軟土地區(qū)大型深基坑總體設(shè)計(jì)與施工方案

徐小蘭 張 旭

1. 中鐵一局集團(tuán)有限公司 陜西 西安 710054；

2. 同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司 上海 200092

我國城市建設(shè)已進(jìn)入全新的開發(fā)與利用階段，城市縱深的發(fā)展和地下空間的擴(kuò)展帶來了大量的深基坑工程，且基坑規(guī)模越來越大，在深度、面積上不斷有新的增長。伴隨著基坑體積的增大，其周邊環(huán)境也日益復(fù)雜[1-2]。在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)密集的沿海、沿江地區(qū)，其工程建設(shè)影響深度范圍內(nèi)普遍存在一定厚度的軟土。軟土系是一種具有孔隙比大、壓縮性高、強(qiáng)度低、結(jié)構(gòu)靈敏、流變性和不均勻性等特性的土層，對基坑開挖較為不利。軟土地區(qū)深基坑開挖可能出現(xiàn)的巖土工程問題有：由于開挖卸載和臨空導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)和邊坡土體變形、整體失穩(wěn)和基底隆起；由于開挖使地下水坡度陡降引起地下水從側(cè)壁涌出產(chǎn)生流土和涌水，或者由于揭穿承壓含水層上伏不透水層產(chǎn)生坑底管涌和冒砂；由于前2個(gè)原因造成的周圍地況變形、破壞。

大型地下室施工周期長，基坑周邊環(huán)境條件往往會(huì)隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化，時(shí)空效應(yīng)愈加顯著?；娱_挖需遵循“分層、分塊、限時(shí)開挖”的總原則，結(jié)合基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)調(diào)整施工方案，全過程實(shí)行信息化施工。通過在理論和實(shí)踐中對施工工藝和支護(hù)技術(shù)進(jìn)行深入研究，實(shí)現(xiàn)在軟土地基城市中安全、穩(wěn)定、高效地進(jìn)行深基坑開挖施工，同時(shí)盡可能將基坑卸荷引起的沉降、位移等變形影響控制在允許范圍內(nèi)，已成為當(dāng)前一個(gè)非常迫切而重要的課題[3]。

本文以平潭高鐵站前城市綜合體項(xiàng)目深基坑工程為背景，分析該項(xiàng)目周邊環(huán)境的復(fù)雜性、多樣性及施工工期對基坑支護(hù)模式的影響。論述大型深基坑如何根據(jù)各邊條件的不同，合理地采用分區(qū)分級支護(hù)技術(shù)，以達(dá)到基坑工程安全適用、保護(hù)環(huán)境、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、確保質(zhì)量的目的。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

平潭高鐵站前城市綜合體項(xiàng)目位于福建省平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)高鐵站西側(cè)，用地面積約210 000 m2。地上為多棟多層建筑，地下設(shè)置1層整體地下室、局部設(shè)2層地下室，結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)形式為樁基礎(chǔ)＋防水板。2層地下室區(qū)域基坑開挖深度約11.06 m，1層地下室區(qū)域基坑開挖深度約7.46 m，東側(cè)高鐵站房邊基坑開挖深度為9.76 m。基坑周長約1.8 km，開挖面積約140 000 m2。

1.2 基坑周邊環(huán)境狀況

基坑南、北、西三側(cè)為規(guī)劃道路，需考慮基坑開挖與周邊道路軟基處理的施工交叉作業(yè)?；?xùn)|側(cè)緊鄰已建高鐵站房，站房為地上多層建筑，無地下室。站房為本基坑工程需重點(diǎn)保護(hù)的建筑。

考慮基坑開挖深度與周邊環(huán)境的不同，本工程東側(cè)靠近高鐵站房及地下2層區(qū)域邊界基坑安全等級為一級，其余處基坑安全等級為二級。

1.3 工程地質(zhì)條件

場地地貌屬海積平原，土層厚薄不一，起伏大?；娱_挖影響范圍主要土層由上至下依次為素填土、淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土、粉砂、黏土、淤泥質(zhì)土、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖（砂土狀）、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖（碎塊狀），基坑側(cè)壁土層抗剪強(qiáng)度普遍為較低-中等，開挖后側(cè)壁穩(wěn)定性差。

