基底分布软弱土夹层的深基坑支护方案制定

2021-08-25方孝明王维成

广东土木与建筑 2021年8期

方孝明，王维成

（广东省基础工程集团有限公司广州510620）

0 引言

由《建筑基坑支护技术规程：JGJ 120—2012》［1］、《建筑基坑支护技术规程：广东省标准DBJ/T 15-20—2016》［2］可知，基坑工程支护结构选型时，应综合考虑下列因素：①基坑深度；②土的性状及地下水条件；③基坑周边环境对基坑变形的承受能力及支护结构失效的后果；④主体地下结构和基础形式及其施工方法、基坑平面尺寸及形状；⑤支护结构施工工艺的可行性；⑥施工场地条件及施工季节；⑦经济指标、环保性能和施工工期。

由上述7大条件可知，若遇到复杂的条件，要制定出一个安全可靠、经济合理的基坑支护设计方案并不容易，不同的深基坑工程，因为设计条件的差异，制定出的方案也差别较大［3-5］。本文依托东莞某深基坑支护工程，通过对项目地质条件、周边环境、基坑深度等设计条件进行深入分析，结合技术、经济、工期等因素，讨论基底分布有软弱土夹层时，如何分步骤制定出一个“安全可靠、经济合理、保护环境”的基坑支护方案。

1 项目概况

东莞某深基坑工程东侧为村庄，南、西、北三侧均为市政道路，项目设2层地下室，占地面积约57 500 m2，周长1 020 m，基坑开挖深度4.6～11.1 m。本项目具有以下特点：

⑴场地由上至下岩土层分布为：素填土〈1〉、淤泥质土〈2-1〉、黏土〈2-2〉、细砂〈2-3〉、含砂粉质粘土〈3〉、砂质粘性土〈4〉，基岩为风化的花岗岩；

⑵基坑开挖影响范围存在细砂层，透水性较好，为场地的主要含水层，属于潜水；

⑶部分区段基坑土方开挖范围主要分布素填土及淤泥质土层，工程性质较差；

⑷项目主体结构基桩采用预应力高强混凝土管桩（PHC500-125-AB）；

⑸基坑开挖深度较大，工期紧、任务重，建设单位对成本控制十分严格。

本次讨论的对象是项目南侧长度约180 m的基坑支护，如图1所示（讨论区段）。

图1 讨论区段位置Fig.1 The Plan of Discussion Section （m）

2 主要支护设计条件

2.1 周边环境条件

讨论区段东侧为村庄，南侧临近项目部临时活动板房，西侧为市政道路。地下室外边线距用地红线最近处约14.9 m，红线距离市政路4.5 m，项目经理部用地范围距离地下室边线约15.0 m。

2.2 地质条件

根据详勘报告，研究区段场地区域由上至下岩土层分布为：素填土、淤泥质土、细砂、基岩为风化的花岗岩，细砂层为透水层，其它岩土层为弱透水层，岩土层物理力学参数如表1所示。

表1 岩土层物理力学参数Tab.1 Physical and Mechanical Parameters of Rock and Soil Layer

2.3 基坑深度

基坑深度为8.40 m。

2.4 其它条件

市政道路与基坑间分布有排水及电力管线（路灯）。

3 基坑支护设计方案制定及讨论

3.1 方案制定总体思路

根据项目设计条件，坑外具备一定的放坡空间，需要关注的重点是放坡过程中，要保证各开挖工况下边坡的临时稳定，重难点是基底附近分布的软土层。从项目实际出发，按照安全可靠、经济合理的设计原则，初定“放坡+垂直支护”设计思路。

3.2 放坡方案制定与讨论

3.2.1 初定放坡高度和坡率

地下室外边线距离用地红线最近为14.9 m，基坑开挖深度为8.4 m，地面首层土为约6.3 m厚的填土。根据工程经验，讨论区段宜尽量放坡，既保证了放坡工况下边坡的稳定，又可减小下部支护结构的水平荷载。淤泥质土层不宜采用放坡方案，故放坡深度初定为5.0 m，坡率初定为1∶1.5。初定方案详如图2⒜所示。

3.2.2 边坡整体稳定性验算

根据场地设计条件，放坡部分安全等级按三级考虑，临时边坡稳定安全系数不小于1.15［6］。经核算，放坡方案中的第二级放坡的边坡整体稳定安全系数不能满足文献［6］要求，故需对初定方案进行调整。

3.2.3 放坡方案修正

根据场地设计条件，对直接放坡方案进行修正的方法是在二级放坡坡面增加土钉，修正后方案如图2⒝所示。

图2 讨论区段放坡部分初定及修正后方案Fig.2 The Preliminary and Modified Scheme of Slope Section（mm）

修正后方案按土钉墙方案进行验算，边坡安全等级取三级，整体稳定安全系数取1.25［6］。经核算，放坡土钉墙支护各项设计验算能满足文献［6］要求。

3.3 垂直支护方案制定与讨论

讨论区段基坑开挖深度为8.4 m，放坡坡脚以下需再开挖3.4 m，且本工况下开挖土层为填土层和淤泥质土层，基底为淤泥质土层。根据本项目设计条件，垂直支护方案中桩型可选择钻孔灌注桩和预应力管桩［7］，两种桩的优缺点对比分析如表2所示。

表2 支护桩选型对比分析Tab.2 Comparison and Analysis for Type Selection of Retaining Piles

预应力管桩的抗弯较其抗压（拔）性能要弱较多，经验算，悬臂式方案其抗弯性能不能满足要求，需要增加外拉锚，同时也需要用外拉锚控制支护结构的水平位移。参考《预应力混凝土管桩技术标准：JGJ/T 406-2017》［8］，以常用的PHC500-125桩为例，其桩身抗弯力学性能如表3所示。

表3 PHC500-125桩桩身抗弯力学性能Tab.3 Mechanical Properties of PHC500-125 Pile

根据表2对比分析，由于垂直开挖深度仅有3.4 m，又因本项目工程桩采用预应力管桩，且工程桩与支护结构、土方开挖为同一单位完成，地下室承台及后续土建施工为另一单位完成，在工期比较紧张的情况下，考虑到不同单位的交叉作业制约，综合考虑，挡土结构采用与工程桩一致的预应力管桩，型号为PHC500-125-AB，桩间距根据设计验算确定。

3.4 桩间挡土止水方案制定

由图3可知，场地首层填土以下依次为2.7 m厚的淤泥质土软土层、2.6 m厚的细砂强透水层，需要做好桩间截水和挡土，根据工程经验，选定比较经济的水泥土搅拌桩，详细设计参数可参考《建筑地基处理技术规范：JGJ 79—2012》［9］、《建筑地基处理技术规范：广东省标准DBJ/T 15-38—2019》［10］执行。