成都平原岷江水系Ⅱ级阶地某深基坑支护设计与应用

摘要：文章基于成都平原岷江水系Ⅱ级阶的某深基坑支护实例，对深基坑设计参数选取、支护方案选型进行了探讨。根据基坑监测数据分析表明，设计模型计算时应考虑对膨胀性粘土的直剪（快）试验强度指标进行适当折减;采用排桩+预应力锚索、排桩+内支撑的支护方案，能够有效限制基坑的侧向位移，可为相似工程地质条件的基坑支护工程提供一定的技术参考。

[作者简介]高晓峰（1985—），男，本科，高级工程师，主要从事岩土工程勘察、设计、施工工作。

成都平原岷江水系Ⅱ级阶地冲洪积地层具有典型的二元结构[1-3]，上部为黄—褐黄色黏土、粉质黏土、粉土、砂土，黏土具有膨胀性;下部为黄灰色卵石土，混砂及黏性土，有砂薄层或透镜体，卵石成分以岩浆岩为主;下覆基岩为白垩系上统的红棕、棕红色泥岩夹泥质粉砂岩，含石膏、钙芒硝。深基坑支护设计时，需考虑上部黏土的膨胀性对基坑支护的不利影响，同时也应利用好下部地质条件较好的卵石层和基岩[4-7]。某建设项目位于成都市昭觉寺片区，地层结构为典型的岷江水系Ⅱ级阶地地层，基坑开挖深度14.6～16.8 m，北侧距离既有建筑8.8～10.0 m。针对该基坑的地质条件、周边环境，进行了支护方案设计比选，确定了以大直径排桩+预应力锚索支护为主，局部地段采用大直径排桩+内支撑的支护方案，通过采用合理的支档形式选型，既保证安全性满足要求，又经济合理，目前基坑已施工完毕，通过监测数据表明，该基坑整体稳定性、变形控制均达到预期目标要求。

1 工程概况

1.1 工程简介

某建設项目地位于昭觉寺南路与昭觉寺横路交汇处南侧。该项目二期一标段基坑支护段长度约315.0 m，基坑形状为不规则三角形组合（图1），多处存在阳角。场地现场标高约508.40 m，AB段开挖深度16.8 m，开挖线距离道路红线4.0 m，支护桩距道路边沿约13 m，道路侧分布有通信电缆埋深约3.0 m，以及雨水管及污水管线等（埋深小于6.0 m）;BC段开挖深度14.6 m，开挖线距离用地红线围墙3.8 m，用地红线外为一在建酒店（主体结构已完工），层高11F、框架结构，距基坑开挖线约11 m，地下室深度-6 m，基础采用人工挖孔桩基础（人工挖孔桩设扩大头，持力层为中风化泥岩），基础桩桩长16 m;CD段开挖深度14.6 m，临青龙体育馆，层高16 m、砖混结构，距基坑开挖线最近处约8.8 m，条基及柱基础，基础埋深埋深约3 m;基坑南侧与一期基坑相邻，可不采取支护。

1.2 工程地质与水文地质条件

根据勘察报告，该场地地貌单元属成都平原岷江水系Ⅱ级阶地，勘探深度范围内岩土层按时代成因及土性特征自上而下划分为五个工程地质层，即：①第四系全新统填土层（Q4ml）;②第四系上更新统冲洪积黏性土层（黏土、粉质黏土、粉土） （Q3al+pl）;③第四系上更新统冲洪积细砂层（Q3al+pl）;④第四系上更新统冲洪积砂卵石层（Q3al+pl）;⑤白垩系灌口组泥岩层（K2g）。其中第②、④、⑤工程地质层又可按土质类别、性质或风化程度等差异，进一步划分为若干亚层，典型的地质剖面见图2。

勘察中岩土体抗剪强度指标通过直剪（快）试验获得，卵石土的抗剪强度指标按当地经验取值，经统计修正的抗剪强度指标见表1。黏土的膨胀试验结果为：自由膨胀率在45 %～59 %，平均值为51.83 %，计算该场地地基土的胀缩变形量判断胀缩等级为I级～II级。地基土物理力学性质指标值见表1。

