温州厚填土深基坑支护设计分析

张会新

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司 上海200092）

0 引言

温州城市地下空间发展迅速，超大规模深基坑不断涌现，而当地深厚填土或滨海相淤积软土层的地质条件对基坑安全风险较大，特别是邻近既有建（构）筑物区域，对保护对象的变形控制极为不利，工程事故不断出现，温州地区典型的工程地质和水文地质特点得到重视。国内学者通过工程案例统计和计算分析，获得了不同支护型式的变形规律，并结合支护型式的特点提出相应的适用性建议［1-3］，为当地基坑支护方案优选及应用提供了一定的参考。

温州市滨江商务区某项目邻近瓯江，场地范围原为池塘，除存在深厚淤泥或淤泥质土层以外，表层存在10 m左右厚的杂填土，工程地质和水文地质条件较一般工程更为复杂。国内诸多学者对深厚杂填土的性质指标和特定的基坑支护型式进行了研究［4，5］，但不同地区差异较大，而温州存在深厚杂填土的深基坑工程案例则更少。因此，本文以此项目为依托，对该深基坑进行支护设计和分析，对本工程后续区段或类似工程具有一定的指导或参考意义。

1 概况

1.1 工程概况

本工程地下1层商业，地下2层车库，基坑开挖深度13.55～13.95 m，基坑开挖面积约19 838.7 m2，周长约656.5 m，呈近似梯形，长边方向长约227 m，短边方向宽约112 m。

基坑四周均为已建市政道路，其中北侧与瓯江仅隔35 m宽的市政主干道瓯江路；南侧商务六路因本工程施工临时阻断，但邻近保留景观桥，基坑开挖边线距离景观桥桩基础最近仅3.8 m；西侧和东侧分别为商务三路和商务四路，市政道路上分布有燃气、给水、电力、通讯、排水等市政管线，周边环境极其复杂。工程平面如图1所示。

图1 工程平面Fig.1 The Project Site Plan

1.2 工程地质

拟建场区地层分为4个工程地质层及9个亚层:

①1层杂填土:近5～10年新近堆积土，碎块石含量20%～75%，粒径2～50 cm，松散～稍密；层厚2.40～10.80 m，局部缺失。

①2层素填土:近5 年新近堆积土，为周边建筑工地的废土；层厚1.00～2.80 m，局部分布。

②1层淤泥:夹薄层状粉砂，流塑，高压缩性，高灵敏度；层厚0.70～6.50 m，局部缺失。

②2层淤泥夹粉砂:粉砂呈层状，含量很不均匀。饱和，流塑状，高压缩性，高灵敏度；层厚0.70～8.10 m，局部缺失。

②3层粉砂夹淤泥:以粉砂为主，夹（混）部分层状淤泥；淤泥含量5%～20%；饱和，松散～稍密，中压缩性；层厚5.20～12.80 m，局部缺失。

②4层淤泥:少量夹有薄层状粉砂；饱和，流塑状，高压缩性；层厚3.90～8.90 m。均有分布。

②5层淤泥质粉质粘土:饱和，流塑状，高压缩性；层厚1.50～10.20 m，均有分布。

③1层淤泥质粘土:饱和，流塑状，高压缩性；层厚14.40～17.90 m，均有分布。

④3层卵石:粒径大于2 cm 的粗颗粒50%～70%。充填物主要为粉质粘土、中细砂，稍密～中密，低压缩性；厚度9.80～14.80 m，均有分布，未钻穿。土层物理力学指标如表1所示。

表1 土层物理力学指标Tab.1 Physico-mechanical Index

表1中土工试验剪切试验指标为测试峰值强度标准值，根据温州当地经验，一般乘以0.7～0.9 的折减系数。通过工程类比和反演计算，本工程剪切指标折减系数取0.9。

1.3 水文地质

拟建场地浅层为孔隙潜水，主要分布于人工杂填土、粘土、淤泥夹粉砂层中，地下水迳流条件较复杂，与瓯江具有一定的水力联系，稳定地下水位埋深约为2.86～4.38 m，高程为0.78～2.44 m，主要由大气降水及邻近地表水体补给，主要通过蒸发及下渗排泄。

承压水主要赋存于第②2层粉砂夹淤泥和第④3层卵石，②2层承压水位标高为0.54～0.89 m，测得其承压水头为8.06～10.41 m；④3层承压水位一般在其层面以上30～40 m，承压含水层其补给、排泄方式主要通过侧向渗透。本工程第②2层在开挖深度内，止水帷幕隔断；经验算，第④3层满足抗承压水稳定性要求。

2 基坑支护设计

2.1 工程特点

⑴超大、超深:基坑总面积约19 838.7 m2，基坑开挖深度13.55～13.95 m。

⑵周边环境复杂:3倍基坑开挖深度范围内存在既有市政道路、管线、景观桥，保护要求高。

⑶地质条件复杂:场地范围存在较厚的填土、淤泥或淤泥质土层，对基坑稳定性和变形控制极为不利。浅层填土和粉砂层渗透系数较大，潜水水位高，且与瓯江存在较强的水力联系，地下水控制较为困难。

