分析地基處理和基坑支護(hù)在淤泥中的復(fù)合應(yīng)用

邢紅熙

天津華勘集團(tuán)有限公司（300000）

0 前言

地基處理是工程項目建設(shè)的第一步。開挖地基過程中，多種因素會影響項目施工進(jìn)度、質(zhì)量，比如基坑邊坡塌陷、周邊土松動等，以上不良情況均可能干擾后續(xù)施工。在這樣的工況下，就需對基坑進(jìn)行支護(hù)處理?；又ёo(hù)在保證施工安全性的基礎(chǔ)上，對項目施工計劃順利實施有一定促進(jìn)作用。因為淤泥地質(zhì)條件特殊，若使用常規(guī)基坑支護(hù)方法，很難保證施工安全性，難以取得預(yù)期的基坑支護(hù)效果[1]。鑒于此，有人提議用復(fù)合支護(hù)法處理淤泥。文章結(jié)合具體項目案例，探究該工法的設(shè)計及應(yīng)用情況。

1 項目概況

某市的排水截污工程，與湖岸相毗鄰，主體結(jié)構(gòu)是一條總長度為5 200 m 的地下箱式混凝土干渠，設(shè)計基坑挖掘深度為5～9 m，基底承載能力≥100 kPa，沉降最大值≤17 mm。

不同土層的主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)可以作出如下闡述[2]。

①層：素填土，呈褐紅色，濕度較大，疏松，近期回填，未進(jìn)行固結(jié)處理。

γ=20.1 kN/m3，c=5 kPa，φ=16°，fk=120 kPa，Es=4.1 MPa。

②層：黏土是主要的土質(zhì)類型，呈褐色、褐紅色，濕度偏大，軟塑狀，呈高壓縮性，摻雜少許植物根系與螺絲殼。

γ=17.1 kN/m3，c=16.1kPa，φ=3.6°，fk=71kPa，Es=2.5 MPa。

③層：淤泥層，呈褐灰色、褐紅色，濕度較高，處于流塑狀態(tài)，壓縮性偏高，局部區(qū)段有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到了30.0%。

γ=13.2 kN/m3，c=13.1kPa，φ=4.6°，I1=1.58，e=1.997，w=72.9%，fk=31kPa，Es=1.7MPa。

本工程所在區(qū)抗震設(shè)防烈度是8 度，地下水位高約為1 869.3 m（地表下約1.4 m）。

干渠建設(shè)階段途經(jīng)的區(qū)段均分布著建筑物。

2 項目中存在的問題

本干渠項目建設(shè)地具有地下水位偏高、存有深厚的淤泥、抗震設(shè)防烈度偏高和周邊分布較多的建筑物等特征。故應(yīng)著力解決如下幾點(diǎn)問題[3]。

①土層壓力偏大；②基坑被挖掘以后，淤泥容易形成流土，削弱支護(hù)結(jié)構(gòu)的效能而出現(xiàn)滑塌情況；③淤泥自體承載、抗變形能力偏低，基坑挖掘后在自體重量作用下形體很容易改變，也可能造成支護(hù)體失效并出現(xiàn)滑塌；④常規(guī)支護(hù)結(jié)構(gòu)因嵌固力和摩阻能力偏低，故而用于淤泥地質(zhì)條件中原有效能將會喪失。淤泥地基作為構(gòu)筑體的持力層，承載能力若和設(shè)計要求之間存在一定出入，則無法滿足構(gòu)筑物對震陷提出較高要求。另外，周邊分布較多建筑物，對基坑變形過程提出較嚴(yán)格的要求。

3 地基處理設(shè)計分析

立足于工程實況，結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)勘察資料、本地區(qū)既往地基處理及基坑支護(hù)經(jīng)驗，為應(yīng)對以上問題，可以從如下幾方面加以控制。

3.1 合理的復(fù)合型式

基坑被挖掘以后淤泥層容易形成流土，削弱支護(hù)結(jié)構(gòu)自體效能，出現(xiàn)滑塌不良情況。故而為保證止水擋土結(jié)構(gòu)的科學(xué)性，推薦選用地下連續(xù)墻、鋼板樁、加筋混凝土攪拌墻等方案。

淤泥層自體承載、 抗變形能力均處于極低水平，基坑挖掘后沒有形成側(cè)限，在自體重量作用下縱向發(fā)生形變的概率較高，無法取得預(yù)期的基坑支護(hù)效果，故而在這種特殊工況下設(shè)計出的支護(hù)結(jié)構(gòu)要持有一定的抗縱向承載能力。

淤泥層無法提供較高的嵌固力與摩阻力，故而和能提供被動土壓力、 摩阻力的支護(hù)結(jié)構(gòu)相比較，附帶支撐體系的支護(hù)結(jié)構(gòu)具備更高的適宜性。

在本工程中，淤泥層作為持力層，承載能力和設(shè)計要求之間還存在一定距離，故而一定要對地基加以處理，推薦選用高壓旋噴樁、深層水泥土攪拌樁方案處理地基。

3.2 結(jié)合方法

1）利用所選定的工法處理基底深厚的淤泥層，依照該土層持有的承載能力，科學(xué)設(shè)定處理范疇、置換率、樁體長度，并在基底下方一定范疇中聯(lián)合使用壁式布樁方法，其宗旨是強(qiáng)化支護(hù)結(jié)構(gòu)的嵌固性能。

