昆明软土地区基坑支护设计研究

云南建工基础工程有限责任公司 昆明 650501

1 工程概况

背景工程位于昆明市西山区陆家社区片区，项目占地面积约23 333.45 m2，规划总建筑面积123 707.5 m2。项目整体设计2 层地下室，规划地下建筑面积30 730.0 m2。

基坑开挖深度11.1 m，基坑周长530 m，工程桩采用800 mm钻孔灌注桩。场地东临规划道路及清水河河道，南侧紧靠日新中路（十里长街），距离日新中路约17 m，日新中路宽30 m，北侧、西侧为规划道路，规划道路宽15 m，规划道路对面为拟建场地，西侧规划道路作为主要施工道路。

2 工程地质

根据基坑专项报告，基坑开挖土层自上而下为：①杂填土，②黏土，③泥炭质土，③1黏土，④黏土，④1粉土，⑤黏土。

3 基坑支护方案比选[1,2]

在深基坑支护中主要采用的支护形式有：放坡+土钉墙支护、排桩支护、桩锚支护、内支撑支护4 种。根据昆明软土地区支护形式主要采用内支撑和桩锚支护形式，单独排桩支护和放坡+土钉墙支护形式应用很少，主要原因是软土地区土质较差，单独排桩支护桩主要应用于单层地下室开挖深度较小的基坑，2 层地下室采用支护桩支护则位移过大，采用放坡+土钉墙支护造成坡脚不稳定，容易造成坍塌。

根据基坑勘察专项报告，本基坑开挖深度范围内存在厚5 m左右的泥炭质土层，有机质含量较高，锚杆抗拔力较低，效果较差，本基坑支护设计中重点考虑泥炭质土层的处理。基坑周边环境见图1。

图1 基坑平面示意

（a）基坑东侧为规划道路，路另一侧为改道的清水河河道，河道距基坑开挖边线距离20～35 m，规划道路为施工道路，周边不具备完全放坡条件。

（b）拟建基坑南侧紧邻日新中路，基坑开挖边线距道路边线约17 m，具备适当放坡条件。日新中路范围地下管线较多，因此该段支护方案设计及施工过程中均需对照地下管网图，注意避让地下管网。

（c）拟建基坑西侧紧靠规划道路，现地表无任何既有建（构）筑物，规划道路为主要施工道路，只具备局部放坡条件。

（d）拟建基坑北侧为西山区城中村改造B地块用地范围，周边环境较为简单，具备适当放坡条件。

为了尽量节省造价，考虑到工期比较紧，结合基坑周边环境及以往工程实例，基坑北侧具备放坡支护条件，整个基坑不适合采用全内撑支护形式，并且内支撑施工工期长，造价高，支护形式主要从桩锚支护形式考虑。

基坑东侧与西侧紧邻规划道路，采取支护桩+锚索进行支护，按照传统锚索设置形式设置斜向锚索，泥炭质土埋深在地面以下3～10 m位置，支护桩第1道和第2道锚索锚固段在泥炭质土层中，造成锚索拉力较小，桩顶位移较大，为了保证基坑安全，结合基坑周边环境，在距离基坑20 m处位置设置锚桩，支护桩第1排锚索与锚桩相连，通过锚桩提供锚索拉力，可以保证锚索拉力不衰减，可以有效控制支护桩桩顶位移。在支护桩靠近坑底位置设置2 排普通锚索，锚索角度调整为30°，尽量使锚索锚固段控制在坑底以下较好土层中。

基坑南侧靠近日新中路，由于距离市政道路约17 m，锚索不能施工到市政道路下面，因此采用双排桩支护，由于基坑开挖深度较深，又位于软土地区，只采用双排桩进行支护结合以往工程实例，位移很难控制，因此在双排桩之间施工短锚索，拉力控制在100 kN，通过短锚索拉力有效控制双排桩位移。

本基坑采用支护桩+地锚支护形式，与全内撑支护形式相比较，在坡顶设置地锚不需要养护就可以直接张拉，节省了普通锚索施工养护的时间，直接开挖到下一排锚索，在下一排锚索施工的同时可以施工支护桩，使整个项目工期与内支撑支护工期相比，节省近3 个月，内支撑支护则需要在地面施工工程桩，并且土方比桩锚支护形式开挖速度慢，运输造价高，通过对比，桩锚比内支撑支护体系造价节省约600 万元。

