深厚软土地区基坑支护设计与几点体会

张旭斌　武恒　李圃林

【摘 要】随着经济的发展及城市化进度的加快，土地资源也越来越紧张，地下空间的开发和利用成为一种必然，因此产生了大量的基坑工程，尤其是城市中心位置，周边环境较严峻、深度以及开挖规模大，导致基坑支护工程的设计和施工难度也变大。基坑工程是一个复杂的系统工程，包括支护体系设计及施工和土方开挖、地下水控制、工程检测以及周边环境保护等内容，即除了必须确保基坑侧壁及周边环境安全外，还应在安全可靠、经济合理的前提下最大限度地满足土方开挖及主体结构施工便利的要求。在深厚软土地区，由于软土具有天然含水量大、孔隙比大、压缩系数高、强度低等不良工程特性，在基坑的设计和施工中，常常会因为土体失稳或者支护变形过大而造成重大工程事故。下文对深厚软土基坑支护设计与施工进行探讨。

【关键词】深厚软土地区；基坑支护；设计；

1 软土地区基坑支护设计现状概况

基坑工程是一项综合性强的工程，它主要包括有基坑支护体系设计与土方的开挖，同时，基坑支护体系属于建筑结构中的临时工程，在地下结构物施工完成后即完成其功能，其使用时间相对较短。当前，城市高层建筑以及地铁工程的迅速发展，城市中基坑工程越来越多也越来越复杂，尤其在软土地区，如何确保地下工程在建设过程中的安全、经济和高效性，是岩土工程技术人员急需解决和面对的问题。

天津、上海等地区，由于地质构造作用形成海陆相交互的地层，浅层地层土质较差，很多地区有深厚淤泥质土层，对地下工程的建设带来了很多困扰，在软土地区目前除去放坡开挖外，常用的支护体系按照支护原理有以下几种：

（1）重力式围护结构。目前在工程中用的较多的是水泥土重力式挡墙，一般采用水泥土搅拌桩，也有采用高压喷射注浆法。水泥土搅拌桩，也称之为深层搅拌桩，是利用水泥石灰等材料作为固化剂，通过搅拌机械，将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体。在软土地区处理5m左右的基坑中有广泛的应用，经济有效且施工简单。

（2）悬臂式围护结构。常采用钢板桩、混凝土钻孔灌注桩、地下连续墙等形式。悬臂式围护结构依靠足够的入土深度以及结构的抗弯能力来维持整体稳定和结构的安全，这种结构对开挖深度非常的敏感，易产生较大的变形。一般适用于开挖深度较浅且土质较好的基坑工程。通常对于地下水位埋深较浅的软土地区，悬臂式排桩支护多用于开挖深度在4-6m的基坑，其后设置一排水泥土搅拌桩止水帷幕，止水的同时防止软土土层桩间土的流失。

（3）内撑式围护结构。该结构由两部分构成：内撑体系和围护结构。前者主要采用水平支撑和斜支撑，承受挡墙结构所传递的水、土压力，支撑常采用钢筋混凝土支撑和钢管支撑两种，围护结构常采用钻孔灌注桩、型钢水泥土搅拌桩和地下连续墙等。对于开挖深度为6～12m的基坑，常采用钻孔灌注桩，其后设置深层搅拌桩或高压旋喷注浆防水，并设多层支撑，支撑需综合考虑土层情况、场地环境及围护结构变形的要求设置。对于开挖深度大于15m的基坑，常采用地下连续墙，设多层支撑，通过设置高强度刚度的支护结构来确保支护结构的安全。

2施工过程中基坑支护主要的破坏形式

软土地区基坑支护发生时候的主要破坏形式如下：

（1）基坑围护结构大变形

基坑支护中最为常见的危害即为支护结构变形较大或者周边地表沉降产生裂缝等，引起此类危害的原因是多种情况的，如设计时地面荷载的计算不准确、采取开放式降水或者止水帷幕局部未封闭、突发性降雨引起土压力增大、重载车的通行引起支护结构变形、支撑刚度太小等。通常支护结构的位移增大与周边地表沉降是相关的，一旦出现变形需及时控制，防止位移不断加大造成地面沉陷或者支护结构破坏。