2.2 基坑支护设计

本工程基坑安全等级为一级，采用钻孔灌注桩+三轴搅拌桩+3道钢筋混凝土支撑+坑内暗墩加固的支护形式［6］。

⑴一般区域:采用φ 1 000@1200 的钻孔灌注桩围护，灌注桩插入比均约1∶2.0。止水帷幕选用质量可靠的φ 850@600 三轴搅拌桩作为止水帷幕，三孔为一幅，相邻幅套打一孔；止水帷幕穿过第②3粉砂夹淤泥层微承压含水层，进入第②4淤泥层不小于2.0 m；考虑到填土和淤泥可能对止水帷幕的成桩质量的影响，三轴搅拌桩的水泥掺量为25%，且止水帷幕与钻孔灌注桩中间空隙采用压密注浆充填。坑内被动区加固采用φ 850@600 三轴搅拌桩加固，加固宽度5.65 mm，坑底以下加固厚度4.0 m，水泥掺量20%；坑底以上低掺量加固至第1道支撑底面，水泥掺量10%。加固范围为长边中部、阳角、邻近保护对象区域和局部深坑等不利位置。一般区域支护剖面示意图和景观桥位置支护剖面示意图如图2所示。

⑵景观桥区域:采用φ 1 200@1 400 的钻孔灌注桩，坑内被动区加固采用裙边加固，以有效控制变形。

2.3 支撑平面布置

竖向设置3 道钢筋混凝土支撑，一般区域采用边桁架+对撑+角撑的支撑布置形式，支撑间距7～10 m；邻近景观桥区域采用井字形对撑（见图3）。

2.4 特殊岩土处理

本工程主要存在深厚填土、淤泥或淤泥质土，主要采取如下处理措施。

⑴对场地范围的杂填土进行施工勘察，并进行试成桩，检验场地桩基施工的可行性。

⑵建筑垃圾、石块等粒径小于50 cm，灌注桩施工时进行冲孔挤压，三轴搅拌桩适当偏移施工。

⑶局部建筑垃圾、石块等粒径大于50 cm 区域，灌注桩和三轴搅拌桩采用冲孔换填施工，部分块石大于1 m的区域，结合高压旋喷桩止水。

图2 支护剖面示意图Fig.2 The Section of Supporting Structure

图3 第1道支撑平面布置Fig.3 The First Layer of Support Structure Plan

⑷深厚淤泥或淤泥质土，根据温州当地类似工程经验和计算分析，插入比控制在1∶2.0 左右，稳定性和变形满足规范要求［7，8］。

3 计算及监测分析

3.1 计算分析

借助有限元软件建立二维模型，模型的宽度和高度分别为120 m 和60 m，均大于3H，可不考虑边界效应对计算结果的影响，模型侧边和底部设置约束（见图4）。采用土体和加固体采用硬化模型（HS 模型），桩、结构均采用板单元弹性构件模拟，支撑采用锚定杆模拟，支撑间距10.0 m，有效长度15.0 m。结构与土体之间的接触面强度按85%折减［9，10］。

图4 计算模型Fig.4 Calculation Model

3.2 计算结果

计算结果表明，基坑开挖至坑底时变形最大，且变形最大点出现在基坑底部位置，最大水平位移38.50 mm；基坑竖向位移主要为坑底隆起，坑底竖向位移最大约为46.85 mm；桥梁板最大水平位移17.92 mm，最大竖向位移约为16.83 mm，说明基坑开挖对景观桥的影响在可控范围内。水平变形云图如图5所示。

图5 水平变形云图Fig.5 Shadings of the Horizontal Displacement

3.3 实测结果及分析

信息化施工可实时反馈基坑和对周边环境的影响情况，对指导施工具有重要意义。沿基坑和保护对象周边布置监测点，进行全过程的信息化施工，得到基坑施工过程中的实测数据。

对一般区域和邻近景观桥区域分别进行研究，将围护桩测斜（CX）和土体测斜（TC）实测数据与同济启明星（FRWS）理论计算结果、PLAXIS 数值计算结果对比，结果如图6所示。

对比结果显示，一般区域最大位移均出现在坑底附近，数值计算最大位移54.17 mm，大于FRWS 计算结果和实测结果。邻近桥梁区域实测结果略小于理论和数值计算结果，数值计算最大位移35.60 mm。但实测结果最大位移出现在8 m 深度处，土体深层水平位移呈现双峰结构，第二峰接近坑底位置，FRWS最大位移点介于实测数据和Plaxis 计算结果中间，推测可能是因为景观桥梁距离基坑较近，桥梁结构刚度较大，故而造成实测结果与理论和数值计算的偏差。

图6 计算结果与实测数据对比Fig.6 Comparison of Calculation Results and Measured Data

坑底以下实测结果迅速收敛，在25 m深度附近位移基本为0；FWRS 计算结果与实测数据趋势基本一致，在30 m 深度附近位移小于5 mm；PLAXIS 计算结果在坑底以下位移略有收敛，但趋势不明显。可能因为坑底以下的②4层淤泥、②5层淤泥质粉质粘土和③1层淤泥质粘土的实际侧向约束效果相对较好。

4 结论

本文依托具体工程案例，对温州地区深厚填土软土深基坑进行设计和分析，计算分析结果与实测数据基本吻合，目前该工程大面积区域底板已施工完成，局部第二道支撑已拆除，基坑状况良好，变形在规范要求范围内。本工程的顺利实施，总结如下结论，可为本工程后续区段或类似工程提供借鉴和参考。

⑴计算结果和实测数据基本吻合，变形在可控范围内，说明本工程采用钻孔灌注桩+三轴搅拌桩止水帷幕+钢筋混凝土支撑+三轴搅拌桩坑内加固方案安全可行；填土和软土层抗剪强度指标按0.9折减，插入比控制在1∶2.0左右可满足基坑安全和经济性要求。

⑵深厚填土粒径较大的区域，可采用冲孔换填施工灌注桩和高压旋喷桩分别作为围护桩和止水帷幕具有可行性。

⑶邻近保护对象区域通过加大桩径，调整支撑布置为对撑，设置裙边加固，围护桩深层水平位移可控制在35.8 mm，景观桥的变形也均在20 mm内。

⑷坑底软弱土层对围护桩的实际侧向约束效果较理论和数值计算好。