绍兴地区软土地基基坑支护方案分析

李泽深 程元晖 张 芳

(1.绍兴文理学院 土木工程学院，浙江 绍兴312000;2.绍兴市柯桥区建设工程安全质量监督站，浙江 绍兴312000)

0 引言

绍兴地区位于宁绍平原西部，杭州湾南岸，总体地势南高北低，南部为低山丘陵区，向北逐渐过渡为湖沼平原.区内平均海拔高度4.5 m～5.5 m，河流湖泊纵横交错，水文地质情况较为复杂[1]区内广泛分布着第四纪后期的滨海相、泻湖相和溺谷相等海相沉积软土层.软土层有分布范围广、沉积厚度大、成层稳定、纵横向分布变化较小等特点[2].分布于软土地区的城市建筑物，在进行基坑支护设计时，由于地质条件较差，可能出现的问题较多.而一旦出现基坑倒塌等事故，不仅会造成项目本身的安全问题，还极有可能殃及临近的建筑物或临近的地下设施[3-4].因此，在进行基坑支护设计时，必须充分考虑软土特性及特定环境下基坑工程的复杂性.本文对绍兴地区软土分布情况进行总结，结合典型的软土地基基坑支护实际案例，揭示不同支护方案的适用条件，分析相应的工程经验，并就存在的问题提出了改进措施.

1 软土特性及危害

软土泛指淤泥及淤泥质土，具有含水量较高、孔隙比大、透水性较差、土体灵敏度高、抗剪强度低、触变后强度损失大、易流变、基坑开挖时易造成坑壁失稳、地面沉陷等现象的特点[5].当土体的抗剪强度显著低于上部结构的自重及附加荷载时，软土地基会表现出较强的流动性，导致地基出现不均匀沉降变形甚至塌方，失稳等.调查表明，绍兴地区软土分布范围较广，沉积厚度较大.这种特殊的地质条件不仅会给基坑工程的设计和施工带来一定的困难，如果发生基坑边坡整体滑塌等事故，还会导致周边建筑物或地下设施的开裂和沉降(如图1所示实例)，造成巨大的经济损失[6].

在软土(特别是分布较厚)条件下的基坑支护方案设计中，如何保证承载力的要求是需要解决的主要问题，工程中常用的处理方法有坑外卸荷或坑内土体加固等[7].此外，施工中尽可能的减少基底暴露时间，减少对基底土的扰动；宜分层开挖、避免坑内留土高差过大.当工程桩为挤土桩(如管桩)时，土体扰动较大，基坑围护更应重视坑底土的加固.

图1 绍兴某软土地区基坑坍塌事故

2 绍兴软土地基常用的基坑围护类型分析

通过对绍兴地区软土地基条件下的基坑支护项目进行调查，发现目前绍兴地区基坑主要是以一层地下室和二层地下室为主(基坑开挖度一般在4-10 m之间)，同时三层及以上的地下室也在逐渐增多.针对不同的基坑深度和基坑平面尺寸，基坑支护方案的选择也呈多样性的变化[8].绍兴地区软土地基常用的基坑支护类型有以下几种：

2.1 土钉墙、复合式土钉墙

土钉墙技术是在土体内放置一定长度和分布密度的土钉，通过土钉和土体之间的相互作用，来提升土体刚度，弥补土体抗拉、抗剪强度低的弱点，实现整体稳定性的提高[9-11].(如图2所示)土钉墙、复合式土钉墙能够延迟土体塑性变形的发展阶段，同时在破坏的过程中，出现明显的渐进性变形和开裂及扩展的过程，这都可以给施工人员很好的警示作用，不会发生诸如整体性滑塌等危害性较大的突发破坏行为.

