某软土深基坑支护方案的分析与比选

宋明健，周 军，崔 军

(1.中国十九冶集团有限公司，四川 成都 610031;2.中冶集团武汉勘察研究院有限公司，湖北 武汉 430080)

1 工程概况

某钢厂铁皮坑软土深基坑，位于无锡市周边的滨海相沉积环境，基坑平面呈“L”型，长轴方向为东西向，约32 m;短轴方向为南北向，约28m。开挖面积约275m2。地表标高为+2.1 m(以下分析计算均视地面标高为+0.00，竖直方向的其他深度高度均以此做出相应换算)，基坑坑底设计标高换算前为－4.4 m，换算后为－6.5 m。

图1 基坑形状及周边环境

场地西北侧有一400 kW的配电房，配电房距离基坑开挖红线8.6 m，场地北侧有一钢架结构搭起的大棚，钢架大棚距离基坑开挖红线12.0m，钢架大棚和基坑之间有一临时公路连接，除此之外，周边无其他建构筑物和管线。基坑形状及周边环境如图1所示。

2 工程地质及水文地质条件

工程区域靠近大海，距离海岸线最近距离约2.2 km，除雨季形成的地表小冲沟外，周边无其他径流和水系，地下水位在离地表1.6～1.8 m处。场区内地层分布及其岩土性质，自上而下描述如下。

(1)杂填土:杂色，主要由混凝土路面、砖块、碎石、钢渣、生活垃圾等硬杂质混黏性土组成，碎石含量55%左右，呈湿、松散～稍密状态。

(2)淤泥:灰黑色，含腐殖物和有机质，有腥臭味，切面较光滑，无摇震反应，干强度低，韧性低，呈饱和、流塑状态。

(3)淤泥质粉质黏土:褐灰、灰色，含云母、腐殖物及有机质，夹薄层粘土、粉土及粉砂，其厚度较大，切面较光滑，无摇震反应，干强度中等，韧性中等，呈饱和、流塑状态，局部以粉土为主。

(4)粉质黏土:黄灰、褐灰、灰色，含腐殖物及钙质结核，夹薄层粘土及粉土，切面较光滑，无摇震反应，干强度中等，韧性中等，呈饱和、软塑～流塑状态。

(5)安山岩:青灰、灰褐、褐红色，主要矿物成分为斜长石、辉石，斑状结构，块状构造，节理裂隙不甚发育，断面较新鲜，岩块锤击声清脆。本次勘察未钻穿该层。

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各地层主要力学性质如表1所示。从表1可以看出，基坑开挖深度－6.5 m范围内的岩土，均属特殊类软土，软弱土层累计厚度达4.3 m。因软土含水量高，孔隙比大，承载能力低，变形大，对开挖卸荷后的基坑安全性和稳定性均具有重要的影响。

3 方案设计

根据周边环境和工程水文地质条件，结合相关技术标准［1］～［4］和地区经验，拟采用三种方案进行支护处理。

方案一:放坡+水泥土墙

利用放坡开挖造价最省的优点，先对坑壁上部进行放坡处理，再对坑壁下部采用水泥土墙进行挡土支护。

该方案充分利用了放坡和水泥土墙造价低的优势，但二者组合使用时，各自所承担作用的深度及范围有待优化。软土易于流塑，放坡后土体的自稳能力较差，可能引起较大的开挖和回填土方量。

方案二:面层+挂网+土钉

同样，先利用造价最省的放坡处理措施对上部进行放坡，再在下部粉质粘土中使用土钉、锚杆和面层进行支护。

土钉在粉质粘土中具有很好的适用性，该方法亦能取得较好的支护效果，但二者组合使用时的分担作用有待进一步优化;且，土钉在深厚软土环境的适用性还有待进一步计算分析。

方案三:放坡+钻孔灌注桩+搅拌桩

采用放坡对坑壁上部进行处理，再采用疏排钻孔灌注桩对坑壁中下部进行挡土，疏排桩之间适用搅拌桩进行止水和分担挡土作用。

对6.5 m深基坑来说，该方案可靠性毋庸置疑，但其布置形式和成本情况，有待综合分析。

4 工期和成本分析

按上述3种方案进行设计计算，在满足强度、稳定、倾斜、滑移等安全系数要求时，然后对各方案所涉及的工程量进行统计，在此基础上按地方原材料和工程单价情况进行造价概算分析。

需要说明的是，因各方案均需辅以降水，故以下计算中，均假设坑后水位被降低至－2.0m，坑内水位被降低至－7.0m，且造价分析中，不包括降水的费用。

4.1 放坡+水泥土墙

经计算，放坡段高1.8 m，放坡坡比1:1，放坡段前的台阶宽2.0m，水泥土墙厚4.0m，墙顶标高－1.80m，墙底标高－10.30m，嵌固深度3.8 m，计算模型如图2所示。

图2 放坡+水泥土墙支护方案示意

该方案挖土方量包括基坑红线范围内的土方量和红线之外放坡段的土方量，共合计约3560m3，回填土方量为红向外侧放坡段的土方量，约1500m3，水泥土墙总方量约2720m3，若采用800的搅拌桩，则共需搅拌桩约500根，总长度约4250m。则该方案总造价约34.7万元。

4.2 面层+挂网+土钉

如图3所示，该方案采用6排土钉，按水平间距1.4 m，竖向间距1.2 m布置，最上一排土钉距离基坑顶部1.0m，从上到下土钉最终长度依次为 10m，11 m，11 m，11 m，12 m，10m，面层采用100mm厚的C20混凝土加8@150钢筋网。

图3 面层+挂网+土钉方案示意

该方案土钉计约342根，合计长约3705 m，混凝土方量约52 m3，8钢筋合计约0.35 t。按此计算，总造价合计约21.6万元。

4.3 放坡+钻孔灌注桩+搅拌桩

放坡段土方挖填方量约500m3，钻孔灌注桩80根，合计桩长840m，搅拌桩79根，合计桩长869 m。该方案总造价约38.2万元。

图4 放坡+钻孔桩+搅拌桩方案示意

5 结论

经上述分析和计算，在同样满足安全与稳定的前提下，方案二“面层+挂网+土钉”的造价最省。

土钉技术在我国应用较早，技术较为成熟，且具有材料用量少、施工速度快、安全可靠等特点［5］。在软土基坑工程领域也有较多的成功的应用［6、7］。因此，方案二在该工程中具有较好的适用性。该软土深基坑采用方案二，目前已在顺利施工之中。

［1］刘国彬，王卫国.基坑工程手册(第二版)［M］.北京:中国建筑工业出版社，2009

［2］YB 9258－97建筑基坑工程技术规范［S］

［3］GJB 5055－2006土钉支护技术规范［S］

［4］JGJ94－2008建筑桩基技术规范［S］

［5］郑坚.软土地基土钉支护的若干问题及对策［J］.工程勘察，2004(6):32－35

［6］申懋，黄志斌，牛勋强.复合土钉墙支护结构在软土地基中的应用［J］.施工技术，2007，36(9):5 －8

［7］郑荣跃，张海英，梧松.土钉支护法在淤泥质软土地区的应用［J］.建筑技术，2005，36(12):903 －904