基底分布软弱土夹层的深基坑支护方案制定

方孝明，王维成

（广东省基础工程集团有限公司 广州510620）

0 引言

由《建筑基坑支护技术规程：JGJ 120—2012》［1］、《建筑基坑支护技术规程：广东省标准DBJ/T 15-20—2016》［2］可知，基坑工程支护结构选型时，应综合考虑下列因素：①基坑深度；②土的性状及地下水条件；③基坑周边环境对基坑变形的承受能力及支护结构失效的后果；④主体地下结构和基础形式及其施工方法、基坑平面尺寸及形状；⑤支护结构施工工艺的可行性；⑥施工场地条件及施工季节；⑦经济指标、环保性能和施工工期。

由上述7大条件可知，若遇到复杂的条件，要制定出一个安全可靠、经济合理的基坑支护设计方案并不容易，不同的深基坑工程，因为设计条件的差异，制定出的方案也差别较大［3-5］。本文依托东莞某深基坑支护工程，通过对项目地质条件、周边环境、基坑深度等设计条件进行深入分析，结合技术、经济、工期等因素，讨论基底分布有软弱土夹层时，如何分步骤制定出一个“安全可靠、经济合理、保护环境”的基坑支护方案。

1 项目概况

东莞某深基坑工程东侧为村庄，南、西、北三侧均为市政道路，项目设2层地下室，占地面积约57 500 m2，周长1 020 m，基坑开挖深度4.6～11.1 m。本项目具有以下特点：

⑴场地由上至下岩土层分布为：素填土〈1〉、淤泥质土〈2-1〉、黏土〈2-2〉、细砂〈2-3〉、含砂粉质粘土〈3〉、砂质粘性土〈4〉，基岩为风化的花岗岩；

⑵基坑开挖影响范围存在细砂层，透水性较好，为场地的主要含水层，属于潜水；

⑶部分区段基坑土方开挖范围主要分布素填土及淤泥质土层，工程性质较差；

⑷项目主体结构基桩采用预应力高强混凝土管桩（PHC500-125-AB）；

⑸基坑开挖深度较大，工期紧、任务重，建设单位对成本控制十分严格。

本次讨论的对象是项目南侧长度约180 m的基坑支护，如图1所示（讨论区段）。

图1 讨论区段位置Fig.1 The Plan of Discussion Section （m）

2 主要支护设计条件

2.1 周边环境条件

讨论区段东侧为村庄，南侧临近项目部临时活动板房，西侧为市政道路。地下室外边线距用地红线最近处约14.9 m，红线距离市政路4.5 m，项目经理部用地范围距离地下室边线约15.0 m。

2.2 地质条件

根据详勘报告，研究区段场地区域由上至下岩土层分布为：素填土、淤泥质土、细砂、基岩为风化的花岗岩，细砂层为透水层，其它岩土层为弱透水层，岩土层物理力学参数如表1所示。

表1 岩土层物理力学参数Tab.1 Physical and Mechanical Parameters of Rock and Soil Layer

2.3 基坑深度

基坑深度为8.40 m。

2.4 其它条件

市政道路与基坑间分布有排水及电力管线（路灯）。

3 基坑支护设计方案制定及讨论

3.1 方案制定总体思路

根据项目设计条件，坑外具备一定的放坡空间，需要关注的重点是放坡过程中，要保证各开挖工况下边坡的临时稳定，重难点是基底附近分布的软土层。从项目实际出发，按照安全可靠、经济合理的设计原则，初定“放坡+垂直支护”设计思路。

3.2 放坡方案制定与讨论

3.2.1 初定放坡高度和坡率

地下室外边线距离用地红线最近为14.9 m，基坑开挖深度为8.4 m，地面首层土为约6.3 m厚的填土。根据工程经验，讨论区段宜尽量放坡，既保证了放坡工况下边坡的稳定，又可减小下部支护结构的水平荷载。淤泥质土层不宜采用放坡方案，故放坡深度初定为5.0 m，坡率初定为1∶1.5。初定方案详如图2⒜所示。

3.2.2 边坡整体稳定性验算

根据场地设计条件，放坡部分安全等级按三级考虑，临时边坡稳定安全系数不小于1.15［6］。经核算，放坡方案中的第二级放坡的边坡整体稳定安全系数不能满足文献［6］要求，故需对初定方案进行调整。

3.2.3 放坡方案修正

根据场地设计条件，对直接放坡方案进行修正的方法是在二级放坡坡面增加土钉，修正后方案如图2⒝所示。

图2 讨论区段放坡部分初定及修正后方案Fig.2 The Preliminary and Modified Scheme of Slope Section（mm）

