軟土地段深基坑施工方案探討

陳學新 上海鐵路局上海大修段

杭州重工路公鐵立交工程位于杭州市下城區，下穿宣杭鐵路老線，采取預制箱涵頂進法施工。該地段土質較差，地下水位較高，以淤泥質粘土為主，最大承載力為70 kPa，且不透水，因此土質的含水量較大，土質較軟，基坑開挖深度為7.95 m，并且周圍施工的空間有限，東側臨近鐵路，北側有房屋，南側有施工道路，不能滿足于基坑放坡的要求，因此在開挖基坑時涉及鐵路路基穩定的安全、房屋沉陷倒蹋的安全，同時也涉及到道路上走行車輛的安全，屬于Ⅰ級基坑的施工。因此必須采用較為詳盡可靠的深基坑方案來確保深基坑施工的安全性。

1 軟土地質對深基坑施工安全較難控制

由于土質為淤泥質粘土，透水系數較小，因此降水困難，普通的降水方法起不到降水的效果，會使得基坑開挖出來之后，土體含水量較大，使得側壓力增大，從而增加維護結構負荷的情況；而且，由于基坑邊坡土質容易下沉，造成基坑隆起的可能性較大，使得基坑頂部地面下沉，影響地面結構物的安全，基坑底部隆起，對造成維護樁上浮影響維護結構的安全，也會使基坑底部土體抬高，二次清土的情況，特別是基坑封底墊層或者結構底板剛灌注完混凝土后，強度不夠時，會被土體隆起頂裂的情況，對軟土地段深基坑的施工影響的因素較多，變化較多，施工安全較難控制。

2 軟土地質開挖時土體變化分析

軟土是淤泥和淤泥質土的總稱。主要是由天然含水量大、壓縮性高、承載能力低的淤泥沉積物及少置腐殖質所組成的土。具有天然含水量高、天然孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低、固結系數小、固結時間長、靈敏度高、擾動性大、透水性差、土層層狀分布復雜、各層之間物理力學性質相差較大等特點。因此在軟土地段，降水困難，土體內含水量較大，土體結構不穩，容易變化，土體側壓力對維護結構水平作用較大，造成維護結構的水平位移較大，并且由于基底土質較軟，無法抵抗維護結構水平位移，基底處維護結構支點的位移，消弱了維護結構自身樁底抵抗力的作用，使維護結構傾覆，在樁體受力后，會壓縮基底土體使樁體傾斜，使得樁體的平衡支點不斷變化，當平衡支點變化到一定范圍時，會使樁頂可能侵入到制作的結構面，使結構無法施工，或者使樁體的長度增長不經濟；遇有巖層比較高的處所，若入巖深度過小，則可能造成樁頂位移過大，由于懸臂端過長，在樁內側土體抵抗力不足的情況下，當支點位移一定程度時，將可能導致樁體折斷，從而破壞維護結構。軟土地質條件下，由于土體自重的作用和維護結構的限制，會使得土體下沉，當基坑開挖出來之后，由于基底面出現了自由面，基坑內外的土體的高差作用使得土體壓力失去平衡，基坑外部的土體壓力沿著維護結構底部傳遞到基底，使基底內部土體隆起，造成基坑外部地面下沉，內部土體的隆起對結構物的破壞。

3 軟土地質條件深基坑施工方案

通過軟土地質條件下土體變化分析認為，制訂軟土地質條件下深基坑施工方案需要首先解決維護結構水平位移和基坑底部隆起的問題。由于鉆孔樁為鋼筋混凝土結構，為彈性體，可以承受較大的水平位移，在設計樁體長度時，可按經驗考慮懸臂端與地下錨固端的比例按1:2 控制，然后在樁頂采用冠梁互相進行連接成整體，增加樁體抵抗力。

對于基底土質抵抗力較弱的問題，建議在基底的維護樁邊（俗稱被動區）增加土體的抵抗能力，使土體形成剛體，從而抵抗樁體在基底處支點的位移，可通過密打高壓旋噴樁改良土體增加土體的剛度，使維護樁在受力后，基底支點不會移動，可安全的保證結構的施工；在遇有巖層比較高的處所，維護樁必須入巖，且入巖深度不宜小于3 m，否則的話，采取上述在被動區改良土體的方案進行施工。

對于樁內側地基隆起的問題，除了采用上述入巖和增加被動區改良土體之外，還應該在鉆孔樁的外側采用深層攪拌樁或者高壓旋噴樁增加止水維幕，改良土體，防止樁間隙的土體掉落，使得地面土體下沉，同時可防止基坑外側的地下水滲入基坑內側，也起到增加維護樁抵抗力的作用。

4 工程案例

4.1 工程概況

杭州重工路公鐵立交工程下穿既有宣杭鐵路老線，單線，非電氣化區段，為無縫線路。下穿鐵路部分分別由四孔1×5.5+2×8+1×5.5 m 的箱涵組成，宣杭老線箱涵軸線與線路中心線斜交角度為82.5°，采用頂進法施工，頂進工作坑設在宣杭老線的西側，工作坑前口距線路中心16.58 m，工作坑范圍原地面標高為5m，與鐵路路肩齊平，工作坑基底標高為-2.95 m，開挖深度7.95 m，工作坑施工范圍內有地方上10 kV 高壓線電桿，工作坑開挖需要在電桿遷移后方可施工，附近沒有其他的重要建筑物。本次深基坑施工的部位為宣杭線頂進工作坑、兩線間U 形槽基坑、L12U 形槽基坑、閥門井位置基坑。

