反壓土在濱海軟土地區(qū)大型基坑支護(hù)中的應(yīng)用分析
——以深圳機(jī)場擴(kuò)建項(xiàng)目為例

朱禮鵬，王雄雄，楊亭波

(深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，廣東 深圳 518000)

0 引 言

在濱海軟土地區(qū)基坑中，由于主、被動(dòng)區(qū)軟土深厚，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移及內(nèi)力難以控制，通常需要采用超長樁或樁撐結(jié)構(gòu)來保障基坑安全，這種處理方式既不經(jīng)濟(jì)，也較難把握工期。

在基坑工程中，反壓土是一種有效的降低支護(hù)結(jié)構(gòu)位移及內(nèi)力的方法。但是，由于反壓土的計(jì)算較復(fù)雜，通常需要簡化計(jì)算后才能運(yùn)用到工程中。李順群等[1-3]開展了反壓土作用效應(yīng)的機(jī)理研究，陳紅慶等[4-7]開展了反壓土對(duì)基坑支護(hù)的簡化計(jì)算方法研究，張正亞等[8]開展了反壓土基坑的數(shù)值模擬研究，劉暢等[9-10]分析了反壓土?xí)r間效應(yīng)影響，王友元等[11-12]結(jié)合實(shí)際工程設(shè)計(jì)與施工中的反壓土應(yīng)用對(duì)該工藝應(yīng)用進(jìn)行了分析。王正慶等[13]結(jié)合基坑監(jiān)測探究了類似基坑變形的規(guī)律。

本文以濱海軟土地區(qū)大型基坑，即深圳機(jī)場4號(hào)調(diào)蓄池新建泵閘站一期基坑工程為例，利用現(xiàn)狀海堤填石對(duì)基坑進(jìn)行反壓，在考慮反壓土的作用時(shí)對(duì)它的作用進(jìn)行了簡化計(jì)算，結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)揭示了濱海軟土基坑工程中預(yù)留反壓土的基坑變形規(guī)律。

1 工程概況

隨著深圳機(jī)場運(yùn)量的日益增長，對(duì)深圳機(jī)場三跑道進(jìn)行了擴(kuò)建。為保障三跑道擴(kuò)建工程防洪排澇安全，對(duì)機(jī)場4號(hào)調(diào)蓄池泵閘站進(jìn)行拆除，并在4號(hào)調(diào)蓄池南端建設(shè)排澇泵站，采用泵閘結(jié)合形式。排澇閘總凈寬27 m，閘孔規(guī)模為3 m×9 m(孔數(shù)×凈寬)，排澇泵站的抽排流量為72.0 m3/s，抽排揚(yáng)程為2.7 m。工程場地為調(diào)蓄池及海堤，較為復(fù)雜，需要挖填結(jié)合、分期施工。一期基坑工程為海堤內(nèi)側(cè)調(diào)蓄池填挖基坑，基坑深度4.9～16.8 m，最大寬度70 m，長度90 m，平面面積為6 553 m2，屬于大型基坑?；悠矫娉势哌呅螛?，采用分段開挖施工方案，臨近海堤側(cè)采用抽條式開挖并回填填石。

1.1 工程地質(zhì)條件

根據(jù)深圳機(jī)場4號(hào)調(diào)蓄池泵閘工程地質(zhì)勘察報(bào)告[14]：工程場地原始地貌為濱海灘涂，后經(jīng)填海形成陸域，現(xiàn)狀為原4號(hào)調(diào)蓄水池以及海堤路。場地內(nèi)勘探深度范圍內(nèi)揭露的地層有第四系人工填土層、第四系海相沉積層、第四系沖洪積層、第四系殘積層及燕山四期花崗巖。工程區(qū)域地質(zhì)條件自上而下依次為素填土、填石、淤泥、黏土、中砂、砂質(zhì)黏性土、全風(fēng)化帶花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化帶花崗巖、中風(fēng)化帶花崗巖、微風(fēng)化帶花崗巖。

1.2 工程水文條件

工程場地地表水主要為海水，海水水位高程在-0.8～2.0 m之間。水位波動(dòng)受潮汐影響較大，變化幅度為2～3 m。

地下水主要為第四系孔隙潛水、基巖裂隙承壓水。對(duì)工程有影響的主要為孔隙潛水。潛水位于人工填土(石)層、沖洪積層、殘積土層。分布在新近人工填土(石)層的孔隙水由于填料及密實(shí)程度不均勻，含水性及透水性在橫豎向差異均很明顯，總體透水性中等-強(qiáng)透水，進(jìn)行開挖時(shí)可能會(huì)有較大流水，并受潮汐影響較大。沖洪積層孔隙含水層主要由中砂構(gòu)成，局部混粗、礫砂，結(jié)構(gòu)稍密、孔隙發(fā)育，透水性好，富水性強(qiáng)，含水層厚度0.50～7.90 m，以潛水為主，地下水主要接受大氣降雨、潮汐的補(bǔ)給，排泄到海中。殘積土含水層由砂質(zhì)黏性土構(gòu)成，厚度一般為1.00～9.50 m，土層透水性和富水性較弱。