（2）围护结构整体失稳

对于放坡开挖，由于坑底为淤泥质土、或者上部荷载较大以及设计失误，坡体整体滑移失稳，在天津滨海新区常出现坡体滑移剪断工程桩的事故，造成大量的经济损失；对于桩墙式支护结构，通常由于围护结构插入土体的深度不够导致整体失稳，由于入土深度不够造成承受被动侧土压力承载力不够，使得主動侧土体推动围护结构以地面为中心转动，发生整体滑动失稳，也称“踢脚”破坏，会造成严重破坏，如之前杭州地铁事故。滨海区域由于软土地区软土土层较厚，通常需要设置较长支护桩穿过深厚海相软土层并进入较好陆相层，以防止此类事故发生。

（3）基坑坑底隆起

基坑开挖完成后，基坑底面的变形量由两部分组成：一部分是由于开挖后的卸载引起的部分土体回弹量；另一部分由各种原因引起，如土体的松弛与蠕变加大了隆起；基坑积水使粘土吸水使土的体积增大而隆起；挡墙嵌固深度不足，发生失稳或者坑底软土土体发生塑性变形而上涌；同时软土具有蠕变特征，考虑时空效应，基坑暴露时间过长会引起坑底隆起的加剧。

（4）流沙流土

软土地区地下水较丰富，尤其是基坑较深时，底部的不透水层较薄，而且在不透水层下面具有较大水压力的承压含水层时，基底容易发生突涌、管涌隆起破坏。若基坑底土层含粉土，则宜发生流沙流土现象，这在沿海软土地区常出现的问题。

3基坑支护设计和施工的影响因素

对于软土地区基坑支护从设计和施工的角度来看，基坑施工过程中的安全需要从以下角度来重点考虑：

（1）支护结构

支护结构的选择对于基坑安全保障是至关重要的，包括支护结构的类型，支护结构的刚度强度以及它的嵌固深度，支撑的设置的位置以及采用的材料等，止水帷幕的设置以及降水方式等。深厚的软土土层是影响基坑支护结构选型的重要因素，尤其是深大基坑要着重考虑整体失稳以及坑底隆起的重大基坑危害，通过合理的计算来选定支护结构。

（2）水的影响

基坑的降水是保证基坑施工以及确保基坑安全的重要措施，止水帷幕的设置以及采用合理的降水方式是确保施工安全的重要内容。施工时候要确保施工质量，并保证基坑开挖过程中坑底无积水以及侧壁漏水，若有渗漏及时注浆或采取其他方式封堵。

雨季施工时需要做好相应的应急预案，防止雨水和地表积水进入基坑，使基坑桩后土和坑底的土体软化，从而导致土体自身承载力下降，造成基坑的支护结构受力增大，增大墙体位移和周围地表沉降，进而造成较大的危害。

（3）基坑的开挖顺序以及施工周期

在基坑开挖的过程中，可以根据场地条件以及施工规划合理安排开挖方式，分部分块开挖，及时的施工支撑且开挖后及时试做垫层并顶至支护桩，能够有效的减少支护结构的位移，同时在软土的基坑施工中，周围土体受到一定的应力，一部分区域受力较大形成塑性区，使土体具有流变性，而且土体会随暴露时间的延长移动，特别是在剪应力水平较高以及容易受到扰动的部位。故基坑暴露时间对基坑地层移动的影响是不可忽略的，应尽量减小开槽后基坑的暴露时间。

（4）基坑内部土体的改善

采用物理或化学方法对基坑工程中的天然地基进行加固，改善土体的力学性质，尤其对于坑底在软土层，且容易发生流沙流土现场的位置可以采用高压旋喷桩或水泥土搅拌桩加固，同时也能达到止水隔水的效果。

（5）监测方案

在基坑工程中，设计中要求包括变形、强度、稳定三方面。但基坑支护的设计的结果，需要借助实际工程的反馈对设计进行不断调整完善。因此，在施工中制定详细的监测方案，尤其是深大基坑工程，准确的监测方案是对施工以及设计的指导，能够有效的防止基坑支护中重大安全事故的发生，这是在基坑施工过程中非常重要的一环。

4结语

近年来，为了适应建筑业的迅速发展，我国基坑支护的设计与施工已经建立了一套较为完善的设计技术理论，并总结出了不少实践经验。但是，土层结构、地下水的复杂性以及设计理论的研究，仍需要岩土工作者适时进行革新与完善，以适应不同的实际情况的需要。设计人员和施工人员都要加强对经验的积累并不断吸取学习补充相关的设计理论与知识，加深对软土的工程特性的了解，通过现场实际施工情况及监测反馈，对设计理念以及设计方式不断地比较、论证、调整，并进一步应用在深基坑支护领域，促进我国地下空间领域建设的发展。

参考文献：

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