深厚软土中超大深基坑支护设计与实践

深厚软土中超大深基坑支护设计与实践

张林锋

天津华勘集团有限公司天津市300181

摘要：基坑工程是一项复杂的系统工程，主要包括支护系统的设计与施工以及土方开挖。在保证安全、可靠、经济、合理的前提下，最大限度地满足土方和主体结构施工便捷性的要求。深软土地基超大型深基坑支护工程涉及因素较多，这方面的要求和矛盾更加突出。许多学者对深基坑支护结构计算方法、基坑稳定性、施工环境影响、优化设计等课题进行了大量的理论和数值研究，并取得了许多成果。

关键词：深厚软土；超大型深基坑；联合支护；

依据基坑工程地质条件和施工部署，综合运用减土卸荷、桩身支护、双排桩、基坑无源区加固等支护结构形式，平面与空间的合理结合，不仅保证了基坑支护结构与周边环境的安全和经济性，而且实现了土方与基底结构施工的便利性，可为类似基坑工程的设计与施工提供参考。

一、基坑特点和支护方案选择

1.基坑特点。基坑工程的主要特点如下：（1）基坑开挖深度大，开挖面积超大且极不规则，周边环境复杂，如不采取合理、有效的支护结构，将造成了基坑暴露时间长，维持期间受大气降水、周边施工动、静荷载等诸多不利因素影响的可能性大。（2）地层条件差：基坑坑壁及坑底主要由湖泊相新近沉积的软塑—流塑状淤泥或淤泥质土层组成，厚达17.5m，具有触变性（灵敏度St高达3.6）、高流变性、高压缩性（压缩系数v1-2a平均值高达0.8MPa-1）及强度极低（fak=40～60kPa，Es=2.0～3.0MPa，c=8～9kPa，￠=3°～5°）等特点，在基坑土方开挖或降水作用下，易发生蠕变及固结沉降，位移量大且持续时间长，对基坑支护结构的稳定性及周边环境十分不利。（3）水文地质条件复杂：基坑开挖面积超大，承压水含水层顶面起伏变化大，层顶埋深介于10.0～19.5m，局部已揭穿承压含水层，必须采取降水措施防止坑底突涌现象。（4）工期紧：根据项目总体进度安排，基坑土方工程要求在3个月内完成，地下室结构施工要求在6个月内完成。对于深厚软土中如此超大规模深基坑工程而言，工期异常紧张。（5）施工进度要求不一，要求部分主楼先行施工，对分段开挖、分段支护提出了很高要求。

2.基坑支护设计总体思路。由于场地土质软弱且基坑开挖面积超大，一次性支护开挖无论从技术还是经济、工期上均有相当大的难度。本基坑支护设计方案结合了主体结构及场地特点，提出了“大坑化小、分区（段）设计、轻重结合、组合支护”的设计理念，即根据场地工程地质、水文地质条件和基坑周边环境特点优化选择支护方案，其主要目的有三：①基坑规模超大，将其分区分块后便于控制变形，确保安全；②满足业主对不同单体的进度要求；③进行重点保护区域及非重点保护区域划分，根据不同的周边环境特点，有针对性地制定支护措施，达到经济、合理目的。降水井平面布置需结合地层条件、开挖深度、施工进度合理布置，需满足局部开挖时承压水处理要求。

3.基坑支护方案选择。根据本基坑工程的开挖深度、周边环境、地层性质，结合地区经验，该工程可供选择的支护方式主要有“支护桩+内支撑”、“双排桩”及“坡顶放坡减载”等。在基坑支护设计过程中，首先根据地层、开挖深度、周边环境、施工进度及部署的不同，详细对基坑支护分区（段），然后对每一段按由简单到复杂、由低价到高价的先后原则试算、比较，同时兼顾工期及其它条件，因地制宜地选用相应支护结构，才能获得最佳支护方案。另外，基坑坑底分布有厚约3～7m的淤泥质软土层，不能为支护体系提供有效的被动土压力，对基坑稳定性十分不利。为保障基坑安全，对基坑周边坡脚以下一定范围、深度内的软土层进行改良加固处理是必要的。根据本基坑工程特点，将基坑划分为8个小区、22个工程地质段，分别采用了“支护桩+对顶撑”、“支护桩+角撑”、“双排悬臂桩”、并辅以“被动区加固”及“坡顶卸土减载”等联合支护手段。为使多种支护结构形式在平面及空间上的有机结合，采取了设置不同宽度的卸土平台、支护桩及支撑结构刚度、坑内加固深度及范围等多种手段。