工程場地混合穩(wěn)定水位埋深為1.00～6.70 m，混合穩(wěn)定水位高程為-3.37～1.65 m，地下水位變化受季節(jié)性大氣降水的下滲及潮汐影響較大，水位變化幅度約2～3 m。地下水主要由海水、大氣降水補(bǔ)給，排泄方向大致由東北向西南，最終匯入大海。地下水與海水關(guān)系密切，漲潮時(shí)地下水受海水補(bǔ)給，退潮時(shí)地下水排入海中。

2 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工工藝

2.1 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

工程基坑采用直徑1 200 mm鋼筋混凝土灌注樁作為支護(hù)結(jié)構(gòu)，直徑1 200 mm素混凝土樁咬合樁作為止水帷幕。其中，一期基坑位于原調(diào)蓄池內(nèi)，包含自排閘及泵站部分(圖1)。南側(cè)基坑、泵站與自排閘間基坑采用雙排樁支護(hù)，自排閘部分采用單排樁懸臂支護(hù)。二期基坑在一期基坑施工完后破除現(xiàn)狀海堤，利用堤外圍堰+抗滑樁抵抗外部土體及海水壓力。

圖1 一期基坑支護(hù)平面圖(單位：m)Fig.1 Foundation pit support plan of phase 1

本文研究的海堤側(cè)支護(hù)段位于基坑?xùn)|南側(cè)，現(xiàn)狀海堤由主堤與子堤組成，主堤與子堤主要為填石，中間為黏土防滲。為方便基坑支護(hù)樁施工，將一、二期基坑支護(hù)樁設(shè)置于主堤與子堤之間的黏土部分。一期基坑施工時(shí)，主堤堤頂高程為5.65 m，逐級(jí)放坡至施工平臺(tái)1.5 m，基坑底高程-7.0 m，外側(cè)海水高潮位為2.65 m，基坑深度12.65 m。樁頂以上通過主、子堤間黏土防滲，樁頂以下通過咬合樁防滲。根據(jù)鉆孔資料，主、子堤間并非全為黏土，且填石未落底，該斷面內(nèi)存在不同深度的淤泥，采用φ1 200@2 000沖孔灌注樁支護(hù)，樁長29 m，嵌固深度20.5 m?；用娣e較大，施工周期要求短，因此采用現(xiàn)狀子堤抽條開挖填石對(duì)基坑進(jìn)行反壓的手段，有效降低懸臂支護(hù)的位移及嵌固深度。

2.2 施工工藝

2.2.1 調(diào)蓄池內(nèi)填挖法

由于一期基坑位于現(xiàn)狀4號(hào)調(diào)蓄池內(nèi)，現(xiàn)狀地面高程為-1.0～-4.5 m，常水位為0.6 m，機(jī)場內(nèi)澇控制水位為2.0 m，無法開展基坑開挖及主體結(jié)構(gòu)施工作業(yè)。因此采用先填后挖施工工藝。首先采用進(jìn)占法填筑填石圍堰，堰頂高程1.0 m，頂寬5 m，在設(shè)計(jì)道路下采用填石擠淤，擠淤深度3 m；然后在場平側(cè)鋪設(shè)反濾層，再采用進(jìn)占法往場平范圍內(nèi)填筑黏土至設(shè)計(jì)場平高程1.5～2.5 m。待沉降完成后，鋪設(shè)臨時(shí)施工道路，道路頂高程2.5 m，路面采用200 mm厚混凝土路面，墊層為200 mm厚水泥石粉渣。

2.2.2 抽條式開挖+反壓

對(duì)于海堤側(cè)基坑，深度為12.65 m，外側(cè)潮水位變化較大，5 a一遇高潮位為2.74 m，且被動(dòng)區(qū)存在1～3 m的淤泥，懸臂支護(hù)嵌固深度及樁頂位移較大。根據(jù)就地取材的原則，采用抽條開挖的方式，同步利用子堤開挖的填石對(duì)基坑內(nèi)側(cè)進(jìn)行反壓，以達(dá)到降低嵌固深度及樁頂位移的目的。

2.2.3 沖 孔

海堤側(cè)支護(hù)樁位于主堤與子堤之間，雖然主要為黏土，但也存在較深厚的夾雜填石，同時(shí)為了形成有效的止水帷幕，采用咬合樁工藝。咬合樁施工采用液壓鋼套管全長護(hù)壁，機(jī)械沖抓成孔工藝。

