淤泥质软土环境下基坑支护方案比选及典型风险分析应用研究

沈阳

（上海筑成房地产有限公司，上海 201100）

0 引言

河流密布的地区往往伴随着丰富的淤泥质软土环境，尤其在我国南方等水网密布的区域——面积仅10.72 万km2的江苏省，其淤泥质软土含量就高达14亿m3[1]，相当于每平方千米的土地下就有1300m3的淤泥质软土。淤泥质软土普遍具有“四低四高”特性，即低强度、低密度、低渗透性、低承载力以及高含水率、高孔隙比、高压缩性、高灵敏度[2]。这种特性导致其在工程施工方面一定程度上成为不利因素，尤其在对于土的性状要求较高的基坑支护工程方面，淤泥质软土让基坑支护工程的建设成本和风险水平都有一定的增加。

因此，系统性的探究清楚淤泥质软土环境下基坑支护的设计选型方案，并对淤泥质软土环境下常见的风险项进行分析和提前准备解决方案，是在淤泥质软土环境丰富的地区更为顺利和安全地开展基坑围护工程施工的先决条件。

1 上海某项目概况与场地地质条件

该项目位于上海市松江区，现场地标高4.5~5.5m（黄海高程），场地内原分布一处稻田，现已填平，场地内和周围现无其他河塘、稻田分布。该项目经勘查，其第三层土为淤泥质粉质黏土，颜色呈青灰～灰黑色，流塑，饱和，切面光滑，无摇振反应，干强度中等，韧性中等，高压缩性。场地局部分布，厚度：0.00~11.40m，平均3.39m；层底标高：-10.70～1.60m，平均-2.52m；层底埋深：3.80～15.60m，平均7.54m。本层层位、层厚不稳定，强度分布不均匀，分布于暗浜区域，强度低。根据土试结果，本层灵敏度为3.02~-3.89，为中等灵敏度土层。

2 淤泥质软土性状分析

淤泥质软土颜色一般呈深灰色或暗绿色，并有臭味，天然孔隙比大于1.0。其首要特质是含水率一般大于40%，高于一般土壤，较高的含水率使得淤泥质软土具有一定的触变性和流变性。其次，淤泥质软土的有机质含量较高，极个别甚至能高过50%，成为泥炭土[3]。

淤泥质粉质黏土的承载力明细低于其他土质土层，这是由于淤泥质软土含水率较高，其抗剪强度会受到较大的影响，其抗剪强度与淤泥质软土中的含水量成反比关系[4]，因此，淤泥质软土的抗剪性能一般都会差于其他土壤。

3 上海某项目淤泥质软土环境下的基坑支护方案比选

常见的基坑支护方案有8 种：放坡开挖、土钉墙、复合土钉墙、灌注桩+锚索、拉森钢板桩、重力式水泥挡墙、地下连续墙、SMW 工法。在淤泥质软土环境下，对于基坑支护方案的选择要求会更高，要综合考虑现场环境因素、经济因素和淤泥质软土的土质特性，选择合适的支护方案。

下文以淤泥质软土环境的典型地区的工程——上海市松江区某在建项目为例，探究淤泥质软土环境下基坑支护方案比选。

根据地勘结果，该项目基坑开挖深度为5.8m 左右，则基坑支护需完全贯穿第3 层，下面将结合本项目地质情况，分析8 种基坑支护方案在本项目应用的可行性。

3.1 放坡开挖方案

优点：设计方案不复杂，现场施工难度低，进度快，且造价较低。

缺点：所需土方量大，且对干湿度和天气要求较高，在雨季常常会出现强度下降乃至局部塌方的问题出现。

是否适用于本项目：局部适用，一般情况下，放坡法适用于土层情况较好的地区，淤泥质软土的土层含水率高，强度低，难以满足放坡要求；且放坡对周边环境要求较高，适用此法的局限性较大。但是本项目由于西侧规划道路暂无开工计划，规划道路外侧也是荒地，且西侧淤泥质软土层分布较浅、较薄，这就给局部进行放坡开挖提供了条件。因此经过系统论证后，在项目西侧采用直接开挖放坡的方案，以节约成本和时间。

3.2 土钉墙方案

优点：成本较低，支护结构的整体的稳固度较好，支护效果良好。

缺点：对土层和土质要求较高，在土质不好的地方难以开展，如遇软土层往往需用冲击器将钢花管土钉击入，经济性和适用性不高；且土钉墙方案对浅基坑适用性较好，对深基坑需土方配合分层开挖，整体施工复杂性较高。