場地地下水類型主要包括上層滯水、孔隙承壓水，地下水初見水位埋深0.30～2.10 m，年水位變幅為1～2 m。素填土主要賦存上層滯水，該層透水性、富水性一般，水量一般。淤泥質(zhì)土和粉質(zhì)黏土的透水性、富水性較差，表現(xiàn)為相對隔水層。粉砂中的孔隙承壓水受側(cè)向補(bǔ)給，為中等透水性，水量較豐富。

1.4 施工難、特點(diǎn)分析

本基坑工程施工主要有如下難點(diǎn)：

1）基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)均不可進(jìn)入周邊道路路基與建筑地基，錨桿傳力體系不可用。

2）開挖面積巨大，若采用水平內(nèi)支撐方式，存在支撐過長、支撐傳力效果不佳、支撐量大等問題。

3）工期緊張。

4）基坑延長大，基坑開挖深度及周邊環(huán)境多樣，地層起伏大。

5）東側(cè)站房邊施工操作面狹窄，基坑施工難度大。

6）本基坑屬于深大基坑，施工周期長，時(shí)空效應(yīng)明顯，預(yù)計(jì)基坑暴露時(shí)間需經(jīng)歷雨季等惡劣天氣。

2 分坑方案

本工程基坑外輪廓形狀不規(guī)則，地下室深度不一，可采用分坑的設(shè)計(jì)與施工方式。將東北角與東南角的地下2層區(qū)域分為分坑1與分坑2，地下1層區(qū)域?yàn)橹骺?。分?與分坑2采用板式支護(hù)體系＋2道鋼筋混凝土支撐的方式，支撐采用對撐＋角撐的方式。主坑根據(jù)各處環(huán)境的不同采用不同的支護(hù)方式。為避免深淺坑之間互相影響，確?；邮┕ぐ踩础跋壬詈鬁\”的原則，先施工分坑，待分坑完成地下2層結(jié)構(gòu)后進(jìn)行淺坑施工。分坑支護(hù)平面布置如圖1所示。

圖1 基坑支護(hù)總體布置（分坑方案）

分坑方式可有效地控制一次土方開挖量，分坑1與分坑2尺寸大小適中，采用水平混凝土對撐，支撐剛度大，整體性好，安全度高，變形控制能力強(qiáng)。同時(shí)支撐支于混凝土冠梁與腰梁，減少了支撐架設(shè)、拆除工況與主體結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)性，便于施工組織。缺點(diǎn)是支護(hù)樁與支撐的工程量增加較多，基于經(jīng)濟(jì)性考慮未采用本分坑方案。

3 多種支護(hù)方式組合方案

因基坑各區(qū)域開挖深度不盡相同、周邊環(huán)境與水文地質(zhì)條件不一，最終決定采用整體大坑、多種支護(hù)模式組合應(yīng)用的方式?？傮w開挖方式為盆式開挖，先施工中部地下室結(jié)構(gòu)，后根據(jù)各邊不同的支護(hù)方式逐步施工坑邊結(jié)構(gòu)。整體大坑支護(hù)平面布置如圖2所示。

圖2 基坑支護(hù)總體布置（整體大坑）

3.1 地下1層場地受限區(qū)域

基坑西側(cè)規(guī)劃道路邊及二期區(qū)域施工便道處，基坑開挖深度約7.46 m，坑底位于滲透性較大的粉砂層。采用“頂部放坡＋排樁＋1道內(nèi)支撐＋止水帷幕”的支護(hù)模式。由于場地前期為農(nóng)田，淺層土體強(qiáng)度差，故頂部放坡坡比采用1∶2，放坡卸土深度為2.5 m。支護(hù)排樁采用φ800 mm@1 200 mm鉆孔灌注樁，樁端穿過⑦層淤泥質(zhì)土層，進(jìn)入其下強(qiáng)度相對較高土層不少于1 m。支撐為支于基礎(chǔ)底板的豎向斜撐，規(guī)格為φ609 mm×16 mm鋼管，傾角約13°，水平布置間距約9 m，長度約12 m。止水帷幕采用φ850 mm@600 mm三軸水泥土攪拌樁（套接1孔），樁長約12 m，確保止水帷幕均能穿過粉砂層進(jìn)入相對不透水層不少于2 m。典型支護(hù)剖面如圖3所示。