3 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

本文主要分析海堤側(cè)支護(hù)樁頂水平位移、沉降、基坑底部位移、海堤沉降的實(shí)測數(shù)據(jù)。海堤側(cè)基坑的監(jiān)測測點(diǎn)布置見圖2。

3.1 樁頂水平位移

海堤側(cè)基坑布設(shè)3個(gè)樁頂水平位移監(jiān)測點(diǎn)。從圖3海堤側(cè)基坑樁頂水平位移時(shí)程曲線可以看出：WY22，WY20均臨近基坑邊緣，距基坑邊緣15 m，WY22，WY20樁頂水平位移變化幅度較小，最終穩(wěn)定在24.5 mm與51.1 mm左右。WY21位于基坑中部，在基坑開挖過程中樁頂水平位移持續(xù)增大。2021年10月1～18日抽條施工中間部位時(shí)，樁頂水平位移由68.6 mm增加至87.0 mm，變化速率較快；10月18日后開始反壓施工，對(duì)樁頂水平位移產(chǎn)生有效抑制作用，樁頂水平位移變形趨于平穩(wěn)，后期穩(wěn)定在90.2 mm。在基坑抽條開挖+反壓段期間，WY21點(diǎn)位移變化較大，超過設(shè)計(jì)預(yù)警值80 mm。分析其原因主要有：① 由于一期基坑主體結(jié)構(gòu)與基坑邊線為7.0 m，反壓土體寬度僅2.5 m，反壓效果有限；② 由于現(xiàn)場施工條件限制，反壓填石未采用重錘夯實(shí)，反壓效果未達(dá)到預(yù)期水平；③ 抽條施工+反壓對(duì)基坑底存在擾動(dòng)；④ 在汛期后期，外部潮水位變化較大，也導(dǎo)致土體位移增大。

圖2 海堤側(cè)基坑監(jiān)測點(diǎn)布置(單位：m)Fig.2 Layout of monitoring points of foundation pit at seawall side

圖3 海堤側(cè)基坑樁頂水平位移時(shí)程曲線Fig.3 Horizontal displacement-time curves of retaining pile

3.2 海堤沉降

海堤側(cè)基坑頂布設(shè)2個(gè)水位觀測點(diǎn)，從圖4海堤沉降時(shí)程曲線可以看出：CJ7沉降變化較均勻，并在2021年10月后趨于穩(wěn)定，CJ6沉降較大，并在6月中旬至8月初開挖期間沉降較劇烈。開挖至底板施工時(shí)，CJ6沉降量為21.1 mm，CJ7最終沉降量為10.4 mm。

圖4 海堤沉降時(shí)程曲線Fig.4 Measured settlement-time curves of seawall

3.3 地下水位

在海堤側(cè)基坑布設(shè)1個(gè)水位觀測點(diǎn)，從圖5海堤側(cè)基坑地下水位時(shí)程曲線可以看出：由于采用止水帷幕，坑內(nèi)降水基本不影響坑外水位，坑外地下水位隨著基坑開挖變化不大，主要隨著季節(jié)性及海潮水位變化?？觾?nèi)水位隨挖隨降，與外側(cè)水位關(guān)聯(lián)不大，說明基坑止水帷幕效果良好。另外，WY21在2021年10月出現(xiàn)樁頂水平位移增大與基坑外水位變化較大也有一定關(guān)系。

圖5 海堤側(cè)基坑地下水位時(shí)程曲線Fig.5 Groundwater level-time curves of seawall side foundation pit

4 結(jié) 論

本文通過分析深圳機(jī)場4號(hào)調(diào)蓄池新建泵閘站基坑的設(shè)計(jì)與施工，結(jié)合一期基坑的監(jiān)測數(shù)據(jù)，進(jìn)一步驗(yàn)證了反壓土對(duì)基坑支護(hù)的有效作用，得到主要結(jié)論如下。

(1) 對(duì)于濱海軟土地區(qū)，采用反壓填石工藝，能有效控制懸臂支護(hù)樁樁頂水平位移，縮短施工工期。

(2) 對(duì)于基坑范圍內(nèi)地質(zhì)主要為新填土的基坑，由于土體固結(jié)未結(jié)束，基坑開挖過程中樁頂水平位移往往會(huì)偏大，實(shí)際工程中應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)測。

(3) 對(duì)于濱海地區(qū)基坑，特別是對(duì)于濱海填石地層，潮水位變化較大，普通截水措施較難實(shí)現(xiàn)止水效果，采用咬合樁支護(hù)可有效實(shí)現(xiàn)該類地區(qū)的基坑止水，基坑外側(cè)水位對(duì)支護(hù)樁受力及變形有較大影響。

(4) 反壓土體寬度及其壓實(shí)度、抽條施工質(zhì)量等是影響反壓效果重要影響因素，設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)應(yīng)準(zhǔn)確考慮設(shè)計(jì)參數(shù)及施工要求，施工中應(yīng)作為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)把控。