重力坝及复合式重力坝在软土地区基坑中的应用

史国旗

长沙鸿荣源房地产开发有限公司（上置集团） 湖南 长沙 410000

引言

重力坝是指以水泥系材料为固化剂，通过搅拌机械采用喷浆施工将固化剂和地基土强行搅拌，形成连续搭接的水泥土重力式围护墙。重力坝是无支撑自立式挡土墙，依靠墙体自重、墙底摩阻力和墙前基坑开挖面以下土体的被动土压力稳定墙体，以满足围护墙的整体稳定、抗倾覆稳定、抗滑稳定和控制墙体变形的要求，适用于加固淤泥质土、含水量较高而地基承载力＜120kPa的黏土、粉土、砂土等软土地基[1-2]。这种支护方式兼具支护和止水作用，在上海、杭州等软土地区中得到了广泛应用。

与其他支护方式相比，重力坝支护形式具有许多优点，如施工无振动、噪声小、无泥浆废水污染，施工操作简便、成桩工期较短，造价较低；基坑内空间宽敞，方便土方开挖和后期结构施工等具有较好的经济和环境效益，但该种方法与有支撑支护结构相比控制变形能力较弱[3-4]。因此有学者[5]提出了复合式重力坝的支护形式，即在重力坝内排或者内外排内插一定间距的型钢，以此增加坝体刚度，提高坝体对变形的控制能力，目前这种方法已经成为软土地区重力坝支护方式的一种补充支护手段[6]。当基坑因周边荷载、贴边深坑或者开挖边线距离红线距离较小时，可以考虑这种支护方式。

本文以杭州某浅基坑工程为例，介绍了重力坝及复合式重力坝在软土地区的应用，为后续类似工程提供经验参考。

1 工程概况

该工程位于杭州市，包括22～27层住宅、1～2层商业及管理用房及电站等配套设施，1层地下车库，基坑开挖总面积约59500m2，周长约1000m，基坑普遍区域开挖深度为5.20m，局部坑边集水坑落深0.77m，开挖深度为5.97m。

基坑内部为拆迁厂房，场地地势整体较为平坦；基坑西侧和北侧目前均为空地；基坑东侧为一在建工地，该工地用地红线距离本地块用地红线最近约18m，该项目目前未开挖，正在进行桩基施工；基坑南侧为一道路，距离用地红线约15m。基坑西北角和西南角设置配电室，基坑边缘距离配电室约4.5m。本基坑设计等级为二级。

2 地质条件

拟建场地地貌类型为冲积湖平原地貌形态单一，场地地势整体较为平坦，对基坑有影响的地下水主要是浅部的潜水，勘察报告提供的潜水水位埋深一般在1.30～2.30m，设计地下潜水位按1.3m考虑。拟建场地属典型的软土地区，广泛分布厚层状软土，其具压缩性高，强度低，灵敏度高，透水性低等特点。拟建场地软土层为④1层淤泥质黏土。基坑围护设计参数见表1。

表1 基坑围护设计参数表1

3 围护方案

3.1 基坑特点及难点

3.1.1 本工程地处杭州地区软土地区，基坑面积较大，不可避免要分区分块开挖施工，基坑敞开时间较长对位移控制不利。

3.1.2 基坑影响范围内有厚层淤泥质土。本基坑开挖范围内分布有④1层淤泥质土，具有孔隙比大、含水量高、灵敏度高、强度低、压缩性高等不良特性，同时具有蠕变性和流变性特点，基坑开挖揭露时，易发生坍塌，较大的回弹变形，对基坑稳定不利。需确保止水帷幕的止水效果，同时要做好降水、隔水和排水工作。

3.1.3 基坑总体环境较宽松，西北侧设置配电室，配电室距离基坑边缘约4.5m，距离较近，需注意对配电室进行保护，支护空间较小。

3.2 围护结构

根据基坑开挖深度、地质条件、周边环境及杭州地区类似工程经验等分析，基坑总体采用重力坝及复合重力坝进行围护。

3.2.1 一般区域。基坑挖深5.20m，基坑开挖边线距离红线大于5.4m。围护采用水泥土重力式挡墙ø700@1000，宽4.2m，长12.0m，插入深度为6.8m，插入比为1.31。坝体顶部设置200mm厚C20压顶砼面板，内配ø8@200双向配筋网。坝体内侧第一排插一根6.2m长的ø48mm×3.5mm钢管，最外排插一根7.2m长的ø48mm×3.0mm钢管，其余插ø14@1000钢筋，钢筋长1.5m。典型剖面如图1所示。

