反压土在滨海软土地区大型基坑支护中的应用分析<br/>——以深圳机场扩建项目为例

反压土在滨海软土地区大型基坑支护中的应用分析
——以深圳机场扩建项目为例

2022-11-24朱礼鹏王雄雄杨亭波

水利水电快报 2022年9期

朱礼鹏，王雄雄，杨亭波

(深圳市水务规划设计院股份有限公司，广东深圳 518000)

0 引言

在滨海软土地区基坑中，由于主、被动区软土深厚，基坑支护结构的位移及内力难以控制，通常需要采用超长桩或桩撑结构来保障基坑安全，这种处理方式既不经济，也较难把握工期。

在基坑工程中，反压土是一种有效的降低支护结构位移及内力的方法。但是，由于反压土的计算较复杂，通常需要简化计算后才能运用到工程中。李顺群等[1-3]开展了反压土作用效应的机理研究，陈红庆等[4-7]开展了反压土对基坑支护的简化计算方法研究，张正亚等[8]开展了反压土基坑的数值模拟研究，刘畅等[9-10]分析了反压土时间效应影响，王友元等[11-12]结合实际工程设计与施工中的反压土应用对该工艺应用进行了分析。王正庆等[13]结合基坑监测探究了类似基坑变形的规律。

本文以滨海软土地区大型基坑，即深圳机场4号调蓄池新建泵闸站一期基坑工程为例，利用现状海堤填石对基坑进行反压，在考虑反压土的作用时对它的作用进行了简化计算，结合监测数据揭示了滨海软土基坑工程中预留反压土的基坑变形规律。

1 工程概况

随着深圳机场运量的日益增长，对深圳机场三跑道进行了扩建。为保障三跑道扩建工程防洪排涝安全，对机场4号调蓄池泵闸站进行拆除，并在4号调蓄池南端建设排涝泵站，采用泵闸结合形式。排涝闸总净宽27 m，闸孔规模为3 m×9 m(孔数×净宽)，排涝泵站的抽排流量为72.0 m3/s，抽排扬程为2.7 m。工程场地为调蓄池及海堤，较为复杂，需要挖填结合、分期施工。一期基坑工程为海堤内侧调蓄池填挖基坑，基坑深度4.9～16.8 m，最大宽度70 m，长度90 m，平面面积为6 553 m2，属于大型基坑。基坑平面呈七边形桩，采用分段开挖施工方案，临近海堤侧采用抽条式开挖并回填填石。

1.1 工程地质条件

根据深圳机场4号调蓄池泵闸工程地质勘察报告[14]：工程场地原始地貌为滨海滩涂，后经填海形成陆域，现状为原4号调蓄水池以及海堤路。场地内勘探深度范围内揭露的地层有第四系人工填土层、第四系海相沉积层、第四系冲洪积层、第四系残积层及燕山四期花岗岩。工程区域地质条件自上而下依次为素填土、填石、淤泥、黏土、中砂、砂质黏性土、全风化带花岗岩、强风化带花岗岩、中风化带花岗岩、微风化带花岗岩。

1.2 工程水文条件

工程场地地表水主要为海水，海水水位高程在-0.8～2.0 m之间。水位波动受潮汐影响较大，变化幅度为2～3 m。

地下水主要为第四系孔隙潜水、基岩裂隙承压水。对工程有影响的主要为孔隙潜水。潜水位于人工填土(石)层、冲洪积层、残积土层。分布在新近人工填土(石)层的孔隙水由于填料及密实程度不均匀，含水性及透水性在横竖向差异均很明显，总体透水性中等-强透水，进行开挖时可能会有较大流水，并受潮汐影响较大。冲洪积层孔隙含水层主要由中砂构成，局部混粗、砾砂，结构稍密、孔隙发育，透水性好，富水性强，含水层厚度0.50～7.90 m，以潜水为主，地下水主要接受大气降雨、潮汐的补给，排泄到海中。残积土含水层由砂质黏性土构成，厚度一般为1.00～9.50 m，土层透水性和富水性较弱。

工程场地混合稳定水位埋深为1.00～6.70 m，混合稳定水位高程为-3.37～1.65 m，地下水位变化受季节性大气降水的下渗及潮汐影响较大，水位变化幅度约2～3 m。地下水主要由海水、大气降水补给，排泄方向大致由东北向西南，最终汇入大海。地下水与海水关系密切，涨潮时地下水受海水补给，退潮时地下水排入海中。

2 基坑支护设计与施工工艺

2.1 基坑支护设计

工程基坑采用直径1 200 mm钢筋混凝土灌注桩作为支护结构，直径1 200 mm素混凝土桩咬合桩作为止水帷幕。其中，一期基坑位于原调蓄池内，包含自排闸及泵站部分(图1)。南侧基坑、泵站与自排闸间基坑采用双排桩支护，自排闸部分采用单排桩悬臂支护。二期基坑在一期基坑施工完后破除现状海堤，利用堤外围堰+抗滑桩抵抗外部土体及海水压力。

