浅谈沿海软土地区的坑中坑支护选型

郑春婷

(福州福祐岩土工程有限公司 福建 福州 350001)

0 引言

随着高层建筑的不断建设，地下空间不断开发，沿海软土地区的基坑支护工程逐渐引起人们的重视，随之涌现出各式各样的基坑支护形式。然而，在建筑基坑工程中，主楼承台、电梯井、塔吊基础和集水井等坑中坑开挖深度(坑中坑的开挖深度指地下室底板垫层底至主楼承台、电梯井、塔吊基础或集水井底的距离)小，开挖面积小，结构施工速度快，故其开挖支护往往没有引起设计和施工人员的重视，从而造成了许多不必要的工程事故和损失。

福建某沿海基坑支护工程，场地岩土层自上而下分别为：①杂填土层、厚0.6 m～2.7 m，②粉质粘土层、厚0.7 m～1.4 m，③淤泥层、厚2.4 m～11.2 m，④粉质粘土层、厚2.3 m～18 m。其地下室基坑的开挖深度为2.7 m～6.55 m，坑中坑开挖深度(地下室底板垫层底与承台垫层底的距离)为0.8 m～3.55 m。地下室基坑支护已施工完毕，但坑中坑开挖过程中，由于施工人员的不重视，土方没有卸载到位，支护没有及时施作，导致坑壁产生侧移，主楼承台的预应力管桩出现倾斜、断桩。最终，既延误了工期，还增加了造价，如图1所示。

图1 坑中坑断桩案例图

因此，许多专家、学者[1,2]撰文呼吁设计和施工人员要重视坑中坑的支护，合理选择支护方式，避免造成不必要的浪费[3]。本文针对沿海软土地区的坑中坑开挖提出几种支护形式，为今后设计或者施工人员选择软土地区坑中坑的支护形式提供参考。

1 坑中坑支护的考虑因素

陈畅等[4]提出坑中坑支护设计应考虑的因素：水压力、土压力、施工超载、承压水和工程桩等，裴宝家等[5]也提出了坑中坑施工过程中，要充分考虑地下水的浮力作用和地基隆起。而坑中坑支护的选型，除了应考虑拟开挖坑中坑的面积大小和开挖深度，还需重视软土层的厚度、软土的含水率、坑中坑与基坑支护体系的距离远近、施工机械的可操作性和经济性等。

2 坑中坑支护的选型

福建沿海地区的地质情况大多数为1 m～3 m的杂填土或素填土，下卧深厚淤泥层，故绝大多数的坑中坑位于淤泥层中。且该层淤泥具有高含水率、高压缩性、力学强度低和透水性差等特点，大型机械设备无法正常行走施工，造成部分支护结构无法施工或者无法回收，因此，外围基坑的支护方式并不能完全适用于坑中坑支护。但坑中坑开挖面积小、深度小等特点，也让它能有自己独特的支护方式。下文就福建沿海地区常用的坑中坑支护方式进行探讨。

2.1 坑中坑的开挖深度≤1.5 m

当坑中坑的开挖深度≤1.5 m时，可采用放坡的支护方式，坡度比控制在1∶2～1∶1.5范围内。若是软土层的含水率比较高、流动性大，则坡面可适当增加抗滑措施，即在坡体表面插入短钢筋，并进行混凝土喷面[6]。这是坑中坑开挖中最简单、最经济的一种支护方式，如图2所示。

图2 坑中坑放坡支护示意图

2.2 坑中坑的开挖深度介于1.5 m和3 m

当坑中坑底部仍然有较深厚的软土层时，可采用土钉墙的支护方式，若是坑中坑的开挖面积较小，还可以采用钢沉井的支护方式；当坑中坑底部软土层厚度小于6 m，则可采用悬臂桩的支护方式。

2.2.1 土钉墙的支护方式

土钉墙是在坡面上纵横向冲击土钉加固土体的一种支护方式。土钉墙的坡比宜为1∶1，土钉的水平间距和竖向间距宜为1 m～1.5 m，土钉的倾角宜为10°～20°。土钉可采用直径较小(例如直径48 mm，壁厚3.0 mm)的钢管，在钢管上梅花形布孔，以保证注浆时钢管内外水泥浆饱满。钢管尾部设置管靴，利于土钉的冲击施工，并于坡面上设置喷射砼面板，与土钉拉结，加强土钉墙的整体效果。

土钉墙支护方式用材简单、施工速度快，但不适用于流动性较大的软土层，且施工时需注意避开主体基桩，如图3所示。

图3 土钉墙支护示意图

2.2.2 钢沉井的支护方式

钢沉井是通过分层开挖土方下沉钢护筒，并在钢护筒内适当增加钢内撑的一种支护方式。钢沉井适用于开挖面积较小、软土层含水率高的坑中坑，如此可减少钢护筒的内支撑层数，方便土方机械开挖，也有利于钢护筒的下沉，如图4所示。

图4 钢沉井支护平面示意图

钢沉井可解决位于流动性大软土层的小面积坑中坑支护问题，且材料可回收重复利用。但该支护方式需分层支撑、拆撑，坑内可机械施工空间小，影响施工速度，如图5所示。

图5 钢沉井支护剖面示意图

2.2.3 悬臂桩的支护方式

此为将围护桩嵌入土体，以达到加固坑中坑侧壁的一种支护方式。悬臂桩宜采用工字钢桩或者小直径钢管桩等，有利于围护桩的施工以及回收。悬臂桩支护的坑中坑坡顶可适当放坡，但桩底需嵌入相对硬壳层(如粉质粘土层、砂土层或残积粘性土层等)，作为下部支点，如图6所示。