图1 典型剖面1

3.2.2 坑边深坑区域。贴边落深坑部位挖深5.97m，基坑开挖边线距离红线大于5.4m。围护采用复合式重力坝ø700@1000，墙宽4.7m、长13.0m，嵌固深度为7.03m，插入比为1.18。坝体顶部设置200mm厚C20压顶砼面板，内配ø8@200双向配筋网。同时，在重力坝最内排内插等长的H500×300型钢，间距1m，以提高围护体刚度。坝体最外排插一根8m长的ø48mm×3.0mm钢管，其余插ø14@1000钢筋，钢筋长1.5m。典型剖面如图2所示。

图2 典型剖面2

3.2.3 坑边配电室区域。基坑挖深7.30m，配电室距离开挖边线最近约4.5m，围护采用复合式重力坝ø700@1000，墙宽4.7m、长16.0m，嵌固深度为8.7m，插入比为1.20。坝体顶部设置200mm厚C20压顶砼面板，内配ø8@200双向配筋网。在重力坝最内排内插等长的H500×300型钢，间距1m，以提高围护体刚度。坝体最外排插一根9m长的ø48mm×3.0mm钢管，其余插ø14@1000钢筋，钢筋长1.5m。为有效控制基坑变形，坑内进行满堂加固。典型剖面如图3所示。

图3 典型剖面3

4 施工监测结果

基坑开挖监测过程中，重点关注重力坝深层水平位移及坑外地表沉降，同时密切关注坑外地下水位的变化，保证基坑的安全顺利开挖。工程于2021年5月下旬开挖到底，6月底底板浇筑完成，基坑开挖状况良好（现场开挖情况如图4所示）。

图4 现场开挖

重力坝及复合重力坝深层水平位移最大处均出现在坝顶位置。重力坝区域开挖处水平位移大多在10～15mm之间，内插H型钢复合式重力坝处位移较大，坝顶处水平位移最大值为22mm，且水平位移随深度近似呈线性变化。在开挖过程中坝体水平位移整体发展变化较为缓慢，开挖前期变形速率较快，当基坑变形达到一定程度时，变化趋于稳定，开挖过程中基坑稳定性良好。坝顶水平位移累计变化曲线详见图5～图8。

图5 重力坝深层水平位移累计曲线CX3

图6 重力坝深层水平位移累计曲线CX4

图7 复合重力坝深层水平位移累计曲线CX10

图8 复合重力坝深层水平位移累计曲线CX11

监测数据显示，坑外地表沉降最大值约为18mm（如图9所示），坑外地下水位变化最大值约为1080mm，且两者变化速率稳定。由于本基坑周边环境较为宽松，且围护体变形较小，并未对周边环境造成影响[7]。

图9 地表沉降累计曲线

5 结束语

在软土地区，开挖深度较浅且周边环境较宽松的基坑可采用重力坝围护。内插型钢复合重力坝围护在局部挖深7～8m深坑处具有可行性，并可达到较好的工程效果。浅基坑支护中对于局部深坑、距离红线较近的部位可以采用内插型钢的复合式重力坝作为重力坝围护的补充手段。

基坑监测结果表明，局部深坑处内插型钢的复合式重力坝的位移控制，一方面得益于两端重力坝的约束，另一方面内插型钢可增加围护体本身的刚度，抵抗部分土压力产生的弯矩，一定程度上控制了围护体的位移，且显著提高了基坑的整体稳定性。

为进一步有效控制局部深坑处内插型钢复合重力坝的变形，可采用坑内墩式或满堂局部加固的方式。

实际工程中，建议对内插H型钢的复合重力坝谨慎选用，首先在周边环境保护要求较为宽松的条件下采用，此外局部深坑深度建议在7～8m之间，并且基坑整体开挖深度建议在5～6m之间。