复杂市域环境逆错层式深基坑支护案例探讨

汤文岗，袁梓瑞，王 浩

(江苏省岩土工程勘察设计研究院，江苏 镇江 212021)

1 工程概况

某拟建项目由7栋住宅楼和3栋商业楼组成，下设2层大底盘地下室。该项目场地位于某市中心，周边环境复杂，场地北侧、东侧及西侧红线外均存在已建5～6层砖混结构居民楼，场地南侧红线外为内城河，地理位置示意见图1。

图1 地理位置图

场地整平标高7.50 m，地下室2层底标高为-2.50 m，基坑挖深10.00 m；地下室1层底标高为1.30 m，基坑挖深6.20 m；基坑周长约740 m，基坑面积约22 500 m2。基坑形状不规则，地下室2层平面与地下室1层平面不统一，存在错层。基坑开挖需考虑对地下水的控制及对既有民房的保护，严格控制基坑开挖变形。

2 场地工程地质条件

2.1 场地岩土工程地质特征

据钻孔揭露，场地上覆土层为第四系全新统人工填土、粉土、淤泥质粉质黏土夹粉土、淤泥质粉质黏土、粉质黏土和粉质黏土夹粉土，上更新统粉质黏土，下伏基岩为白垩系(K2)砂岩。

开挖涉及土层描述如下：①层素填土:黄色、黄褐色、灰色、杂色，湿、很湿至饱和状态，土质松散～稍密状态，分布不均匀，层厚3.20～6.00 m，土的工程性能差，不能利用。②层粉土：黄色～灰色，稍密，很湿，有微层理，夹薄层黏性土，黏粒含量较高，土质不均匀，结构较松散，干强度和韧性低，摇振反应中等，无光泽，层厚0.70～3.20 m。③层淤泥质粉质黏土夹粉土：灰色，饱和，流塑，顶部夹薄层泥炭质土，有层理，含大量有机质，夹薄层粉土，呈“千层饼”状，土质不均匀，结构松散，干强度和韧性中等，无摇振反应，稍有光泽。层厚0.70～9.40 m。④层淤泥质粉质黏土：灰色，饱和，流塑状态，夹薄层泥炭质土，有层理，含大量有机质，土质不均匀，结构松散，干强度中等，韧性高，无摇振反应，稍有光泽，层厚0.60～12.20 m。⑤粉质黏土夹粉土：灰色～灰褐色，可塑，局部为软塑状态，饱和，夹薄层粉土，粉粒含量高，有微层理，土质不均匀，结构较松散，干强度中等，韧性中等，无摇振反应，稍有光泽，层厚1.80～8.40 m。⑥粉质黏土：灰褐色～黄褐色，可塑，饱和，见铁锰质氧化浸染，含少量高岭土，土质较均匀，结构较致密，干强度中等，韧性中等，无摇振反应，切面稍有光泽，层厚1.80～13.00 m。

地下室1层坑底主要位于①素填土层，地下室2层坑底主要位于③淤泥质粉质黏土夹粉土层。

2.2 地下水

根据地下水的赋存、埋藏条件，本场地的地下水类型主要为孔隙潜水和基岩裂隙水。孔隙潜水主要赋存于①层素填土、②层粉土、③层和④层淤泥质土中，含水介质为黏性土和粉土，其渗透性上存在较大差异。含水层厚度较大，对工程施工影响很大；基岩裂隙水，赋存于下伏基岩的风化裂隙和节理裂隙中，但其透水性、富水性差，水量较贫乏，对工程影响小。基坑支护设计按地表下1.0 m考虑地下水位埋深。

2.3 相关岩土参数

根据勘察报告，基坑支护设计相关土层计算参数见表1。

表1 土层物理力学参数

3 基坑支护方案设计

3.1 本基坑工程特点

1)场地周边环境复杂。场地三面为已建5～6层居民楼，一面为内城河，若基坑开挖导致周边较大变形，危及居民楼安全；若地下水未控制合理，内城河中水将渗进基坑内，坑外水位下降较大，引起周边沉降，危机居民楼安全。

2)地下室形状不规则，施工用地紧张，导致基坑开挖边线不规则，需考虑支护结构的适用性，同时支护结构存在阳角，需对阳角进行有效处理。

3)地下室2层平面与地下室1层平面不统一，存在错层，需考虑地下1、2层相对高差支护形式；若采取支撑结构体系，需明确支撑换撑与地下室底板施工顺序。

3.2 支护方案选型原则

1)根据本工程的实际情况和周围环境条件，在充分分析、研究拟建场地周围工程地质资料的基础上，结合本工程的具体特点和类似工程经验，按照现行有效规范、规程、规定及标准的有关条文要求，精心设计，力求科学、经济、合理。