图6 悬臂桩支护示意图

悬臂桩支护方式经济且施工速度快，但软土层流动性大时，需增加桩间土的支护。

2.3 坑中坑的开挖深度介于3 m和4 m

当开挖深度小于4 m时，可采用重力式挡墙的支护形式。重力式挡墙是水泥土桩相互搭接成格栅或实体的重力式支护结构[7]，其在支护中可挡土兼做止水帷幕，是一种比较经济的坑中坑支护方式。从施工工艺上划分，可将水泥土桩分为搅拌桩和旋喷桩，如图7所示。

图7 重力式挡墙支护示意图

2.3.1 水泥土搅拌桩

水泥土搅拌桩根据施工机械一次成桩数量可分成单轴水泥土搅拌桩、双轴水泥土搅拌桩和三轴水泥土搅拌桩，其可成桩长度依次增加。水泥土搅拌桩的施工机械较大，故坑中坑支护施工时，一般从地面开始成桩。为了避开工程桩，也可采用格栅状的支护方式。

2.3.2 高压旋喷桩

高压旋喷桩的施工机械较小，可待基坑开挖至底板底后再行下坑施工，节约空孔成本。该类桩型施工时，对周边土体的包裹能力较强，故高压旋喷桩可与工程桩很好的咬合，增加支护结构的安全性。

2.4 坑中坑的开挖深度介于4 m和5 m

当坑中坑的开挖深度在4 m～5 m范围内，一般采用桩+内支撑的支护体系。其中，桩可采用钢桩或者灌注桩，若有挡土兼做止水要求，可采用拉森钢板桩、工法桩、咬合桩等；若仅有挡土要求，采用钢桩或者灌注桩+桩间喷射砼面板即可。就这两种桩型比较，灌注桩的施工成本较高。但基于滨海软土的特点，钢桩也存在无法回收或者回收成本较高的情况，故选择桩型时需根据地质情况综合考虑。

内支撑主要起对基坑两侧土体压力抵抗和传递的作用[8]，根据土层情况和所采用桩的刚度，可选择钢内支撑或者混凝土内支撑，并根据坑中坑的形状布置角撑和对撑等。混凝土内支撑的施工速度慢，造价高，但提供的水平支撑刚度大；钢内撑的优点是施工速度快、造价低，但其提供的水平支撑刚度也低于混凝土支撑，如图8所示。

图8 桩+内支撑支护示意图

2.5 坑中坑的开挖深度≥5 m

部分剧院舞台、塔吊基础等坑中坑的开挖，其深度往往超过5 m，一道支撑就无法满足侧向刚度的要求，会出现两道及两道以上的钢支撑或混凝土支撑。此时，围护桩的桩型可根据刚度要求采用钢桩或者灌注桩。

内支撑设计时，除了要满足侧向刚度要求外，还要注意支撑之间和最下道支撑与坑中坑底部之间的纵向间距不宜过小，各道支撑的平面布置尽量一致，有利于土方的机械开挖，加快施工进度。

图9 灌注桩+砼内支撑支护平面示意图

图10 灌注桩+两道砼内支撑支护剖面示意图

3 工程案例分析

项目位于福建省宁德市东侨区，拟建一层地下室。地质情况至上而下依次为：①素填土层(层厚：1.2 m～3.9 m)、②淤泥层(层厚：6.8 m～13.5 m)、③含少量卵石粉质粘土层(层厚：1.2 m～15.0 m)。

一层地下室的基坑开挖深度为3.65 m～6.15 m，而地下室底板底至电梯井承台底的坑中坑开挖深度约为3.6 m，且坑中坑周边的承台、桩较为密集。以勘察报告可以看出，若开挖至地下室底板再支护坑中坑，则大型机械无法在淤泥层行走施工，钢桩无法回收。综合考虑成本、进度、安全等因素，电梯井坑中坑由现状地面支护开挖，并搭接基坑支护的开槽施工，既加快了施工进度，也节约了成本。

图11 电梯井坑中坑支护平面示意图

如图12所示，由现状地面开挖，则电梯井开挖深度约9 m，可采用U型钢板桩+两道钢内撑的支护方式。U型钢板桩桩长15 m，桩底穿透淤泥层并进入含少量卵石粉质粘土层。两道围檩和钢内撑均采用型钢，为U型钢板桩提供侧向支撑。该坑中坑支护采用的钢材均可回收再循环利用，可节约施工成本。

图12 电梯井坑中坑支护剖面示意图

通过岩土计算软件——理正深基坑7.0，对上述3个坑中坑模型进行三维安全计算，最终变形情况如下所示：

图13 1号坑中坑三维变形图

图14 2号坑中坑三维变形图

图15 3号坑中坑三维变形图

由三维变形图可以看出，两道内支撑作用下的钢板桩变形呈“凸”型，且凸向基坑内，其最大变形位置位于坑中坑底附近。根据规范[9]规定，钢板桩深层水平位移的累计控制值为50 mm～60mmm和0.6%～0.7%h(h为坑中坑开挖深度)二者取小值，可见，这3个坑中坑的累计变形均满足规范要求，进一步证明了该支护方式的可行性。

4 结语

坑中坑支护的重要性等同于基坑支护，需引起重视。故本文针对沿海软土地区的坑中坑，提出不同开挖深度下常用的坑中坑支护方式，以供学者参考使用。最后以福建省宁德市的某基坑作为工程案例，提出了拉森钢板桩+两道钢支撑超前支护坑中坑的方式，并采用理正深基坑软件验证其可行性，说明坑中坑支护可结合工程的实际情况，调整其开挖顺序，以达到双赢的局面。