4 基坑支护设计[3-6]

4.1 基坑支护结构设计

根据基坑周边环境和地质情况，考虑到施工工期和造价成本，在基坑支护中采用以下形式支护：

（a）基坑北侧采用直接放坡支护形式。

（b）基坑东侧、西侧采用单排桩+地锚+锚索进行支护。

（c）基坑南侧采用双排桩+锚索进行支护。

4.2 止水桩设计

本基坑开挖范围内土层为泥炭质土，有机质含量较高，普通深层搅拌桩根据工程经验在有机质含量较高土层中水泥很难成桩，起不到止水、挡土的效果，因此本工程止水桩采用三轴水泥土深层搅拌桩施工，不仅起到止水效果，还能有效加固土层起到挡土效果，搅拌桩Φ650 mm，间距350 mm，搭接200 mm，并且施工中采用套打施工法，每次套打1 根。基坑底部和顶部设置截、排水沟，将雨水和地下水汇集到积水井内，并对坡顶土层进行硬化，防止地下水渗入基坑。

4.3 土方开挖设计

基坑土方开挖本着“分层、分段、随挖随喷、保持基坑支护体系安全”的开挖施工原则。并且考虑到存在软土，每层土体开挖深度控制在1.5 m以内，每段长度不得超过20 m，土方每段开挖完后立即施工锚索、腰梁，待锚索张拉后方可开挖相邻段土方。土方开挖过程中应采取措施防止碰撞支护结构或扰动原状土，并在开挖段做好排水工作，防止地下水、雨水在基坑边汇集，影响土体主动土压力，造成基坑变形。在此项目上对出土通道应加强处理，采用土夹石进行置换泥炭质土层，再修筑临时道路，防止车辆陷入软土中。

4.4 基坑监测设计

本基坑位于滇池软土地区，基坑监测尤为重要，重点监测支护桩位移、土体深层位移、锚索应力等。监测频率严格按照基坑监测规范要求，每天定时、定人进行监测，随时掌握土方开挖过程中支护结构位移情况，对发生位移数据突变的及时报告给监理、业主、设计方，采取应急措施，以确保基坑安全。

4.4.1 围护结构

围护结构主要监测桩顶水平位移、桩顶竖向位移、锚索应力等。根据本基坑特点，重点监测基坑南侧，在支护桩冠梁顶每15 m设置一个监测点，监测水平、竖向位移，而基坑东侧和西侧每20 m设置一个监测点。锚索应力监测点在基坑南侧设置8 个，每层锚索2 个点，位于基坑中部；基坑东侧和西侧锚索应力监测点每侧设置3 个，在每层锚索中部设置1 个监测点。

4.4.2 基坑土体及周边环境

基坑土体监测重点是土体深层位移，在基坑南侧设置深层水平位移监测点，共5 处，东侧和西侧每侧各设置2 处，基坑北侧设置2 处，通过土体深层位移掌握土压力变化情况，了解支护结构受力状态。基坑周边环境重点监测基坑南侧日新中路沉降及开裂情况，在路中间及两侧设置沉降监测点，间距15 m，其他两侧主要监测施工道路沉降，监测点每20 m设置1 个。

5 深基坑施工主要技术措施

5.1 止水桩技术措施

（a）考虑到本项目土层存在较厚泥炭质土层，因此三轴深层水泥土搅拌桩正式施工前，应根据设计要求进行工艺性试桩，数量不少于2 根，通过试桩确定在该地层中施工参数是否与设计要求相匹配。

（b）三轴水泥土深层搅拌桩施工桩径650 mm、间距450 mm，采用P.O 42.5水泥，水灰比控制在1.2，桩位偏差不大于50 mm，垂直度偏差小于0.5％，为了保证成桩质量，施工过程中采用两喷两搅施工工艺。

（c）为了确保止水桩成桩效果，控制搅拌机下沉和提升速度不大于0.6 m/min，并保持匀速下沉或提升，搅拌提升时不应使孔内产生负压造成周边地基塌陷。

5.2 锚索

（a）锚索成孔过程中为了尽量减少坍孔现象，必须采用导管跟进成孔注浆，套管直径不得小于成孔直径，孔位允许偏差不大于50 mm，锚索钻孔的孔深应超过设计长度1.0 m作为沉渣段，以保证锚固体水泥浆凝固后质量，防止成孔过程中土体进入锚固段。