4.2 工程地質情況

根據設計勘察結果，擬建場地地層地質情況為：

①-1 層耕土：灰褐色，軟塑，含植物根須、瓦礫。層厚0.40～0.80 m。

①-2 雜填土：灰～灰褐色，稍濕，稍密，主要以粘質粉土或粉質粘土充填。全場大部分分布。層厚0.3-0.5 m。

①-3 素填土：灰黃色，稍濕，稍密，局部場區分布。層厚0.2-2.2 m。

②-1 層粉質粘土：灰黃色，飽和，軟塑、可塑，全場大部分布，局部缺失。層厚0.3-5 m。

②-2 層粘質粉土：灰黃色，濕、稍密。全場大部分布。層厚0.5-4.6 m。

③-1 層淤泥質粘土：灰色，飽和，流塑，含腐植物及植物殘體，全場大部分布。層厚2.3-8.8 m。

③-2 層淤泥質粉質粘土：灰色，飽和，流塑，含腐植物，靈敏度高，全場大部分布。層厚1.4-11.3 m。

③-3 層淤泥質粘土：灰色，飽和，流塑，含腐植物及植物殘體，全場局部分布。層厚1.1-7.6 m。

⑤層淤泥質粉質粘土：灰色、飽和，流塑-軟塑狀態，含腐植物及植物殘體，局部場區分布，層厚1.9-3.1 m。

⑥-1 層粉質粘土：黃灰色、飽和，軟塑-可塑，全場局部分布。層厚0.3 m-4.0 m。

⑥-2 層粘土：黃灰色，飽和，硬可塑，局部硬塑，全場大部分布。層厚0.9 m-10.8 m。

⑥-3 層粉質粘土：黃灰色，飽和，可塑，局部含少量粉土，全場局部分布。層厚0.9 m-9.1 m。

箱形橋基底位于③-1 層淤泥質粘土上，地基容許承載力σ0=70 kPa

4.3 頂進工作坑維護方案

頂進基坑開挖深度為7.95 m，根據現場的土質情況，地面向下4 m 范圍為粉質粘土，承載力較高，因此采用在原地面向下2.5 m 深度內基坑前部按1：1.5，兩側按1:1 坡度進行放坡開挖，坡頂距線路中心5.63 m，基坑前口采用φ1.0×22 m 的鉆孔樁進行支護，間距 1.2 m，鉆孔樁外側采用2 排φ0.6×8 m 攪拌樁止水，基坑兩側閥門井范圍采用φ1.0×24 m 的鉆孔樁進行支護，間距1.2 m，2排φ0.6×10 m 攪拌樁止水，在支護樁的外側3 m 位置，與支護樁對應，每隔一根樁加鉆一根同類型的鉆孔樁做為拉錨樁，鉆孔樁之間以及與拉錨樁之間采用1.2×0.8 m 的C25 鋼筋砼冠梁進行連接，互相牽住支護鉆孔樁，對支護結構進行加強，鉆孔樁入巖深度為3-4 m；在被動區，采用密打φ0.6×6 m 高壓旋噴樁進行加固，加固范圍為5 m 寬；頂進后背擋墻采用5 排φ0.6×7 m 攪拌樁擋墻及密排鋼軌樁支護方案；攪拌樁由地面向下空鉆4.5 m。工作坑兩側的倒虹吸閥門井，其基坑支護采用5 排φ0.6×6 m 攪拌樁進行施工，攪拌樁由地面向下空鉆7.2 m，基坑排水采用在開挖時，設置臨時排水溝，將水匯集到集水井內用水泵排出。

基坑維護制作之后，在維護樁頂部冠梁上、周圍結構物上制作觀測水平位移、沉降觀測，基坑開挖過程中隨時進行觀測。

支護結構施工完成并且有一定的強度之后，進行土方開挖。土方開挖分兩次，第一次先開挖C2、D2 箱涵的土方，待C2、D2 箱涵預制好之后，再開挖A2、B2 箱涵，每次分兩層開挖，第一層開挖將原地面土方挖深4.5 m，開挖至0.5 m標高，并且在基坑的前口，先一次性挖至基底設計標高，觀測基坑頂部邊坡及維護樁的變化情況，同時在頂進后背擋墻后部制作10 m 機械作業平臺，平臺采用換填1 m 深宕碴，然后按1:3 坡度沿道路中線縱向放坡。基坑觀察24 h 沒有變化的情況下進行第二層土方開挖，在第二層土方開挖以前，由于基坑為Ⅰ級基坑，因此在臨近鐵路側，采取在線路上架設3 孔D24 便梁的措施對線路路基進行防護，以確保基坑開挖時線路路基的穩定。挖土時，在兩側閥門井位置處，從冠梁底部，按1：3 坡度向下開挖至基底，機械由基坑前口向后部邊退邊挖，在達到設計標高的處所，立即人工清基，制作C15 砼墊層，并且在砼中加入早強劑。

5 結束語

通過對方案所采取維護措施，并且嚴格落實，基坑開挖出來之后，維護樁結構穩定，水平位移最大變化值為2 cm，地面未出現下沉的情況，基坑未出現隆起的現象，達到了預期控制的目標，通過此措施所采取的軟土地段深基坑開挖的施工方案可行。

軟土地質的土質情況變化復雜，實際施工當中，要結合周圍環境情況、地層變化情況以安全為主，合理的制訂施工方案，確保深基坑施工項目的安全目標。

[1]《橋梁施工工程師手冊》.人民交通出版社.

[2]《建筑樁基技術規范》.JGJ94-2008.

[3]《建筑樁基支護技術規程》.JGJ120-2012.