软土深基坑支护工程设计实例分析

王煜

（深圳中广核工程设计有限公司，广东深圳 518100）

1 工程概况

1.1 建筑物平面位置

根据建筑物总平面图，该基坑主要由两部分组成，一部分为虹吸井基坑，另一部分为盾构工作井基坑；其中虹吸井基坑周长100 m，基坑面积2 075 m2，基坑深度为14.60 m，其东侧距已运行使用的厂区道路12.55 m，西侧距某仓库（钢结构，天然基础）18.35 m；盾构工作井基坑周长117.80 m，基坑面积820 m2，基坑深度为24.10 m，其西北侧距办公楼（框架结构，天然基础，基础埋深约1.50 m）20.07 m，具体位置如图1 所示。

图1 建筑物平面位置图（单位：m）

1.2 地质条件

根据场地勘察资料，自上而下地层如下。

①回填土：主要为场地平整时回填的块石，平均层厚约8.00 m，强透水层。②2黏土：灰黄色，软塑，局部可塑，平均层厚2.05 m。②3淤泥质黏土或淤泥，即俗称的“软土”：青灰色，流塑，含水率高，含少量腐殖质和白色贝壳碎屑。该层原为淤泥，上部块石抛填堆载加荷近10 年后土的物理力学性质发生较大变化，现大部分为淤泥质黏土，局部为淤泥。平均层厚6.60 m，最大厚度约9.60 m。②4黏土：青灰色，具有软塑性和高压缩性，平均厚度为5.05 m。②41粉砂：灰色，中密，饱和，级配差，呈透镜体分布于②4层黏土。厚度0.50～2.70 m。②5粉质黏土：青灰色，可塑，平均层厚3.10 m。③1粉质黏土：褐黄色，可塑性好，含有少量铁锰质结核及斑点。厚度1.20～8.00 m。③2粉砂：褐黄色，中密～密实，饱和，夹中粗砂，级配差，呈透镜体分布于③1层黏土的底部。平均层厚3.05 m。④2粉质黏土：灰色，软塑，局部可塑，少量钻孔揭露。平均层厚1.03 m。④3粉砂：灰色，密实，饱和，夹少量砾砂，级配差，平均层厚2.50 m。⑤2黏土：褐灰色，混大量强风化角砾和中粗砂，可塑～硬塑，局部坚硬，平均厚度4.55 m。

基坑范围内土层主要物理力学指标见表1。

表1 各土层参数

1.3 水文地质条件

地下水主要为第四系孔隙潜水，这是整个场区的地下水特点。孔隙潜水可分为人工回填抛石孔隙潜水和海积层孔隙潜水。回填抛石孔隙潜水水位标高约2.00 m；海积层孔隙潜水存在于不连续的透镜体状的粉砂、中细砂、中粗砂、砾砂层，总体富水性贫乏，黏性土为较稳定的隔水层。第四系孔隙潜水主要来源是大气降雨。

2 基坑支护的设计思路及方案

该基坑属于典型的软土地区基坑，工程地质、水文地质条件较差，且基坑开挖深度较深，加之周围构筑物的存在，故必须选用合理的支护形式，以做到在安全、合理的前提下，缩短施工工期、方便土方开挖和结构的施工、节省工程造价。本着安全可靠、经济合理的原则，经过比较、优化，确定虹吸井基坑采用放坡+钻孔灌注桩+旋喷土锚+坑外单轴搅拌桩止水帷幕的综合支护形式；盾构工作井基坑采用放坡+钻孔灌注桩+浅部旋喷土锚+下部混凝土支撑+坑外单轴搅拌桩止水帷幕的综合支护形式[1-2]。

根据地下水位发育情况，采用钻孔灌注桩+单轴搅拌桩作为止水帷幕，可有效利用钻孔灌注桩的支护与止水双重作用；旋喷土锚是通过对土体加注水泥浆搅拌、旋喷成倾斜桩体，同时施放锚筋或钢绞线，实现对地层的主动加固，在基坑的四周形成“人”字形、“门”字形或“彡”字形锚杆挡土结构，围护基坑壁、边坡的掩护结构。可将常规的基坑支护用的内支撑取消，具有安全性、经济性、方便施工与缩短工期、对周边环境影响小、适用不同土层等优点。

上述综合支护形式考虑了地下水埋深浅、基坑两侧空间的充分利用、内支撑对上部结构施工有影响等多种现场因素，同时也考虑了盾构工作井作为盾构机进入通道、矿山法出土通道、盾构法泥水输出通道而对地基承载力有特殊要求、工作井使用周期长等各种客观因素的影响。围护桩平面布置图如图2 所示。