二、基坑支护结构设计

1.放坡减载设计。利用周边开阔的环境条件，对上部杂填土进行放坡卸载。根据土方挖运通道及支护结构设计要求，坡中设置宽3.0～8.0m的卸土平台。

2.支护桩设计。桩撑支护地段支护桩采用1000钻孔灌注桩，间距1.20～1.40m，桩长介于15.30～17.30m，桩身强度C30。对于无内支撑地段采用双排桩支护，桩径1.0m，桩距为1.4m，排距3.6m，桩长介于15.30～16.30m，桩身强度C30。为充分发挥双排桩作用，桩间土采用粉喷搅拌桩加固（兼作止水帷幕），加固深度为12m，搅拌桩间距为400mm×400mm，水泥用量50kg/m。

3.内支撑设计。基坑呈大致不规则“吕”形，基坑开挖面积超大，且多个拐角为阳角，对基坑稳定性十分不利。在确保基坑安全稳定的前提下，对支撑结构进行优化布置，尽量减少内支撑数量及相邻区（段）间的连接；同时对分段拆、换撑的可行性及可能存在的不利影响进行了充分论证，最大限度地降低了内支撑对结构施工的不利影响，为土方开挖及部分主楼先行施工提供便捷条件。内支撑平面布置具体为在基坑拐点设置以角撑为主的内支撑桁架结构；基坑中部在满足部分主楼先行施工的前提下布置两道对顶撑桁架结构；基坑阳角处支护桩轴线向外作适当偏转以充分发挥内支撑作用，结合坑内留土反压控制基坑变形，确保基坑安全。本基坑支撑构件共分为围囹、对顶撑、角撑、斜撑、联系梁及外拉梁等11种类型，均为砼构件。

4.坑内加固设计。为提高坡脚被动区土强度，保障基坑安全，对基坑周边坡脚以下一定范围、深度内的软土层采用粉喷桩加固，加固宽度9.0～12.0m，厚度2.0～5.5m，粉喷桩设计桩径500mm，间距为400mm，采用满铺台阶状布置，掺灰量50kg/m。

5.土方挖运通道设计。基坑开挖面积大、土质软弱且周边环境严峻，坑内外土方挖运通道相当紧张，如控制不当，土方挖运极易造成坑内工程桩（尤其是管桩）出现倾斜、断桩现象。因此，土方挖运通道设计是本基坑支护工程的一个重要内容。本基坑土方挖运通道专项设计中，除利用基坑周边卸载平台作为运土通道外，还充分考虑到重型车辆动荷载对内支撑结构的不利影响，在A基坑的中部对顶撑上通过增设立柱桩、联系梁及混凝土板以形成施工栈桥，不仅增加了基坑短边方向的支撑刚度，对控制基坑变形极为有利，而且为土方及主体结构施工提供便捷及开阔的空间。

6.地下水控制设计。上层滞水埋藏于表层杂填土中，因含水层不连续，往往成孤立的含水体，侧向补给有限，该类地下水主要通过明排加以解决。赋存于粉质黏土夹粉土中的层间水及层交互层中的承压水，其垂向渗透系数小，不易排水疏干，采用隔渗帷幕进行控制。根据止水帷幕长度及深度分别采用搅拌桩和高压旋喷工艺。对于砂性土层中的承压水，采用中深井疏干降水及减压降水相结合的处理措施。经计算以及优化后，基坑内共布置60口降水井，其中A基坑36口，B基坑24口，降水井设计深度为A区36m、B区37m，滤管长度18m，沉淀管1m；成孔直径为550mm，管径为273mm；单井出水量要求80T/H。

总之，深厚软土层中超大型深基坑支护设计与施工的关键技术问题在于不仅要确保基坑自身结构及周边环境的安全，同时要考虑到后续土方及主体结构施工的快捷方便。该基坑支护设计基于“大坑化小、分区（段）设计、轻重结合、组合支护”的设计理念，通过采用多手段相结合的联合支护手段，并合理布置内支撑，为土方及主体结构施工提供了空间，达到了经济合理、施工时间短的目的。

参考文献：

[1]柳晓青.深基坑支护结构的优化设计计算.2017.

[2]俞晓南.浅谈深厚软土中超大深基坑支护设计与实践.2017.