2)保证围护结构及周边环境的安全。

3)在保证安全的前提下，重点突出围护结构快(缩短工期)、省(节约造价)、易(方便施工)的特点，在安全、工程造价和工期之间达到一个最优的平衡点。

3.3 支护方案选型

1)方案1：水泥搅拌桩挡土墙。水泥搅拌桩挡土墙是重力式围护墙，采用深层搅拌机就地将土和输入的水泥浆强行搅拌,形成连续搭接的水泥土柱状加固体挡墙。该方法便于机械化快速挖土；具有挡土、止水地双重功能；一般情况下较经济，施工中无振动、噪音小、污染少、挤土轻微。

因本基坑挖深较大，采用水泥搅拌桩挡土墙墙宽较大，基坑边线距建筑物距离较近，且考虑到基坑周边施工道路占用空间，因此，不建议选用水泥搅拌桩挡土墙作为本基坑的围护结构。

2)方案2：型钢水泥搅拌桩(SMW工法)加支撑。型钢水泥土搅拌墙即在水泥土搅拌桩中内插H型钢，构成复合的挡土止水围护体。该工法具有对周围环境影响小，防渗性能好，环保节能，适应土层范围广，工期短以及投资省等优点。

考虑到基坑的周边环境和基坑挖深，型钢水泥搅拌桩挡土墙法支护结构位移一般较大，并且需考虑打拔振动对周边居民楼的影响，因此，不建议选用SMW工法作为本基坑的围护结构。

3)方案3：钻孔灌注桩加支撑。灌注桩是指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩。钻孔灌注桩施工时无振动、无噪音等环境公害，无挤土现象，对周围环境影响小；墙身强度高，刚度大，支护稳定性好，变形小，该法适用于各种地层的深基坑施工。该方法有如下优点：①工艺成熟，桩径可灵活调整；②刚度较大，变形较小，受力可靠；③施工期间对周边环境影响较小；④施工工艺比较成熟，施工速度较快，施工质量较易保证。

因场地环境条件复杂，基坑北侧、东侧、西侧临现有小区居民楼，需考虑支护结构对地下管线的影响；场地空间小，位移变形范围小，因此，建议选用钻孔灌注桩作为本基坑的围护结构。

综上所述，本次设计确定主要采用钻孔灌注桩+内支撑形式。

3.4 支护设计方案

通过理正深基坑设计软件计算，最终确定采用如下支护形式。

基坑东侧、西侧及北侧按2层地下室挖深10.00 m设计，顶部0.5 m放坡，坡面挂网喷浆处理；底部采用钻孔灌注桩+两道混凝土支撑支护+坑内暗墩加固。

基坑南侧按1层地下室挖深6.20 m设计，顶部0.5 m放坡，坡面挂网喷浆处理；底部采用钻孔灌注桩+两道混凝土支撑支护+坑内暗墩加固。为使第二道支撑传力至钻孔灌注桩，此处第二道支撑需位于地下1层底板顶上适宜位置，待地下1层底板浇筑完成且达到强度要求后方可拆除第二道支撑。地下1层与地下2层相对挖深支护形式采用双轴深搅桩重力式挡墙支护形式。

止水措施：本次基坑设计采用三轴深搅桩止水，止水帷幕进行④层土不小于1 m，形成封闭止水。

降排水措施：坑内采用管井疏干降水，坑边设置明沟+集水井进行排水，坑中坑辅以封闭轻型井点降水。

支护结构平面布置及典型剖面分别如图2～3所示。

图2 支护结构平面布置图

图3 支护结构典型剖面

4 结 论

1)复杂市域环境下，支护方案选型受到一定限制，采用排桩+内支撑支护结构形式可以有效控制支护结构变形，确保支护结构安全，减小基坑开挖对周边环境的影响。

2)基坑开挖边线不规则，可利用内支撑对阳角区进行加固处理，提高了支护结构整体安全性。

3)地下室存在逆错层，且支护结构采用支撑体系，二道撑宜布设至地下1层桩边，采用地下1层底板对二道撑进行换撑，若采用地下2层底板对二道撑换撑，刚性角未持力至钻孔灌注桩上，存在安全隐患。

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