圖3 灌注樁＋1道豎向斜撐典型支護(hù)剖面

主要施工次序如下：

1）場地平整至設(shè)計(jì)標(biāo)高之下，止水帷幕、支護(hù)灌注樁施工，局部深坑加固施工。

2）坑邊排水溝施工，頂部放坡卸土，冠梁施工，坑內(nèi)1∶2留土放坡，噴射混凝土護(hù)坡。

3）先期基礎(chǔ)底板施工完成，架設(shè)支撐施加預(yù)應(yīng)力，坑內(nèi)留土開挖，施工剩余地下室底板、底板傳力帶。

4）拆除支撐，進(jìn)行地下主體結(jié)構(gòu)施工，基坑側(cè)壁土方回填。

該典型剖面主要計(jì)算結(jié)果如下：最大水平位移22 mm，最大彎矩565 kN·m，整體穩(wěn)定系數(shù)2.31，坑底抗隆起系數(shù)2.36，墻底抗隆起系數(shù)6.39，抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)1.6，支撐內(nèi)力150 kN。

3.2 地下1層場地開闊區(qū)域

本工程一、二期分界處，基坑開挖深度約為7.16 m，坑底位于粉砂層。采用“兩級放坡＋止水帷幕”的開挖模式。放坡坡比為1∶2，中間設(shè)3 m平臺。止水帷幕采用φ850 mm@600 mm的三軸水泥土攪拌樁（套接1孔），樁長約為14.6 m，確保止水帷幕進(jìn)入相對不透水層不少于2 m?？紤]該基坑施工的工期較長，且該地區(qū)降水量大，坡面設(shè)厚100 mm的C20噴射混凝土面層。典型開挖剖面如圖4所示。

圖4 兩級放坡開挖典型剖面

主要施工次序如下：

1）場地平整至設(shè)計(jì)標(biāo)高之下，止水帷幕施工。

2）排水溝施工，1∶2放坡開挖，噴射混凝土護(hù)坡。

通過上述分析，吉奇對弗雷格判斷杠的不當(dāng)使用就很清楚了。弗雷格的判斷杠是加在被他稱為“語句”的單獨(dú)詞項(xiàng)之前的。因?yàn)檫@樣的“語句”本身不具備判斷力，而無法被用來做判斷，所以當(dāng)我們想做判斷時(shí)，就需要通過判斷杠將它改造成具有判斷力的表達(dá)式。弗雷格引入判斷杠“|”是必要的，他需要這樣一個(gè)符號來將已被他剝奪了判斷力的語句再恢復(fù)判斷力。吉奇在沒有明確弗雷格本意的前提下就直接借用判斷杠“|”，并加在自然語句之前，是錯(cuò)誤的。因?yàn)樽匀徽Z句不是單獨(dú)詞項(xiàng)，它本身就攜帶判斷力，沒有必要再為它加上判斷杠。

3）施工地下主體結(jié)構(gòu)，基坑側(cè)壁土方回填。

該典型剖面的整體穩(wěn)定系數(shù)為1.43。

3.3 地下2層區(qū)域

本工程地下2層基坑開挖深度約11.06 m，坑底位于黏土層。采用“頂部放坡＋排樁＋2道內(nèi)支撐＋止水帷幕”的支護(hù)模式。頂部放坡卸土坡比為1∶2，最大限度地利用場地條件確定卸土深度為2.46 m。支護(hù)排樁采用φ1 000 mm@1 200 mm鉆孔灌注樁，樁端穿過⑦層淤泥質(zhì)土層，進(jìn)入其下強(qiáng)度相對較高土層不少于1 m。2道支撐均為豎向鋼斜撐，水平布置間距約9 m，長約24 m。第1道支撐支于地下1層結(jié)構(gòu)梁板，規(guī)格為φ609 mm×16 mm鋼管。第2道支撐支于基礎(chǔ)底板，規(guī)格為2φ609 mm×16 mm鋼管。止水帷幕采用φ850 mm@600 mm三軸水泥土攪拌樁（套接1孔），樁長約16.14 m，確保止水帷幕進(jìn)入相對不透水層不少于2 m。為控制基坑變形，坑內(nèi)設(shè)暗墩加固。典型支護(hù)剖面如圖5所示。

圖5 灌注樁＋2道豎向斜撐典型支護(hù)剖面

主要施工次序如下：

1）場地平整至設(shè)計(jì)標(biāo)高之下，止水帷幕、支護(hù)灌注樁、立柱樁施工，坑內(nèi)加固施工。

2）坑邊排水溝施工，頂部放坡卸土，冠梁施工，坑內(nèi)1∶2兩級留土放坡，噴射混凝土護(hù)坡。

4）拆除第2道支撐，施工剩余地下1層結(jié)構(gòu)，施工地下1層樓板傳力帶，拆除第1道支撐，施工剩余地下室結(jié)構(gòu)，基坑側(cè)壁土方回填。

