深厚軟土地區基坑支護設計與幾點體會

張旭斌　武恒　李圃林

【摘 要】隨著經濟的發展及城市化進度的加快，土地資源也越來越緊張，地下空間的開發和利用成為一種必然，因此產生了大量的基坑工程，尤其是城市中心位置，周邊環境較嚴峻、深度以及開挖規模大，導致基坑支護工程的設計和施工難度也變大?；庸こ淌且粋€復雜的系統工程，包括支護體系設計及施工和土方開挖、地下水控制、工程檢測以及周邊環境保護等內容，即除了必須確?；觽缺诩爸苓叚h境安全外，還應在安全可靠、經濟合理的前提下最大限度地滿足土方開挖及主體結構施工便利的要求。在深厚軟土地區，由于軟土具有天然含水量大、孔隙比大、壓縮系數高、強度低等不良工程特性，在基坑的設計和施工中，常常會因為土體失穩或者支護變形過大而造成重大工程事故。下文對深厚軟土基坑支護設計與施工進行探討。

【關鍵詞】深厚軟土地區；基坑支護；設計；

1 軟土地區基坑支護設計現狀概況

基坑工程是一項綜合性強的工程，它主要包括有基坑支護體系設計與土方的開挖，同時，基坑支護體系屬于建筑結構中的臨時工程，在地下結構物施工完成后即完成其功能，其使用時間相對較短。當前，城市高層建筑以及地鐵工程的迅速發展，城市中基坑工程越來越多也越來越復雜，尤其在軟土地區，如何確保地下工程在建設過程中的安全、經濟和高效性，是巖土工程技術人員急需解決和面對的問題。

天津、上海等地區，由于地質構造作用形成海陸相交互的地層，淺層地層土質較差，很多地區有深厚淤泥質土層，對地下工程的建設帶來了很多困擾，在軟土地區目前除去放坡開挖外，常用的支護體系按照支護原理有以下幾種：

（1）重力式圍護結構。目前在工程中用的較多的是水泥土重力式擋墻，一般采用水泥土攪拌樁，也有采用高壓噴射注漿法。水泥土攪拌樁，也稱之為深層攪拌樁，是利用水泥石灰等材料作為固化劑，通過攪拌機械，將軟土和固化劑強制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產生的一系列物理化學反應，使軟土硬結成具有整體性、水穩定性和一定強度的樁體。在軟土地區處理5m左右的基坑中有廣泛的應用，經濟有效且施工簡單。

（2）懸臂式圍護結構。常采用鋼板樁、混凝土鉆孔灌注樁、地下連續墻等形式。懸臂式圍護結構依靠足夠的入土深度以及結構的抗彎能力來維持整體穩定和結構的安全，這種結構對開挖深度非常的敏感，易產生較大的變形。一般適用于開挖深度較淺且土質較好的基坑工程。通常對于地下水位埋深較淺的軟土地區，懸臂式排樁支護多用于開挖深度在4-6m的基坑，其后設置一排水泥土攪拌樁止水帷幕，止水的同時防止軟土土層樁間土的流失。

（3）內撐式圍護結構。該結構由兩部分構成：內撐體系和圍護結構。前者主要采用水平支撐和斜支撐，承受擋墻結構所傳遞的水、土壓力，支撐常采用鋼筋混凝土支撐和鋼管支撐兩種，圍護結構常采用鉆孔灌注樁、型鋼水泥土攪拌樁和地下連續墻等。對于開挖深度為6～12m的基坑，常采用鉆孔灌注樁，其后設置深層攪拌樁或高壓旋噴注漿防水，并設多層支撐，支撐需綜合考慮土層情況、場地環境及圍護結構變形的要求設置。對于開挖深度大于15m的基坑，常采用地下連續墻，設多層支撐，通過設置高強度剛度的支護結構來確保支護結構的安全。

2施工過程中基坑支護主要的破壞形式

軟土地區基坑支護發生時候的主要破壞形式如下：

（1）基坑圍護結構大變形

基坑支護中最為常見的危害即為支護結構變形較大或者周邊地表沉降產生裂縫等，引起此類危害的原因是多種情況的，如設計時地面荷載的計算不準確、采取開放式降水或者止水帷幕局部未封閉、突發性降雨引起土壓力增大、重載車的通行引起支護結構變形、支撐剛度太小等。通常支護結構的位移增大與周邊地表沉降是相關的，一旦出現變形需及時控制，防止位移不斷加大造成地面沉陷或者支護結構破壞。

