沿海地区淤泥质土层深基坑支护优化设计

王发明

(中铁二十五局集团第二工程有限公司 江苏南京 210046)

1 前言

江苏省连云港市属于典型的苏北滨海平原地区，土层以黏土层和淤泥层为主，具有压缩性较高、强度低、地基沉降大且不均匀等特点，土质软弱，地下水位高，并伴有潜水、微承压水、承压水等多层地下水分布[1]，因此连云港地区的深基坑开挖存在较大的难度，但也积累了一定的工程经验。近年来随着高铁、市域基建市场回暖，沿海地区深基坑工程越来越多，如何高效安全应对淤泥质土层情况下基坑开挖和支护已成为新课题。

本文以连镇铁路配套综合枢纽项目深基坑工程为背景，详细阐述沿海平原淤泥质土层条件下深基坑工程组合支护的优化设计及注意事项，为同类地质项目提供了实践经验。

2 工程概况

连淮扬镇铁路灌云站综合客运枢纽项目位于连云港市灌云县东王集镇，地面标高2.6～3.8 m，其间人工沟渠纵横交错。由汽车客运站、城市指挥中心、地下车库、维修间、综合楼、公交停车场、社会停车场、长途客运站停车场等组成[2]，其中地下车库建筑面积34 654.84 m2，东西均长194 m，南北均长203.4 m，总延长米约1 000.4 m。土方开挖深度平均5.3 m，局部存在落深坑，挖方267 078 m3。基础形式为桩基础承台＋防水底板，主体结构形式为砼框架结构。

2.1 周边环境

拟建地下车库场址东侧为新建灌云高铁客运站，在地下车库与高铁客运站之间设计为双向四车道(宽度22 m)的站前大道，通过从道路下南北两个通道与之相连。场址西侧为现有的国道204(迎宾大道)，一级公路标准，整体呈南北走向，此次局部需要对其拓宽改造，地下车库外立墙距离辅道边坡7～9 m，该区域包括大量电力、电信、燃气等市政管线。场址南北两侧为新建站前一路、二路，如图1所示。

图1 基坑平面图

2.2 工程地质和水文地质

项目区属苏北滨海平原区，根据钻孔成果，结合区域地质情况，考虑岩土层的岩性、结构构造、埋深分布及物理力学性质等因素，该全新统地层(Q4)自上而下、由新到老分别描述土层主要物理力学性能参数见表1。

表1 土层主要物理力学性能参数

场区附近地表水系较发育，分布有沟、渠。附近主要河流为东门河、三里沟。潜水主要赋存于浅部填土中。勘察期间由钻孔内量测稳定水位埋深为0.20～0.70 m，稳定水位标高为2.18～3.66 m。勘察期间观测微承压水稳定水位埋深约1.20～3.50 m，主要接受地表水下渗及层间侧向补给，排泄主要为层间侧向径流。本地区降水有显著的季节变化，每年6～9月的降水量占全年总降水量的63%，其中6月份降水量最大。

连云港市灌云县是温暖带，属海洋性气候。施工期间雨水较多且基坑开挖面积大，开挖深度较深，地下水位浅。考虑地下水位对基坑边坡、基底稳定的要求，需要考虑基坑降水及边坡支护方案，合理布局规划为本工程顺利进展的一重点工作。

3 基坑支护优化设计思路及技术要点

3.1 原设计基坑情况

(1)根据地勘报告建议，拟建场地黏土下伏厚度较大的淤泥层，具有高含水率、高压缩性、触变性和流变性等特点，场区附近地表水系较发育，分布有沟、渠。附近主要河流为东门河、三里沟。由于地面平坦，地表径流缓慢，地表水位明显受人为影响。

(2)地下车库开挖时，按照分级放坡开挖，设置简易支护措施，基槽内采用集水明排。

(3)原支护和土方开挖施工组织计划在2019年10月至2020年2月冬期少雨季节完成。

因国家铁路局要求连镇铁路(连淮段)2019年12月15日正式开通，江苏省铁路办2019年8月初现场督查，提出该工程站前广场与主站房必须同步开通的要求，整体工期提前了11个月。因此地下车库等关键工程按照原定放坡开挖设计方法已无法满足工期要求。

3.2 基坑支护优化设计

受工期提前要求，该地下车库施工将不可避免地在全年降水量最大的8～9月进行。

结合本工程周边环境、工程地质条件及开挖深度等因素，为减少土方量开挖，提高作业工效、确保施工安全、增快土方开挖施工速度，经工期、技术、安全、经济等多维度方案比选，提出以下支护方案:西侧采用钢管柱排桩＋预应力锚索的支护形式，东侧联通口采用拉森钢板桩＋水平支撑体系，南北侧、东侧大面积范围采用放坡＋钢板桩复合支护，采用高压旋喷桩帷幕止水与明沟加集水坑明排相结合的方式进行降排水。即:

(1)地下车库东侧(平行于铁路运行线)连通通道采用拉森钢板桩＋型钢支撑的形式。

(2)地下车库东侧紧邻站前大道，根据工期节点的要求，站前大道、潮河路、人民东路需要在2019年10月30日具备通车条件，地下车库东侧不具备放坡开挖的条件，坡面设置钢板桩体系，开挖深度6.3 m。

(3)基坑南北两侧没有限制条件，具备放坡开挖的条件，采用高压旋喷桩止水，放坡开挖，坡面土钉墙防护。

(4)基坑西侧(临近既有204国道)采用桩锚支护体系，支护桩采用600 mm管桩，锚杆采用预应力锚索系统。即采用12 m长ϕ600 mm钢管桩，每排纵向中间无缝布置，钢管柱与长度24 m预应力锚索相结合，双拼 32a槽钢腰梁作张拉固定端。