是否适用于本项目：不适用，土钉墙方案对土质要求较高，尤其土质干燥的地区采用干法成孔，其效果好且成本低。在本项目中，淤泥质软土层广泛分包，会导致土质的力学性能无法满足土钉墙的力学要求。同时，淤泥质软土环境中无论是土层含水率或是环境含水率往往都比较高，会使得土钉墙方案的效果大打折扣且成本大为增加。因此，本项目不采用土钉墙方案。

3.3 拉森钢板桩方案

优点：施工难度低，施工速度快，钢板桩可回收再利用，经济性好。

缺点：挡水能力和挡土能力较弱，对颗粒渗透阻挡能力较差，对现场降水处理要求较高；且大面积开挖阶段变形风险高。

是否适用于本项目：局部适用，本项目淤泥质软土分布不均匀，局部淤泥质软土分布不深且位置较浅的位置，如红线内外各种因素导致无放坡条件，则可考虑采用拉森钢板桩。

拉森钢板桩一般需嵌入稳定土层，本项目所采用拉森钢板桩完全贯穿第二层淤泥质软土层。且淤泥质软土的持力能力较差，无法满足持力层要求，因此，拉森钢板桩体系在应对超过4m 的基坑情况下需设置内支撑，本项目采用坑内留土的方式对拉森钢板桩进行内支撑。

3.4 复合土钉墙方案

优点：经济性较好；可以满足垂直开挖的需求，对内场土方处理工作的开展较为友好；且复合土钉墙除挡土效果较好外，其止水效果也较为良好。

缺点：前置条件要求较高，一般需搅拌桩强度达到要求方可进行施工，且复合土钉墙的实际施工方案较为复杂，一般需内插加固桩，且设置冠梁以增强搅拌桩的抗拉和抗剪性能；如考虑周围建筑和道路的安全性，或需考虑增设预应力锚索，以降低周围建筑基座或道路的形变程度，往往工期较长，时间成本较高。

是否适用于本项目：可适用但不采用，复合土钉墙在软土环境下有较好的适应性，其挡土和止水能力能够应对淤泥质软土强度低和含水率高的难题，在工期较为宽裕且基坑内土方需垂直开挖的情况下可酌情应用。考虑到本项目为住宅项目，工期较为紧张，且现场条件具备其他更高效且经济性好的围护施工方案，故复合土钉墙方案本项目未采用。

3.5 灌注桩锚索体系支护方案

优点：强度和刚度较高，稳定性好，通常情况下不易变形或变形程度小。

缺点：工期一般较长，且成本较高。其挡土和挡水能力较差，一般需根据施工现场实际，采取注浆、水泥搅拌桩、旋喷桩和三轴搅拌桩等止水措施。

是否适用于本项目：局部适用，桩锚体系由于其较好的稳定性和强度，在土层较差的环境中，结合合理的止水措施，能发挥其优势。且适用方式较为灵活，可采取咬合式施工以应对地下水位过高的问题。

本项目由于为住宅项目，前期售楼处需提前施工，为降低大区大面积开挖对售楼处围护结构的影响，本项目在售楼处局部采用灌注桩支护，考虑到淤泥质软土层带来的防水问题，同时采用双轴搅拌桩咬合施工用以止水。

3.6 重力式水泥挡土墙方案

优点：重力式结构，施工不涉及锚杆或支撑，施工工艺简单，成本低。且挡土效果和止水效果都比较好。

缺点：工期一般较长，对搅拌桩的强度有一定的要求，达到龄期方可开挖。且不适用于软土层较厚的地区，一旦水泥搅拌桩无法穿透软土层，会有变形量较大的风险。

是否适用于本项目：可适用但不采用，水泥挡土墙防渗性好，对于淤泥质土含水率高的情况能较好的应对。如遇软土层较厚，无法穿透的情况，可考虑设置被动土加固。但是本项目考虑到工期和淤泥质软土层分包不均匀局部较厚的原因，不考虑采用重力式挡土墙方案。

3.7 地下连续墙方案

优点：在众多支护结构中强度最大，止水效果好。

缺点：经济性差，对施工场地要求相对较高，需专用设备进行施工。

是否适用于本项目：可适用但不采用，连续墙的强度高，阻水性能好，能应对淤泥质软土的土性能差，含水率高的情况。但考虑到经济性及施工难度，本项目不考虑采用地下连续墙方案。