图2 围护桩平面布置图（单位：m）

具体设计方案如下[3]。

1-1 剖面：主要分布在虹吸井基坑东西两侧。

浅部放坡：采用一级放坡，坡高5.00 m，放坡系数为1∶1。坡面设100 mm 厚C20 网喷面层，内配φ8 mm@200 mm×200 mm 钢筋网片。

钻孔灌注桩：采用φ1 200 mm 钻孔桩，桩间距1 500 mm，有效桩长21.50 m。

坑外重力式挡土墙（兼做止水帷幕）：单轴水泥搅拌桩φ700 mm@500 mm，西侧坝体宽7.15 m，东侧坝体宽5.35 m，有效桩长16.50 m，水泥掺量15%；坝体顶部做7 150 mm（5 250 mm）×200 mm 混凝土面板，内配双向φ10 mm@200 mm×200 mm 钢筋网。旋喷土锚的主要设计参数见表2。

表2 锚杆设计参数

1-1 典型施工剖面图如图3 所示。

图3 1-1 典型施工剖面图（单位：mm）

2-2 剖面：主要分布在工作井基坑东西两侧。

浅部放坡：采用一级放坡，坡高5.00 m，放坡系数为1∶1。坡面设100 mm 厚C20 网喷面层，内配φ8 mm@200 mm×200 mm 钢筋网片。

钻孔灌注桩：前排桩φ1 200 mm@1 500 mm，后排桩为φ1 200 mm@1 500 mm，有效桩长36.00 m。

坑外重力式挡土墙（兼作止水帷幕）：单轴水泥搅拌桩φ700 mm@500 mm，西侧坝体宽9.10 m，东侧坝体宽14.30 m，有效桩长14.50～16.00 m，水泥掺量15%；坝体顶部做9 100 mm（143 00 mm）×200mm 混凝土面板，内配双向φ10 mm@200 mm×200 mm 钢筋网。旋喷土锚的主要设计参数见表3。

表3 锚杆设计参数

2-2 典型施工剖面图如图4 所示。

图4 2-2 典型施工剖面图（单位：mm）

3-3 剖面：主要分布在工作井基坑南侧非隧道部位。

浅部放坡：采用一级放坡，坡高5.00 m，放坡系数为1∶1。坡面设100 mm厚C20 网喷面层，内配φ8 mm@200 mm×200 mm钢筋网片。

工作井南侧钻孔灌注桩：前排桩φ1 200 mm@1 500 mm，后排桩φ1 200 mm@1 500 mm，有效桩长31.00 m。

工作井北侧钻孔灌注桩：φ1 200 mm@1 500 mm，有效桩长19.00 m。

坑外重力式挡土墙：单轴水泥搅拌桩φ700 mm@500 mm，南侧坝体宽19.90 m，有效桩长15.00～18.00 m，水泥掺量15%；坝体顶部做19 900 mm×200 mm 混凝土面板，内配双向φ10 mm@200 mm×200 mm 钢筋网。

旋喷土锚的主要设计参数见表4。

表4 锚杆设计参数

3-3 典型的施工剖面图如图5 所示。

图5 3-3 典型施工剖面图（单位：mm）

4-4 剖面：主要分布在工作井基坑南侧隧道部位。

浅部放坡：采用一级放坡，坡高5.00 m，放坡系数为1∶1。坡面设100 mm 厚C20 网喷面层，内配φ8 mm@200 mm×200 mm 钢筋网片。

工作井南侧钻孔灌注桩：φ1 200 mm@1 500，有效桩长31.00 m。

工作井北侧钻孔灌注桩：φ1 200 mm@1 500 mm，有效桩长19.00 m。

坑外重力式挡土墙：单轴水泥搅拌桩φ700 mm@500 mm，南侧坝体宽23.90 m，有效桩长15.00～18.00 m，水泥掺量15%；坝体顶部做23 900mm×200mm 混凝土面板，内配双向φ10 mm@200 mm×200 mm 钢筋网。

旋喷土锚的主要设计参数见表5。

表5 锚杆设计参数

4-4 典型的施工剖面图如图6 所示。

图6 4-4 典型施工剖面图（单位：mm）

3 基坑支护效果

为保证基坑的安全，对基坑进行各项变形和应力观测，监测项目主要包括：（1）坡顶沉降和水平位移；（2）基坑周围地面与道路沉降；（3）深层土体侧向变形；（4）支撑的轴力；（5）基坑周边建筑物沉降；（6）坑外地下水位；（7）土层锚杆应力[4]。

该基坑工程在整个施工及使用期间，未出现坑壁坍塌现象，基坑边坡的水平位移、垂直沉降变形等与设计计算预测值基本吻合。总体而言，该基坑工程及拟建建筑物均已顺利完工，周边建筑未受影响，也为建设方节省了大量的施工工期和建设资金。

4 结语

深基坑工程是一个复杂系统，涉及诸多要素，包括强度与变形、土与支护结构的共同作用、时空效应、施工工艺等综合性的岩土工程问题。

本工程为沿海地区典型软土地质条件下的基坑支护工程，根据基坑周边环境、水文地质条件及结构施工要求，在设计中采用了放坡、钻孔灌注桩、深层搅拌桩、高压旋喷桩、桩锚支护结构等多种加固支护方法与手段，同时在设计中运用系统工程的理论和方法，达到了系统整体方案的最优化和实现途径的最优化的目的，对于软土地区类似基坑工程具有研究推广价值。