场地内存在上层滞水、孔隙型潜水及基岩裂隙水3种类型的地下水，主要地下水为孔隙性潜水。勘察期间属地下水枯水期，因拟建场地西侧地铁施工场地降水的影响，实际测量的稳定水位埋深约为7.0～12.70 m，对应绝对标高为497.39～501.80 m。据区域水文地质资料显示，场地粘性土层平均渗透系数k值约为0.1～0.2 m/d，细砂层平均渗透系数k值约为20.0 m/d，场地砂卵石层平均渗透系数可取k=25.0 m/d，泥岩层平均渗透系数约为0.2～1.0 m/d。

2.1 设计参数选取

膨胀性黏土的抗剪强度按照直剪（快）试验指标根据经验进行折减，粘聚力c取试验值的0.7倍，内摩擦角φ取试验值的0.8倍，粉质黏土、粉土、泥岩按照试验值取值，砂土、卵石土采用地勘报告提供的经验值。

根据基坑平面环境条件、开挖深度及地质条件，将基坑分成AB、BC、CD三段分别进行支护方案设计，设计时AB段采用基坑顶部均布荷载q1=15 kPa，距离基坑边13米距离处道路车辆荷载按照q2=20 kPa的40 m宽条形荷载考虑;BC段采用基坑顶部均布荷载q=15 kPa，基坑边坡为土质边坡，破裂角按照45°+φ /2考虑，综合考虑φ取12°，确定破裂角为51°，破裂面在在建酒店基础以外，在建酒店采用扩大头端承桩基础，且桩端标高低于基坑开挖深度，故不考虑既有建筑荷载影响;CD段采用基坑顶部均布荷载q1=15 kPa，距离基坑边8.8 m的青龙体育馆按照q2=20 kPa，作用深度3 m的24 m宽条形荷载考虑。

2.2 支护方案的选择

基坑平面位置及周边环境见前文所述，各段均临近既有建（构）筑物，基坑支护需满足基坑边坡的抗滑移、抗倾覆等整体稳定性要求，尚需对基坑支护结构的位移进行严格控制，结合各段情况分别选取不同支护方案如下：

（1）AB段：采用预应力锚索+大直径排桩支护，排桩桩径1.20 m，桩间距2.20 m，桩长24.00 m，锚固段7.2 m，在-4.5 m、-7.5 m、-10.3 m及-12.8 m位置设置桩间预应力锚索4排，长度分别为25.5 m、20 m、16 m、13 m，锚索腰梁采用25A槽钢双拼焊接，第一排锚索角度为20°，第二排锚索角度为18°，第三、第四排锚索角度为15°。坑顶设置截水沟，地面采用素混凝土硬化，硬化宽度至红线围墙。根据计算，整体稳定安全系数为2.32，抗倾覆安全系数为2.16，桩顶支护结构最大位移为27.67 mm（图3）。

（2）CD段：采用预应力锚索+大直径排桩支护，桩径1.20 m，桩间距2.20 m，桩长20.00 m，锚固段5.4 m，在-4.5 m、-7.5 m及-10.5 m位置设置桩间预应力锚索3排，长度分别为25.0 m、18 m、12 m，锚索腰梁采用25A槽钢双拼焊接，第一排锚索角度为20°，第二排锚索角度为18°，第三锚索角度为15°。坑顶设置截水沟，地面采用素混凝土硬化，硬化宽度至红线围墙。根据计算，整体稳定安全系数为1.95，抗倾覆安全系数为2.71，桩顶支护结构最大位移为27.04 mm。

（3）BC段：為避免对在建酒店基础损伤不考虑采用预应力锚索，由于开挖边线距离用地红线最近约3.8 m，采用双排桩支护空间不足（图4）;综合考虑场地空间、场地外建筑物影响及施工进度节点要求，采用大直径排桩+内支撑支护方，桩径1.50 m，桩间距2.30 m，桩长27.00 m，锚固段12.4 m，在冠梁处设置一道0.6 m×0.8 m的C30混凝土支撑梁，支撑梁间距24.0～26.0 m（内支撑设置见图1）。该方案支撑梁底标高高于地下室顶板标高，不影响主体结构施工，根据计算，整体稳定安全系数为3.23，抗倾覆安全系数为1.36，桩顶支护结构最大位移为28.84 mm。