修正后方案按土钉墙方案进行验算，边坡安全等级取三级，整体稳定安全系数取1.25［6］。经核算，放坡土钉墙支护各项设计验算能满足文献［6］要求。

3.3 垂直支护方案制定与讨论

讨论区段基坑开挖深度为8.4 m，放坡坡脚以下需再开挖3.4 m，且本工况下开挖土层为填土层和淤泥质土层，基底为淤泥质土层。根据本项目设计条件，垂直支护方案中桩型可选择钻孔灌注桩和预应力管桩［7］，两种桩的优缺点对比分析如表2所示。

表2 支护桩选型对比分析Tab.2 Comparison and Analysis for Type Selection of Retaining Piles

预应力管桩的抗弯较其抗压（拔）性能要弱较多，经验算，悬臂式方案其抗弯性能不能满足要求，需要增加外拉锚，同时也需要用外拉锚控制支护结构的水平位移。参考《预应力混凝土管桩技术标准：JGJ/T 406-2017》［8］，以常用的PHC500-125桩为例，其桩身抗弯力学性能如表3所示。

表3 PHC500-125桩桩身抗弯力学性能Tab.3 Mechanical Properties of PHC500-125 Pile

根据表2对比分析，由于垂直开挖深度仅有3.4 m，又因本项目工程桩采用预应力管桩，且工程桩与支护结构、土方开挖为同一单位完成，地下室承台及后续土建施工为另一单位完成，在工期比较紧张的情况下，考虑到不同单位的交叉作业制约，综合考虑，挡土结构采用与工程桩一致的预应力管桩，型号为PHC500-125-AB，桩间距根据设计验算确定。

3.4 桩间挡土止水方案制定

由图3可知，场地首层填土以下依次为2.7 m厚的淤泥质土软土层、2.6 m厚的细砂强透水层，需要做好桩间截水和挡土，根据工程经验，选定比较经济的水泥土搅拌桩，详细设计参数可参考《建筑地基处理技术规范：JGJ 79—2012》［9］、《建筑地基处理技术规范：广东省标准DBJ/T 15-38—2019》［10］执行。

3.5 详细支护设计方案

依据3.1～3.3节分析和验算，最终确定了“放坡+土钉+预应力管桩+锚索”这一综合方案，支护平面及剖面如图3所示。

图3 支护平面及剖面Fig.3 Supporting Plan and Profile View（mm）

垂直支护主要设计参数如下：

⑴水泥土搅拌桩：φ550 mm@400 mm搅拌桩，有效桩长8.0 m；

⑵预应力管桩：PHC500-AB-125，有效桩长8.7 m；

⑶1道预应力锚索：2根1×7φ15.2mm，长度18.0 m，其中自由段6.0 m。

经验算，支护剖面的各项稳定性验算满足文献［6］要求，支护桩的内力及锚索的受力满足要求。

3.6 支护方案实施实景

“放坡+土钉+预应力管桩+锚索”支护方案在工程实践中取得良好的效果，支护方案实施实景如图4所示。

图4 支护方案实施Fig.4 Implementation of Supportng Scheme

4 支护设计方案主要控制要点总结

⑴场地首层为6.26 m厚的填土层，采用放坡方案，放坡高度5.0 m，1∶1.5两级放坡，放坡平台取2.5 m，第二级放坡增加土钉以确保边坡的整体稳定；

⑵垂直开挖深度3.4 m范围主要为填土和淤泥质土，采用PHC500-AB-125、中心间距1.0 m的管桩，桩顶设1道预应力锚索（2根1×7φ15.2 mm），间距1.5 m；

⑶管桩冠梁设置于淤泥质土层上部力学性质相对较好土层，保证冠梁施工时边坡的临时稳定；

⑷流塑性的淤泥质土易从桩间挤出、强透水性的细砂易形成流水流砂，在管桩后侧应设置1排φ550 mm@400 mm水泥土搅拌桩；

⑸支护结构管桩与工程管桩采用相同规格，因地制宜，经济合理，缩短了工期，节省了造价。

5 结语

本文讨论区段基坑支护设计方案主要特色体现在以下几个方面：

⑴在场地存在填土、淤泥质土、砂层等不利地质条件下，基坑采用了“放坡+土钉+预应力管桩+锚索”综合支护方案，设计方案安全可靠，经济合理。

⑵因地制宜地成功将预应力管桩作为支护的水平向受力构件应用在基坑开挖范围存在较厚软土夹层的深基坑支护设计中，缩短了工期，节省了造价，安全可靠，经济合理，成效显著。

⑶与灌注桩相比较，采用成品管桩可大大减少了对环境的污染，且综合兼顾经济性与安全性，节约社会资源，践行绿色设计理念。