a 现场支护图

土钉墙、复合式土钉墙支护形式主要应用于环境条件相对较好，有放坡空间，地表变形要求不很严格地段.而对于需严格控制地表变形地段，则应慎重采用.选用土钉墙、复合式土钉墙支护形式主要应控制地表荷载，强调分层、分段、分块施工，尤其强调施工单位施工质量，土钉的长度、注浆质量以及施工工况.当土钉层数较多时，很多施工单位为方便施工，先挖到第二道土钉标高，然后施工两道土钉，然后一挖到底，补上剩余土钉，最后才进行注浆，甚至不注浆，这都会导致土钉墙发生破坏.

b 土钉墙支护示意图图2 土钉墙支护

2.2 排桩

排桩支护形式的安全度较高，是在绍兴地区的软土基坑支护中较为常用的支护方案.常用的排桩类型有钻孔灌注桩、钢板桩和型钢混凝土搅拌墙等.当土压力较大或变形控制要求较高时，可以设置锚杆或内支撑等[12-13].图3为排桩加预应力锚索支护形式，从图中可以看出，锚杆需要土层提供足够的锚固力来保证其可靠性，因此，在软土层或高水位的碎石土、砂土承中，这种支护形式不宜使用.排桩加支承是本地区应用最多的支护形式，其适用范围广，可用各种土层和基坑深度，一般用于安全等级高的深基坑工程，但在使用时需要注意避免围护桩桩长不足造成桩踢脚现象或引起抗隆起不足，导致基坑整体坍塌现象或压顶梁断裂等安全事故[14].

a 现场支护图

b 排桩加拉锚支护示意图图3 排桩加拉锚

2.3 地下连续墙

地下连续墙是采用原位连续成槽浇筑形成的钢筋混凝土围护墙，具有挡土和隔水双重作用[15].通常连续墙的厚度为600 mm、800 mm、1 000 mm，也有厚达1 200 mm的，地下连续墙一般与锚索或支撑组成锚拉式结构或支挡式结构.地下连续墙具有低噪音、低振动等优点，工程施工过程中对环境的影响较小，同时地下连续墙刚度较大，整体性较好，这使得支护变形较小.同时，地下连续墙可作为地下室结构的外墙使用，实现缩短工期、降低工程造价的目的[16-17].

2.4 水泥土重力式围护墙

水泥土重力式围护墙是无支撑自立式挡土墙，依靠墙体自重、墙底摩阻力和墙前开挖面以下土体的被动土压力稳定墙体，因此一般水泥土重力式围护墙都比较墩重厚实，墙厚一般为0.7～0.8倍开挖深度.因此，此种支护方式要求基坑边与红线之间必须有足够的宽度.水泥土重力式围护墙施工较为方便，且施工中无噪音、无振动、污染较少且挤土轻微，同时具有挡土和止水的双重功能[18].

3 典型案例分析

3.1 工程概况

本工程为绍兴某中央商务广场地块，由三幢高层建筑及一个地标性广场组成，下设二层地下室.地下室包括四个地块，建筑面积分别为：45 000 m2、12 420 m2、10 420 m2、10 000 m2.四个地块合并成一个基坑进行基坑围护设计.基坑开挖深度按板垫层底9.05 m～9.85 m.拟建场地东侧和南侧均为道路，基础外边线距征地红线最近约7.7 m和6 m；西侧为道路且基础外边线贴近征地红线.北侧为规划道路(现为空地)，基础外边线贴近用地红线，场地基本平整，场地条件较好.经调查靠近东南侧有市政管线通过，需保护.场地位置如图4所示.根据岩土工程勘察报告，在基坑开挖影响范围内土层情况如表1所示.

表1 工程地质情况

土层名称土层分布厚度/m①杂填土杂色,松散状,表部主要以回填建筑垃圾为主,下部为粘性土为主,空隙发育,含有机质,土质不均,该层全场分布 1.0 ～2.5 ②粉质黏土黄灰色,软可塑状,含氧化斑及结核,夹粉土团块及薄层,稍有光泽,韧性中等,干强度中等,无摇振反应.该层局部分布 0.5 ～3.0 ③淤泥质粉质黏土灰色,薄层状,流塑,含有机质及半腐殖质,局部见泥质团斑,有光泽,韧性高,干强度高,无摇振反应.该层局部分布 5.0 ～12.5 ④黏土灰绿～褐黄色,厚层状,硬可塑状,富含铁锰质氧化斑点及结核,有光泽,韧性高,干强度高,无摇振反应.该层全场分布 2.0 ～4.0