（2）圍護結構整體失穩

對于放坡開挖，由于坑底為淤泥質土、或者上部荷載較大以及設計失誤，坡體整體滑移失穩，在天津濱海新區常出現坡體滑移剪斷工程樁的事故，造成大量的經濟損失；對于樁墻式支護結構，通常由于圍護結構插入土體的深度不夠導致整體失穩，由于入土深度不夠造成承受被動側土壓力承載力不夠，使得主動側土體推動圍護結構以地面為中心轉動，發生整體滑動失穩，也稱“踢腳”破壞，會造成嚴重破壞，如之前杭州地鐵事故。濱海區域由于軟土地區軟土土層較厚，通常需要設置較長支護樁穿過深厚海相軟土層并進入較好陸相層，以防止此類事故發生。

（3）基坑坑底隆起

基坑開挖完成后，基坑底面的變形量由兩部分組成：一部分是由于開挖后的卸載引起的部分土體回彈量；另一部分由各種原因引起，如土體的松弛與蠕變加大了隆起；基坑積水使粘土吸水使土的體積增大而隆起；擋墻嵌固深度不足，發生失穩或者坑底軟土土體發生塑性變形而上涌；同時軟土具有蠕變特征，考慮時空效應，基坑暴露時間過長會引起坑底隆起的加劇。

（4）流沙流土

軟土地區地下水較豐富，尤其是基坑較深時，底部的不透水層較薄，而且在不透水層下面具有較大水壓力的承壓含水層時，基底容易發生突涌、管涌隆起破壞。若基坑底土層含粉土，則宜發生流沙流土現象，這在沿海軟土地區常出現的問題。

3基坑支護設計和施工的影響因素

對于軟土地區基坑支護從設計和施工的角度來看，基坑施工過程中的安全需要從以下角度來重點考慮：

（1）支護結構

支護結構的選擇對于基坑安全保障是至關重要的，包括支護結構的類型，支護結構的剛度強度以及它的嵌固深度，支撐的設置的位置以及采用的材料等，止水帷幕的設置以及降水方式等。深厚的軟土土層是影響基坑支護結構選型的重要因素，尤其是深大基坑要著重考慮整體失穩以及坑底隆起的重大基坑危害，通過合理的計算來選定支護結構。

（2）水的影響

基坑的降水是保證基坑施工以及確?；影踩闹匾胧?，止水帷幕的設置以及采用合理的降水方式是確保施工安全的重要內容。施工時候要確保施工質量，并保證基坑開挖過程中坑底無積水以及側壁漏水，若有滲漏及時注漿或采取其他方式封堵。

雨季施工時需要做好相應的應急預案，防止雨水和地表積水進入基坑，使基坑樁后土和坑底的土體軟化，從而導致土體自身承載力下降，造成基坑的支護結構受力增大，增大墻體位移和周圍地表沉降，進而造成較大的危害。

（3）基坑的開挖順序以及施工周期

在基坑開挖的過程中，可以根據場地條件以及施工規劃合理安排開挖方式，分部分塊開挖，及時的施工支撐且開挖后及時試做墊層并頂至支護樁，能夠有效的減少支護結構的位移，同時在軟土的基坑施工中，周圍土體受到一定的應力，一部分區域受力較大形成塑性區，使土體具有流變性，而且土體會隨暴露時間的延長移動，特別是在剪應力水平較高以及容易受到擾動的部位。故基坑暴露時間對基坑地層移動的影響是不可忽略的，應盡量減小開槽后基坑的暴露時間。

（4）基坑內部土體的改善

采用物理或化學方法對基坑工程中的天然地基進行加固，改善土體的力學性質，尤其對于坑底在軟土層，且容易發生流沙流土現場的位置可以采用高壓旋噴樁或水泥土攪拌樁加固，同時也能達到止水隔水的效果。

（5）監測方案

在基坑工程中，設計中要求包括變形、強度、穩定三方面。但基坑支護的設計的結果，需要借助實際工程的反饋對設計進行不斷調整完善。因此，在施工中制定詳細的監測方案，尤其是深大基坑工程，準確的監測方案是對施工以及設計的指導，能夠有效的防止基坑支護中重大安全事故的發生，這是在基坑施工過程中非常重要的一環。

4結語

近年來，為了適應建筑業的迅速發展，我國基坑支護的設計與施工已經建立了一套較為完善的設計技術理論，并總結出了不少實踐經驗。但是，土層結構、地下水的復雜性以及設計理論的研究，仍需要巖土工作者適時進行革新與完善，以適應不同的實際情況的需要。設計人員和施工人員都要加強對經驗的積累并不斷吸取學習補充相關的設計理論與知識，加深對軟土的工程特性的了解，通過現場實際施工情況及監測反饋，對設計理念以及設計方式不斷地比較、論證、調整，并進一步應用在深基坑支護領域，促進我國地下空間領域建設的發展。

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