該典型剖面主要計(jì)算結(jié)果如下：最大水平位移25 mm，最大彎矩770 kN·m，整體穩(wěn)定系數(shù)2.74，坑底抗隆起系數(shù)2.93，墻底抗隆起系數(shù)17.19，抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)1.41，第1道支撐內(nèi)力160 kN，第2道支撐內(nèi)力420 kN。

3.4 東側(cè)站房邊

基坑?xùn)|側(cè)已建高鐵站房基礎(chǔ)形式為樁基承臺，承臺及基礎(chǔ)拉梁頂相對標(biāo)高為－0.10 m?；娱_挖面距東側(cè)已建高鐵站房基礎(chǔ)邊緣僅4.2 m，距站房2層挑梁邊緣僅1.9 m，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工空間狹小。此處基坑開挖深度為9.76 m，坑底位于淤泥質(zhì)土層及粉砂層。采用“排樁＋1道內(nèi)支撐＋止水帷幕”的支護(hù)模式。支護(hù)排樁采用φ1 000 mm@1 200 mm鉆孔灌注樁，樁端嵌于強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層，樁長約32 m。支撐采用豎向鋼斜撐，規(guī)格為2φ609 mm×16 mm鋼管，支撐水平間距約8 m，支撐牛腿設(shè)于先期施工的基礎(chǔ)底板上。由于基坑開挖深度大，僅設(shè)1道支撐，故在鋼管支撐拆除前加設(shè)H400 mm×400 mm型鋼斜換撐。止水帷幕采用φ850 mm@600 mm高壓旋噴樁，樁端穿過滲透性較大的粉砂層不少于2 m。為控制基坑變形，采用φ800 mm@600 mm高壓旋噴樁進(jìn)行坑內(nèi)裙邊加固，加固平面寬度為5 m，加固深度為坑底之下5 m。典型支護(hù)剖面如圖6所示。

主要施工次序如下：

1）場地平整至設(shè)計(jì)標(biāo)高之下，止水帷幕、支護(hù)灌注樁、立柱樁施工，坑內(nèi)加固施工。

2）坑內(nèi)1∶2兩級留土放坡，噴射混凝土護(hù)坡，冠梁施工，先期基礎(chǔ)底板施工。

3）架設(shè)鋼管支撐，開挖坑邊留土、施工剩余基礎(chǔ)底板及底板傳力帶。

4）型鋼斜換撐施工，拆除鋼管支撐，地下室結(jié)構(gòu)施工，基坑側(cè)壁土方回填，割除型鋼斜換撐。

該典型剖面的主要計(jì)算結(jié)果如下：最大水平位移21 mm，最大彎矩910 kN·m，整體穩(wěn)定系數(shù)2.89，坑底抗隆起系數(shù)2.97，墻底抗隆起系數(shù)18.71，抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)1.47，支撐內(nèi)力250 kN，型鋼斜換撐內(nèi)力90 kN。

4 結(jié)語

深大基坑施工是一個(gè)系統(tǒng)工程，在確保基坑開挖安全的前提下，如何做到經(jīng)濟(jì)合理、保質(zhì)按期、綠色環(huán)保及盡可能減少開挖對周邊建（構(gòu)）筑物、市政管線的影響是一項(xiàng)重要工作。

本文以平潭高鐵站前城市綜合體項(xiàng)目深基坑工程為背景，分析了該項(xiàng)目周邊環(huán)境的復(fù)雜性、多樣性。論述了復(fù)雜環(huán)境下深大基坑采用大坑盆式開挖、多種支護(hù)方式組合應(yīng)用的可行性，得出如下結(jié)論：

1）大型基坑周長大，各邊環(huán)境與開挖深度不一，采用不同支護(hù)方式是必要且可行的。

2）當(dāng)基坑面積較大，采用1～2道豎向鋼斜撐，利用先期完成的主體結(jié)構(gòu)作為支點(diǎn)，可有效地確?；臃€(wěn)定，減少支撐工程量。

3）在砂性軟土地區(qū)，當(dāng)場地開闊時(shí)，深度7 m左右的基坑可采用兩級放坡的開挖方式。

4）在砂性軟土地區(qū)，深度9 m左右的基坑可采用1道豎向鋼斜撐結(jié)合坑內(nèi)加固及換撐的支護(hù)模式。