图4 工程周边环境情况

3.2 基坑支护方案优选

考虑到项目基坑开挖范围较大，开挖深度较深，且基坑平面形状较不规则；同时开挖深度范围内的底部土层主要为淤泥质土或粘性土层，其中淤泥质土力学性质较差，基坑开挖时可能导致坑底抗隆起，同时在基坑周围近距离有道路需保护等问题，拟对以下支护方案进行分析：

(1)钻孔桩加混凝土内支撑.这种支护形式受力合理，变形小，安全度高但造价相对较高，主要适合在开挖深度较大，基坑开挖面积较规则、控制变形较严格，坑底土性差的情况.本基坑开挖深度较深(最大开挖深度为9.85 m)，且周边有道路及管线需要保护，变形需严格控制，故采用钻孔桩加混凝土内支撑的支护方案，是一种可行的支护方案.

(2)SMW工法桩加混凝土内支撑.与钻孔桩相比，工法桩造价较低，但工法桩型钢拔除时，对周边土体有一定影响[19]，本基坑周围有道路需要保护，故采用SMW工法桩加混凝土内支撑的支护方案不是一种可行的支护方案.

(3)钻孔桩加锚杆围护方案的受力特点类似单排桩加内支撑围护.这种支护形式属于开放式支护，方便施工，但相对排桩加内支撑的支护方式可靠性较差，位移变形较大[20]，根据现场实际情况，本基坑最大开挖深度为9.85 m，周边有有道路及管线需要保护，故采用排桩加锚拉支护形式不是一种可行的支护方案.

根据以上的分析与比较，再结合本工程的结构特点、工程地质条件、环境条件，本基坑工程设计采用钻孔桩加一道圆环内支撑进行支护.

3.3 工程经验总结

排桩嵌固深度应有足够的安全度(根据经验，淤泥质土地区嵌固深度一般在1.8～2.0倍开挖深度)，防止排桩出现踢脚或因基坑超挖引起嵌固深度不足现象发生，导致基坑围护结构失稳.此外，支撑体系应注意与支撑梁衔接处部位的压顶梁剪力验算，防止剪力过大，出现压顶梁在该部位的断裂，影响基坑整体安全.施工过程中还应注意对排桩内侧坑底土的加固，来尽量减少地表变形，也可减少坑底土隆起现象[19].

4 绍兴地区基坑支护方案选择中普遍存在的问题

(1)绍兴地区属于典型的软土地区，在基坑施工过程中，应考虑软土的蠕变性带来的危害，即考虑“时间效应”.尽量做到快速施工，减少基底暴露时间，同时及时支护，分层开挖，从而防止基坑变形随着时间的延长而逐渐增大所带来的不利影响.

(2)随着绍兴市越城区旧城改造的不断推进，基坑支护设计会受到周边环境的影响和制约，同时基坑也会因为原有建筑物或构筑物的影响，出现各种不规则的形状.因此，在这种建筑物密集地区进行基坑支护时，需要特别注意周围环境的影响，同时注意保护周围建筑物.

5 结论

绍兴地区河流湖泊众多，水文地质情况较为复杂，其中，软土层的分布有范围广、厚度大等特点.分布于软土地区的城市建筑物，在进行基坑支护设计时，需要特别重视软土带来的不利影响.绍兴地区软土地基基坑支护设计中常用的方案包括土钉墙、排桩、地下连续墙、水泥式重力挡土墙等.在进行基坑支护设计方案的选择时，应根据工程结构特点、工程地质条件及周边环境条件等进行综合分析选定.此外，绍兴地区软土地基基坑支护中普遍需要注意施工过程“时间效应”的影响，同时在旧城改造过程中，应特别重视对周边环境的影响.