图1 一期基坑支护平面图(单位：m)Fig.1 Foundation pit support plan of phase 1

本文研究的海堤侧支护段位于基坑东南侧，现状海堤由主堤与子堤组成，主堤与子堤主要为填石，中间为黏土防渗。为方便基坑支护桩施工，将一、二期基坑支护桩设置于主堤与子堤之间的黏土部分。一期基坑施工时，主堤堤顶高程为5.65 m，逐级放坡至施工平台1.5 m，基坑底高程-7.0 m，外侧海水高潮位为2.65 m，基坑深度12.65 m。桩顶以上通过主、子堤间黏土防渗，桩顶以下通过咬合桩防渗。根据钻孔资料，主、子堤间并非全为黏土，且填石未落底，该断面内存在不同深度的淤泥，采用φ1 200@2 000冲孔灌注桩支护，桩长29 m，嵌固深度20.5 m。基坑面积较大，施工周期要求短，因此采用现状子堤抽条开挖填石对基坑进行反压的手段，有效降低悬臂支护的位移及嵌固深度。

2.2 施工工艺

2.2.1 调蓄池内填挖法

由于一期基坑位于现状4号调蓄池内，现状地面高程为-1.0～-4.5 m，常水位为0.6 m，机场内涝控制水位为2.0 m，无法开展基坑开挖及主体结构施工作业。因此采用先填后挖施工工艺。首先采用进占法填筑填石围堰，堰顶高程1.0 m，顶宽5 m，在设计道路下采用填石挤淤，挤淤深度3 m；然后在场平侧铺设反滤层，再采用进占法往场平范围内填筑黏土至设计场平高程1.5～2.5 m。待沉降完成后，铺设临时施工道路，道路顶高程2.5 m，路面采用200 mm厚混凝土路面，垫层为200 mm厚水泥石粉渣。

2.2.2 抽条式开挖+反压

对于海堤侧基坑，深度为12.65 m，外侧潮水位变化较大，5 a一遇高潮位为2.74 m，且被动区存在1～3 m的淤泥，悬臂支护嵌固深度及桩顶位移较大。根据就地取材的原则，采用抽条开挖的方式，同步利用子堤开挖的填石对基坑内侧进行反压，以达到降低嵌固深度及桩顶位移的目的。

2.2.3 冲孔

海堤侧支护桩位于主堤与子堤之间，虽然主要为黏土，但也存在较深厚的夹杂填石，同时为了形成有效的止水帷幕，采用咬合桩工艺。咬合桩施工采用液压钢套管全长护壁，机械冲抓成孔工艺。

3 监测数据分析

本文主要分析海堤侧支护桩顶水平位移、沉降、基坑底部位移、海堤沉降的实测数据。海堤侧基坑的监测测点布置见图2。

3.1 桩顶水平位移

海堤侧基坑布设3个桩顶水平位移监测点。从图3海堤侧基坑桩顶水平位移时程曲线可以看出：WY22，WY20均临近基坑边缘，距基坑边缘15 m，WY22，WY20桩顶水平位移变化幅度较小，最终稳定在24.5 mm与51.1 mm左右。WY21位于基坑中部，在基坑开挖过程中桩顶水平位移持续增大。2021年10月1～18日抽条施工中间部位时，桩顶水平位移由68.6 mm增加至87.0 mm，变化速率较快；10月18日后开始反压施工，对桩顶水平位移产生有效抑制作用，桩顶水平位移变形趋于平稳，后期稳定在90.2 mm。在基坑抽条开挖+反压段期间，WY21点位移变化较大，超过设计预警值80 mm。分析其原因主要有：① 由于一期基坑主体结构与基坑边线为7.0 m，反压土体宽度仅2.5 m，反压效果有限；② 由于现场施工条件限制，反压填石未采用重锤夯实，反压效果未达到预期水平；③ 抽条施工+反压对基坑底存在扰动；④ 在汛期后期，外部潮水位变化较大，也导致土体位移增大。

图2 海堤侧基坑监测点布置(单位：m)Fig.2 Layout of monitoring points of foundation pit at seawall side

图3 海堤侧基坑桩顶水平位移时程曲线Fig.3 Horizontal displacement-time curves of retaining pile

3.2 海堤沉降

海堤侧基坑顶布设2个水位观测点，从图4海堤沉降时程曲线可以看出：CJ7沉降变化较均匀，并在2021年10月后趋于稳定，CJ6沉降较大，并在6月中旬至8月初开挖期间沉降较剧烈。开挖至底板施工时，CJ6沉降量为21.1 mm，CJ7最终沉降量为10.4 mm。

图4 海堤沉降时程曲线Fig.4 Measured settlement-time curves of seawall

3.3 地下水位

在海堤侧基坑布设1个水位观测点，从图5海堤侧基坑地下水位时程曲线可以看出：由于采用止水帷幕，坑内降水基本不影响坑外水位，坑外地下水位随着基坑开挖变化不大，主要随着季节性及海潮水位变化。坑内水位随挖随降，与外侧水位关联不大，说明基坑止水帷幕效果良好。另外，WY21在2021年10月出现桩顶水平位移增大与基坑外水位变化较大也有一定关系。