板并用钢筋固定，为增加墙体强度，在挡墙内侧和外侧均布设插入钢管。典型重力式挡墙支护剖面如图5所示。

图4 典型双排桩+锚杆支护剖面

图5 典型重力式挡墙支护剖面

JK、KL和LM段挖深7.45 m，采用Φ700＠1 000的双轴搅拌桩重力式挡墙+双排桩的支护形式，重力式挡墙墙宽4.2 m，坑内台阶式被动区Φ700＠1 000的双轴搅拌桩重力式挡墙墙宽7.4 m。重力式挡墙顶标高较地坪落低1 m，以减小桩长，节省造价，落低部分采用1:1放坡处理，坡面硬化，坡顶设置排水沟排明水，挡墙顶设置压顶板并与双排桩连梁相连，为增加墙体强度，在挡墙内布设混凝土双排桩，桩径700 mm，间距3.99 m，排距3.10 m。典型重力式挡墙+双排桩支护剖面如图6所示。

2.4 降水设计

地面下7.5～21.5 m以上主要为淤泥质粉质粘土为主，该层渗透系数很小，为不透水层；该层以下为②4粉砂层，透水性较好，其承压水头埋深为3.10 m。根据《南京地区建筑地基基础设计规范》抗突涌公式计算，K=0.62小于规范规定的1.2。说明坑内如不采取降水措施，坑底会发生突涌现象。本设计沿基坑外围东、北两侧采用三轴深搅桩进行止水，西、南两侧采用双轴深搅桩进行止水，坑内采用管井进行降水减压。

图6 典型重力式挡墙+双排桩支护剖面

3 设计计算与实测结果

3.1 设计计算

本工程基坑支护结构计算严格按照国家有关规范和规程进行，设计充分考虑到各岩土层的透水性或不透水性以及场地的其它岩土工程条件。设计计算时取地面超载一般按均布超载20 kPa考虑，楼层每层为15 kPa，行车道路为30 kPa，并根据实际施工工况计算，按照最不利情况进行设计，确保基坑的安全。各典型剖面计算结果如图7～10所示。

图7 典型单排悬臂桩支护内力及变形结果

图8 典型双排桩+锚杆支护内力及变形结果

图9 典型重力式挡墙支护内力及变形结果

图10 典型重力式挡墙+双排桩支护内力及变形结果

3.2 实测结果

根据最终的基坑监测结构显示，基坑支护结构变形均满足规范和设计要求，单排悬臂桩支护结构最大桩体变形为20.3 mm，双排桩+锚杆支护结构最大桩体变形为18.2 mm，重力式挡墙支护结构桩体最大变形为17.8 mm，重力式挡墙+双排桩支护结构最大桩体变形为4.4 mm。在各变形刚度的支护结构连接处，部分变形差异较大的会出现细微裂缝，但整体变形值藕合、折中。

4 结论

（1）多种支护结构形式的变刚度组合应用在大型软土基坑中是安全可行的。

（2）根据具体的地层条件，周边环境和开挖深度等情况确定合理的支护形式，可以发挥各自的优点。

（3）由于不同支护结构的刚度不一致，在设计时应注意考虑各分段之间的变形情况，避免交界处因变形差过大而产生细微裂缝。

（4）合理的布设基坑每段的支护形式，经济效益明显，是大型基坑工程支护技术的发展趋势。