3.8 SMW 工法方案

优点：此法可在部分情况下代替地下连续墙，其结构强度高，挡水效果和防渗效果较好。且施工无噪音，对周围环境影响较小。

缺点：如H 型钢无法回收会导致成本大大增加。

是否适用于淤泥质软土环境：可适用，SMW 工法在支护强度和止水性能方面都比较有优势，在各类复杂土层中都能很好的起到支护作用。

3.9 方案确定

在淤泥质软土环境中，灌注桩、拉森钢板桩、重力式水泥挡墙、地下连续墙、SMW 工法都有适用的可能性，具体采用哪种支护方案，要根据施工现场的周围情况，基坑开挖深度和经济实用性等多方面综合考虑。以本项目为例，结合现场实际情况，将原本不适用于淤泥质软土环境的放坡开挖支护方案，灵活的运用到基坑西侧，节约了成本的同时也提高了施工效率；同时，本项目充分考虑不同建筑的建设周期和现场施工节奏，合理应用不同的支护设计方案，在保障围护结构安全性的同时充分考虑经济性，在售楼处采用灌注桩支护+双轴搅拌桩止水的方案，而在基坑南北东侧则采用拉森钢板桩+坑内留土的方案，这对于淤泥质软土环境下基坑支护的选型提供了新的组合思路。

4 淤泥质软土环境下的典型风险分析和应对措施

淤泥质软土环境下，很容易发生基坑隆起的问题，考虑到上海地区为淤泥质软土典型地区，该项目从策划阶段就已经开始充分考虑基坑隆起的应对及预防措施。

基坑隆起主要是指基坑底部土体向上回弹，一般是由于卸荷及土体的应力释放引起。

由于基坑内常规土方作业及基坑周围施工堆载，会形成单侧超载及坑底卸载的局面，从而导致基坑整体处于偏压状态，这样的施工常态结合淤泥质软土环境，会使得发生坑底回弹变形或发生坑底隆起破坏的概率增大[5]。因此，对淤泥质软土环境中基坑隆起的风险分析和应对措施的探讨是非常有必要的。

引起基坑隆起的原因有很多，常见的有两种：基坑开挖和边坡堆载。

4.1 基坑浅开挖

情况分析：基坑开挖后会导致开挖面形成垂直方向的卸载，由于淤泥质软土力学强度低、压缩性强、抗剪强度低，会导致基坑开挖面发生隆起，当开挖深度较小时，隆起一般为弹性形变，基坑支护可能会随土体回弹而抬高，此时的特征是基坑底中部隆起最高，而且此种程度的坑底隆起基本不会引起围护墙外侧土体发生水平方向位移。

本项目应对措施：本项目采用被动区加固等措施提高基坑的稳定性。在施工过程中也可以采用过被动区预留土台的施工方案，控制卸载节奏，保持合理的被动区土压力。

4.2 基坑深开挖或边坡堆载

如在基坑浅层土方作业的已经引发基坑隆起的基础上继续进行开挖，或在支护周围堆载施工机械或材料，或两者同时进行，会使得基坑隆起进一步加剧。基坑内外的高差和压力差会导致基坑支护外围的土体向基坑内移动，在淤泥质软土具有流变性、触变性较好和抗剪性能较差的环境中，这种位移会加剧，最终会在基坑坑底产生向上的塑性隆起，同时在基坑周围产生较大的塑性区，并引起地面沉降。这种情况稳定后会形成双峰马鞍形状，基坑中心的隆起幅度反而最小，在位于基坑支护一定距离处的隆起幅度最大。

本项目应对措施：降低开挖速率，采取分层开挖、跳仓开挖等方式降低卸载速率。同时应及时卸载基坑支护周围的各类堆载，并严格禁止此类堆载行为。

5 结语

综上所述，基坑支护的选型和风险排查是一项系统性工程，也是基坑施工阶段极为重要的一环。结合项目的各项基本条件，通过合理的方案比选，选定合适的基坑支护结构方案，并通过分析提前预估风险，制定应对方案，是基坑支护施工阶段合理的工作方法。这一点在南方滨海滨江的淤泥质软土环境中更为关键，施工中要充分考虑淤泥质软土环境带来的各种不利影响，充分考虑基坑支护的结构安全，才能让基坑支护的安全风险讲到最低，且经济效益最大化。