块石淤泥地层深基坑支护设计与施工实践

李云华

（中海油惠州石化有限公司 广东 惠州 516086）

0 引言

石油化工项目因其对位置需求的特殊性，场地常布置在沿海沿江周边，地基往往为填海造陆形成，由于填海过程中的土质和分层回填难以保证，完工后的地基往往地层变化较大，土层性质复杂，给工程建设带来了巨大挑战。常见的填海工程中以淤泥为主要填料，受工程管理方式及工期制约［1］，短期内的处理方式往往有限［2］，固结沉降只能完成其中的一部分，基础施工时部分淤泥层的性质仍较差，特别是受扰动时，各项指标下降较快［3］。在淤泥层中进行基坑支护和开挖，方式多样，但受制于工期、环境限制，需要选择符合项目需要的方案［4，5］，同时要考虑采用地基处理和基坑支护相结合的方式，提高边坡稳定性［6，7］。

本文中的项目位于沿海区域，场地原貌为滩涂，受当地土方资源限制，回填覆盖层全部为块石，且深度不一，相较于其它淤泥地层，本项目更为复杂，施工难度较大。本文以其中的雨水提升池施工为案例，介绍此种地层下基坑支护和开挖方法，供类似项目借鉴。

1 工程概况

项目场地面积约45 万m2，原始地貌类型属于浅海滩涂地貌，经填海造地平整而成，场地岩土层自上而下分布5 个大层，即人工填土层、海相沉积层、海陆交互相沉积层、残积层及粉砂岩风化层，主要地层厚度及岩性如表1所示。

表1 地层特性Tab.1 Geotechnical Properties

场地地下水主要赋存于人工填土层块石孔隙中，为上层滞水，地下水位平均埋深约2.92 m，水位受海水潮位影响而变化。

雨水提升池位于场地中部，为钢筋混凝土结构，底板尺寸34.8 m×36.8 m，平均埋深7.0 m，局部埋深9.0 m。根据勘察情况，基坑开挖范围内的地层分布情况：上部为块石填土层（2.0～7.0 m），下部为淤泥层。设计要求对水池底部地层进行水泥土搅拌桩加固处理，以满足水池承载力需要。

2 基坑支护方式选择

2.1 基坑支护难点

地层地下水系与大海相通，补给源充足，并且块石填石层透水性极强，在基坑开挖前要做好基坑止水帷幕，阻止地下水向基坑大量涌入。常规的止水帷幕做法有2 种方式，即深层水泥搅拌桩和高压旋喷止水桩，主要的难点有：

⑴深层水泥搅拌桩受其施工工艺的限制，若不采取特殊措施，在块石填土层中无法施工。

⑵高压旋喷止水桩，是利用高压喷射纯水泥浆破岩，形成水泥柱状体从而形成止水帷幕。但由于该块石填土层孔隙较大，会造成水泥浆的大量流失，很难形成水泥柱状体，从而起不到形成止水帷幕的功效。

⑶因块石层下即为淤泥地层，需要考虑支护结构的稳定性，由于淤泥为饱和流塑状，锚索及土钉在该层的锚固力极其有限，所以常规的桩锚结构、锚索结构、土钉墙结构等均不适用。

⑷若采用水泥挡土墙结构需进行深层水泥搅拌桩施工，难以穿越块石填土层；而桩和内支撑结构及地下连续墙和内支撑结构形式，在支护桩施工中需采用冲孔灌注桩进行成桩/槽。根据本项目前期桩基础试验成果，冲孔灌注桩成孔困难，塌孔严重，工期较长，效率大大降低。

⑸该地块具备足够的放坡空间，但淤泥地层的抗滑移稳定性不够，不能单独采用放坡结构形式。

2.2 基坑支护形式选择

在综合分析基坑支护的重难点后，结合现场施工需要，在基坑开挖的同时需要给出周边的其它施工作业面，以及防止周边地面下沉影响周围已建设施，采用放坡和支护桩相结合的方式，上部填石层采用水泥砂浆桩形成止水帷幕，坡底增设抗滑桩确保基坑的抗滑移稳定性，同时在基坑开挖的过程中增设水平向及垂直向注浆锚管，通过向地层内注入水泥浆改善地层的力学参数，确保基坑支护结构的稳定性。

2.3 基坑支护设计

根据勘察报告中此处钻孔的情况，选取确定的土层力学参数，具体如表2所示。

表2 基坑边坡支护设计参数Tab.2 Design Parameters of the Retaining and Protection Structure

基坑开挖深度约为7.0 m，局部为9.0 m。基坑底尺寸为38.0 m×40.0 m，基坑顶尺寸为62.0 m×63.0 m。基坑在填石层按1∶1.3 放坡，留设1.5 m 宽平台，在淤泥段按1∶1.5 放坡，设置水平锚杆及竖向锚杆进行分层支护，坡脚设置格栅式搅拌桩，止水帷幕采用φ400@600 压密砂桩。典型的坡面设计如图1所示。

主要设计参数：

⑴锚杆：采用φ48 钢管，用压力注浆法注入水泥浆。一次常压注浆，注浆压力约0.5～0.8 MPa；

⑵面层：坡面挂φ8 钢筋网@200 mm×200 mm，与锚杆端部采用钢筋焊接连接，喷射混凝土面层，面层混凝土强度C20，厚150 mm。

⑶水泥搅拌桩：桩径φ800 mm，间距650 mm，桩间搭接距离为150 mm，水泥掺入比15%，水灰比0.4～0.5。

图1 基坑支护典型坡面设计Fig.1 Typical Slope Design of the Excavation

3 基坑支护施工与开挖

为解决上部填石层的止水问题，采用水泥砂浆止水桩止水，施工时沿基坑四周对块石层进行带状换填，土方就地采用挖出的淤泥土，换填时须分段进行，防止下部淤泥上涌，换填完成后进行水泥砂浆止水桩施工，达到龄期后开始开挖基坑内土方。

基坑土方开挖遵守分区、分层、分段、对称、均衡、适时的原则。整个基坑可分为两大区域，即“周边区”（支护工作区，按支护底边线向坑内约8 m 范围）及“中心区”（相对自由开挖区），由“周边区”向“中心区”方向退挖，出土通道留在中心区并通过预留出土口，出土口处最后开挖支护。

土方开挖时，每层锚杆分一层，每层高度与锚杆垂直间距相一致，开挖一层支护一层，且每层分段开挖，分段长度10～15 m。允许跳挖，每次开挖多段，各段之间间隔5 m 以上，但绝不允许超挖，并设专人规划和指挥。

基坑开挖至-3.5 m 平台时，基坑支护结构搅拌桩和水池底部搅拌站同时施工，达到整个基坑范围内土体同时加固的目的，局部软弱地层及覆盖有填石的区域进行换填，满足机械行走要求；搅拌站采用“四喷四搅”工艺，喷浆法施工。

基坑开挖过程中对基坑顶部位移进行观测，结果满足规范要求。开挖后基坑的整体稳定性较好，填石层的止水帷幕发挥了良好的作用，基坑内无地下水汇聚。

4 结论

块石和淤泥相结合的地层中，对填石及其赋存的地下水的处理是基坑设计和施工的关键，本文提出了采用带状换填、循序推进的方式进行上部止水帷幕的施工，在淤泥层中打入注浆花管提高边坡的稳定性，底部采用水泥土搅拌站加固土体防止滑移，同时采用格栅式布置，相较于其它支护方式既确保了基坑稳定，又节约了大量成本，对类似的地层基坑开挖工程具有较好的推广价值。