（b）水泥浆采用P.O 42.5R水泥拌制，水灰比为0.5，强度等级不低于M30，每米水泥用量不少于70 kg。

（c）为了保证锚固段质量，施工过程中采用二次注浆，第1次采用常压注浆，第2次注浆压力为2.0～3.0 MPa，二次注浆时间间隔以终凝时间控制或根据现场试验确定。注浆管应随锚索下至孔底。

5.3 旋挖钻孔灌注桩

（a）地层主要存在泥炭质土和粉土，造成旋挖钻孔桩成孔过程中坍孔现象，严格控制泥浆浓度，在配置泥浆中加入膨润土、碳酸钠等。

（b）考虑到土层出现坍孔现象，为了保证成桩质量，采用普通钢护筒施工，护筒埋设深度穿过泥炭质土，进入黏土层，埋设护筒时用水准尺检查垂直度，护筒顶一般高于原地面0.3 m，以便钻头定位及保护桩孔。

5.4 土方开挖

（a）土方开挖严格按照分段、分层、跳挖的原则，把整体基坑划分为42 个小段，每段长度约20 m，开挖过程中分段跳挖，先开挖1、3、5段，然后开挖7、9、11段，然后返回开挖2、4、6、8、10、12段，分次开挖3段，依次循环开挖。

（b）每段开挖完土方，考虑支护桩被动区泥炭质土较好，防止开挖后支护桩位移过大，必须在当天内完成每段锚索施工，施工完锚索后马上回填部分土体，然后等锚索养护张拉后再开挖回填土体。

（c）开挖过程中采用盆式开挖法，考虑工期时间紧，先对北侧放坡段土体进行开挖，其他几侧预留8 m宽平台放坡开挖到基坑底，先挖到底位置施工工程桩，在施工工程桩同时施工剩余锚索和开挖预留的土体。

6 技术创新与应用

本施工场地为典型的滇池软土地区，由于特殊的地层性质，造成此区域基坑开挖过程中支护桩顶部位移较大，多数基坑造成周边道路沉降，本项目充分考虑到泥炭质土性质，在支护方案中采用了不同常规的设计理念。

6.1 锚桩在泥炭质土中的应用

常规的桩锚支护形式，锚索一般设置为斜向施工，锚索锚固段主要集中在泥炭质土层中，因此造成锚索长度很长，锚索拉力仍不能达到设计要求，并且锚索蠕变严重，基坑变形较大。经过仔细研究分析，在本基坑设计中对锚索拉力采取以下几种措施：

（a）采用锚桩提供锚索拉力，在基坑开挖深度2 倍距离以外设置锚桩，通过锚桩与土体摩擦力和被动土压力提供支护桩第一排锚索拉力，既能有效保证锚索拉力，又可以在基坑开挖过程中对锚索进行张拉，随时控制支护桩顶部位移。

（b）锚索施工中严格采用套管施工，并且套管直径严格控制，允许套管直径与成孔直径相匹配，尽量减少锚索在成孔过程中对土体造成扰动，减少周边地面沉降。

（c）锚索在注浆过程中采用高浓度水泥浆，水灰比达到0.5以上，并在水泥浆中加入早强剂，以达到锚索锚固效果。

6.2 双排桩+锚索在泥炭质土中应用

根据以往经验，双排桩主要应用在10 m以上基坑支护中，但在软土地区双排桩位移较大，主要原因是支护桩被动土压力较小，多数基坑采用加固被动区土体来控制桩顶位移，本基坑根据基坑周边环境，采用短锚索来控制桩顶位移。通过本项目的工程研究，在软土地区根据项目周边环境，采用合理支护方案和施工措施，桩锚支护形式仍可以保证基坑安全，比采用内支撑支护形式既节约工期，又节省造价。

7 结语

昆明软土地区泥炭质土蠕变性较强，在基坑支护设计中应加强重视，特别是采用锚索支护时，重点考虑锚索拉力衰减效应。如果有空间应尽量采用锚桩支护形式提供锚索拉力。此次工程采取的锚桩支护取得了不错的效果，值得进一步推广。