3.3 实施方案及技术要点分析

(1)拉森钢板桩＋型钢内支撑支护

地下车库坡道和上人通道距离红线较近，基坑设计深度6.3 m，基坑安全等级为二级。开挖范围小，且考虑其上的站前大道施工，支护采取长度为12 m的拉森钢板桩＋双拼H700×300 mm型钢内支撑的支护形式，如图2所示。拉森钢板桩具有绿色环保，周转方便且可回收等特点，在开挖面积不大，工期要求紧的情况下优点明显[3-4]。

图2 拉森钢板桩＋型钢支撑支护

(2)拉森钢板桩支护

基坑南北两侧限制条件较少，为减少土方开挖工程量，降低安全隐患，在优先考虑放坡开挖的前提下，局部进行钢板桩加固，坡面采取土钉墙防护，如图3所示。

(3)钢管桩＋预应力锚索支护

因地下车库西侧临近G204国道，地下车库外立墙距离辅道边坡7～9 m，且存在诸多市政管线，为确保土方开挖自身安全及G204国道稳定，需封闭G204国道地库范围内辅道(预留2 m非机动车道)。对比钻孔灌注桩＋内支撑、双排钢管桩＋内支撑法及单排钢管桩＋锚索法，前两种方案基本可解决重载车辆荷载情况下位移和变形，但成本和工作时间较长等不利因素不满足本工程需要，决定采用钢管桩＋锚索法施工，如图4所示。

图4 钢管桩＋预应力锚索支护

本工程共设600 mm管桩345根，连续布设，锚杆设置ϕ400 mm@1 800，总长度均为24 m，其中自由段为10 m；倾角35°，内置3-ϕ15.2预应力钢绞线。

(4)技术要点

①旋喷桩施工技术要求:

a.旋喷桩直径 ϕ400 mm，采用 P.O42.5级水泥，水泥掺入量20%，水灰比0.7(可根据实际土层情况予以调整)[5-6]。

b.旋喷桩内插3根ϕ15.2钢绞线，进入旋喷桩底，待旋喷桩养护7 d后施加张拉力锁定[7]；钢绞线插入定位误差不超过30 mm，底部标高误差不大于20 cm[8]。

c.旋喷桩施工时，须开槽开挖，土方开挖必须分段分层。下层土开挖时，上层的旋喷加劲桩必须满足设计规定的养护时间并已张拉锁定[9]。

d.旋喷桩径和桩长应严格按照设计进行，ϕ400 mm旋喷桩的旋喷压力应为25～30 MPa。

②预应力锚索(钢管桩)施工技术要求:

钢管桩护壁的内侧设置有包括梁托和腰梁的围檩，钢管桩的外侧连接有锚索，且锚索的端部穿过钢管桩与围檩相固定。该种淤泥质土桩基护壁结构具有良好的结构强度和止水能力，能够有效满足淤泥质土基坑挖掘的施工要求，且钢管桩在支护结构完成后可拔出重复利用。

a.每根钢绞线由7根钢丝绞合而成，桩外留0.7 m以便张拉。在做主体结构防水处理时，可将外露部分切去[10]。

b.采用穿心千斤顶进行张拉锁定。正式张拉前先用20%锁定荷载预张拉一次，再以50%、100%的预应力分级张拉，然后超张拉至110%锁定荷载，在超张拉荷载下保持5 min，观测锚头无位移现象后再按锁定荷载锁定。若达不到要求，应在旁边补桩[11-12]。

③基坑采用止水帷幕＋疏干井降水，降水深度为基坑以下0.5 m。其中本基坑变形预警值:a.地表沉降50 mm，土体水平位移50 mm；b.临近市政道路变形大于3 mm/d，或总变形大于15 mm。

4 支护变形内力及施工监测

采用《国家行业标准—建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120—2012)进行设计计算。

从表2中可以看出，各组合支护变形内力均在可控范围内，支护结构稳固有效。

表2 组合支护位移、弯矩、剪力计算结果汇总

本工程监控量测包括地表沉降、围护桩水平位移、地下管线沉降、建筑物沉降和倾斜(灌云客运站)、围护桩顶垂直位移、支撑轴力、锚固力等，施工过程中严格按照设计要求进行。

本项目在基坑四周及坑底布设变形位移监测点630个，间距按照每20～30 m左右设置1个。通过对组合支护体系典型断面在不同工况下位移观测，形成以下位移图，见图5。

图5 侧向位移

施工过程中基坑四周未出现明显开裂现象，周边既有灌云高铁站未受到相关影响；根据施工全过程监控量测数据分析，基坑顶面最大位移量为12.6 mm，钢管桩顶部水平位移最大值为3.9 mm，坑底隆起、抗倾覆和整体稳定量均在可控范围内。

5 结束语

(1)本文结合工程实例，针对沿海淤泥质土层深基坑的支护进行了优化设计，从设计思路、具体方案和实施要点进行了阐明，实践证明本淤泥质土层条件下提出的复合支护加固支护方案可行。

(2)该基坑支护及土方开挖工程于2019年9月20日施工完毕。本文提出的临近深基坑存在重荷载情况下，从成本和工作效率出发，创新采用钢管桩＋锚索法施工，且在支护结束后钢管桩可全部拆除再利用，有效实现了位移、变形均可控的目标，为类似工程提供了可借鉴方案。