3 监测结果分析

为掌握基坑施工过程对周边环境的影响及支挡结构的变形，对支护结构进行监测，主要监测内容有：基坑坡顶水平位移、竖向位移支护结构及周边环境的日常巡视，监测点平面布置图见图1，共设置8个监测点，编号为W04～W11。首次监测工作于2015年12月25日开始进行，基坑局部土方开始开挖，至2016年12月2日基坑回填，地下室施工期间观测频率为每天一次（图5）。

根据位移监测结果，2016年5月中旬基坑开挖至设计标高，累计最大变形的监测点为W08点，位移量为25 mm，累计最小变形点为W10点，位移量为16 mm，各点位平均位移量为20.6 mm，累计位移量均能满足要求。2016年5月中旬至2016年7月中旬，仅W10点位移量相比5月中旬增加了7 mm，累计位移量达到23 mm，其余点位位移量变化均在1～2 mm范围内;从位移监测结果反映，基坑整体位移已基本趋于稳定。该地区7月份降雨量增多， 7月中旬至9月底基坑再一次发生位移量加大，至9月底，累计最大变形的监测点位W07点，位移量为35 mm，累计最小变形点为W11点，位移量为25 mm，各点位平均位移量为29.4 mm。累计位移量结合支护结构分析，BC位移量均已超过30 mm，AB、CD段位移量相对BC段普遍小5 mm左右。进入10月后，该地区降雨减少，至2016年12月基坑回填，累计最大变形的监测点位W07点，位移量为34 mm，累计最小变形点为W11点，位移量为27 mm，各点位平均位移量为29.9 mm，各点位位移量变化均在1～2 mm范围内，基坑整体位移基本稳定。根据从周边既有建筑的沉降观测反映，基坑开挖期间，各既有建筑沉降均满足规范要求。

（1）监测成果表明，该项目基坑开挖、地下结构施工至基坑回填期间，周边环境未发生较大变形，基坑位移主要发生在基坑开挖阶段，基坑支护结构整体位移控制满足周边环境条件位移控制的要求。

（2）该地区降雨对基坑变形影响较大，根据日常巡查记录，地表曾出现多处裂缝、截水沟渗漏（图6）未及时封闭，推测可能为降雨及其他地表水通过地表裂缝渗入坑壁土体引起膨胀性粘土胀缩循环导致基坑支护结构位移增大。

（3）日常基坑巡查发现，在W05～W08监测点段，冠梁与内支撑连接位置处发现有细微裂缝（图7），通过现场施工成品与设计方案对比，发现冠梁与支撑梁连接处未按照设计要求作加腋连接，导致连接点应力集中而产生裂缝，同时也不排除设计时大间距支撑梁未考虑设置八字斜撑杆等因素。

（4）根据图5对比各监测点位移量曲线，BC段因支撑梁间距偏大且支撑梁之间未设置连梁，支护结构整体刚度较小，故位移量受外界环境因素影响大于AB、CD段排桩+预应力锚索支护段。

4 结束语

（1）成都平原岷江水系Ⅱ级阶地深基坑支护设计时，预应力锚索锚固段不宜设置在膨胀性的黏土中，在满足在抗倾覆、抗滑移等稳定性要求及位移控制要求的情况下，可适当降低锚索设置高度或调整锚索角度，将锚固段设置于下部的卵石层中。

（2）由于该区域地层上部黏土具有膨胀性，深基坑支护结构变形受坑壁土体的含水量变化影响较大，基坑施工时应设置可靠坑顶截排水措施，同时考虑在基坑1～2倍的基坑深

度范围进行地表硬化，防止地表水渗入坑壁土体引起膨胀性黏土发生膨胀交替而导致支护结构变形加剧。基坑日常巡查发现变形裂缝时应及时封闭，封闭材料可采用沥青等柔性材料，严禁裂缝长期不封闭。

（3）在不具备设置锚索支护的条件下，该区域深基坑可采用大直径、小间距排桩支护，同时增加内支撑增强支护体系整体刚度，可以有效的控制位移。支撑梁的设置可适当的增大间距，但因考虑设置八字斜撑杆、连梁等措施。

（4）成都平原岷江水系Ⅱ级阶基坑支护设计时，应考虑对膨胀性黏土的直剪（快）试验强度指标进行折减后采用，粉质黏土、粉土、砂土的试验强度指标可不折减。

参考文献

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