2）科學(xué)設(shè)定水泥攪拌樁的布樁加固形式，可以選用柱狀、壁狀、格柵狀及塊狀等形式。不同布樁方法的適用范圍不同，如壁狀、格柵狀多被用于深基坑開挖環(huán)節(jié)的軟土邊坡加固與地下防滲墻，塊狀加固法在上部結(jié)構(gòu)單位面積荷載偏大，需要嚴(yán)格控制不均勻沉降的構(gòu)筑物地基加固領(lǐng)域表現(xiàn)出較高適用性。

3）為實現(xiàn)對支護(hù)結(jié)構(gòu)形體改變過程的有效調(diào)控，規(guī)避因形變量過大而誘導(dǎo)復(fù)合土體結(jié)構(gòu)失效的問題，擬定設(shè)定合理間距，于基坑周邊的混凝土攪拌樁中增設(shè)鋼管構(gòu)件，于基坑頂端安置鋼管析架外支撐，基坑底端借用混凝土攪拌樁樁體設(shè)置內(nèi)支撐，借此方式構(gòu)建出空間支撐體系。圖1、2 是地基處理及基坑支護(hù)平面部署與剖面圖。

圖1 平面部署圖

3.3 保障措施

結(jié)合工程施工前期的調(diào)研資料，發(fā)現(xiàn)本項目所在地既往曾有1 個住宅小區(qū)（共計14 幢），使用深層混凝土攪拌樁處理地基時，使建筑體出現(xiàn)沉降，沉降量為1 000 mm，且欠缺穩(wěn)定性，對本地地質(zhì)條件形成較大影響。在擬選用混凝土攪拌樁法處理地基及基坑支護(hù)時，各參建方持有不同的見解，一種觀點(diǎn)是因淤泥層有機(jī)質(zhì)含量較高且處于流塑狀，深層攪拌樁于該類土層內(nèi)順利成樁的難度較大，且已經(jīng)有很多失敗的案例，故而不推薦采用該工法。另一種觀點(diǎn)認(rèn)為，不論哪種工程技術(shù)方法用于項目施工中，均會有一定的適用條件，一定要做到深度勘察、科學(xué)設(shè)計、施工控制，邀請實踐經(jīng)驗豐富的工程單位開展試驗，一旦成功后將會節(jié)約工程造價成本。若該工法應(yīng)用失敗，則可以在中途調(diào)換其他工法、方案。

圖2 結(jié)構(gòu)剖面示意圖

結(jié)合以上狀況，經(jīng)周密性分析后，擬采取如下幾項措施使深層攪拌樁施工效果得到一定保障。

水泥作為深層水泥攪拌樁的固化劑，在具體設(shè)計前期應(yīng)探查工程所在地水文土質(zhì)條件，結(jié)合工程建設(shè)地土層的性質(zhì)選擇最適宜的水泥品種。通過室內(nèi)配方試驗及現(xiàn)場試樁施工過程，設(shè)定水泥的摻入量。推薦使用強(qiáng)度級別≥32.5 級的普通硅酸鹽水泥作為固化劑，并依照項目需要與土質(zhì)狀況選用外加劑。

要反復(fù)進(jìn)行配比試驗研究，確定適合本工況條件的噴粉量，選定適宜的添加劑，以從最基礎(chǔ)環(huán)節(jié)保證成樁效果與質(zhì)量。

于基坑頂端安置鋼管桁架進(jìn)行外支撐，當(dāng)確定基坑頂部存在1.0%H 位移量時，該外支撐方案方可以實施，其作用以降低土層壓力、調(diào)控支撐形體改變過程、規(guī)避支護(hù)結(jié)構(gòu)失效等為主。

為規(guī)避復(fù)合土體結(jié)構(gòu)形體改變以后出現(xiàn)裂痕，造成支護(hù)效能喪失的情況，要求施工階段若觀察到有裂縫形成時，施工人員快速使用純水泥漿作充填灌漿處理。

在深層攪拌樁打樁工序完成后，在排樁頂部捆綁鋼筋構(gòu)件，同時澆筑樁頂混凝土圈梁，設(shè)定橫截面規(guī)格為20 mm×200 mm。頂部鋼筋混凝土圈梁有益于提高攪拌樁的整體剛度，發(fā)揮著圍檁的作用，防控深層攪拌樁形體改變的情況，還有抗滑、抗傾覆的作用。

4 結(jié)語

因為在試驗段檢測后發(fā)現(xiàn)深層水泥攪拌樁各項指標(biāo)均符合設(shè)計及使用標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)了施工試驗段預(yù)設(shè)目標(biāo)，得到了建設(shè)方的高度肯定。建設(shè)方進(jìn)行了整體工程招標(biāo)，原計劃本工程投資1.45 億元，投標(biāo)結(jié)束后節(jié)省了25.0%。

本設(shè)計方案科學(xué)有效地結(jié)合了地基處理和基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，綜合分析多種因素，通過對軟土層實施補(bǔ)強(qiáng)措施，較明顯地提升了抗剪強(qiáng)度與承載能力，解決了過往地基處理、基坑支護(hù)效果差的問題，有較高的推廣價值。