昆明軟土地區基坑支護設計研究

云南建工基礎工程有限責任公司 昆明 650501

1 工程概況

背景工程位于昆明市西山區陸家社區片區，項目占地面積約23 333.45 m2，規劃總建筑面積123 707.5 m2。項目整體設計2 層地下室，規劃地下建筑面積30 730.0 m2。

基坑開挖深度11.1 m，基坑周長530 m，工程樁采用800 mm鉆孔灌注樁。場地東臨規劃道路及清水河河道，南側緊靠日新中路（十里長街），距離日新中路約17 m，日新中路寬30 m，北側、西側為規劃道路，規劃道路寬15 m，規劃道路對面為擬建場地，西側規劃道路作為主要施工道路。

2 工程地質

根據基坑專項報告，基坑開挖土層自上而下為：①雜填土，②黏土，③泥炭質土，③1黏土，④黏土，④1粉土，⑤黏土。

3 基坑支護方案比選[1,2]

在深基坑支護中主要采用的支護形式有：放坡+土釘墻支護、排樁支護、樁錨支護、內支撐支護4 種。根據昆明軟土地區支護形式主要采用內支撐和樁錨支護形式，單獨排樁支護和放坡+土釘墻支護形式應用很少，主要原因是軟土地區土質較差，單獨排樁支護樁主要應用于單層地下室開挖深度較小的基坑，2 層地下室采用支護樁支護則位移過大，采用放坡+土釘墻支護造成坡腳不穩定，容易造成坍塌。

根據基坑勘察專項報告，本基坑開挖深度范圍內存在厚5 m左右的泥炭質土層，有機質含量較高，錨桿抗拔力較低，效果較差，本基坑支護設計中重點考慮泥炭質土層的處理。基坑周邊環境見圖1。

圖1 基坑平面示意

（a）基坑東側為規劃道路，路另一側為改道的清水河河道，河道距基坑開挖邊線距離20～35 m，規劃道路為施工道路，周邊不具備完全放坡條件。

（b）擬建基坑南側緊鄰日新中路，基坑開挖邊線距道路邊線約17 m，具備適當放坡條件。日新中路范圍地下管線較多，因此該段支護方案設計及施工過程中均需對照地下管網圖，注意避讓地下管網。

（c）擬建基坑西側緊靠規劃道路，現地表無任何既有建（構）筑物，規劃道路為主要施工道路，只具備局部放坡條件。

（d）擬建基坑北側為西山區城中村改造B地塊用地范圍，周邊環境較為簡單，具備適當放坡條件。

為了盡量節省造價，考慮到工期比較緊，結合基坑周邊環境及以往工程實例，基坑北側具備放坡支護條件，整個基坑不適合采用全內撐支護形式，并且內支撐施工工期長，造價高，支護形式主要從樁錨支護形式考慮。

基坑東側與西側緊鄰規劃道路，采取支護樁+錨索進行支護，按照傳統錨索設置形式設置斜向錨索，泥炭質土埋深在地面以下3～10 m位置，支護樁第1道和第2道錨索錨固段在泥炭質土層中，造成錨索拉力較小，樁頂位移較大，為了保證基坑安全，結合基坑周邊環境，在距離基坑20 m處位置設置錨樁，支護樁第1排錨索與錨樁相連，通過錨樁提供錨索拉力，可以保證錨索拉力不衰減，可以有效控制支護樁樁頂位移。在支護樁靠近坑底位置設置2 排普通錨索，錨索角度調整為30°，盡量使錨索錨固段控制在坑底以下較好土層中。

基坑南側靠近日新中路，由于距離市政道路約17 m，錨索不能施工到市政道路下面，因此采用雙排樁支護，由于基坑開挖深度較深，又位于軟土地區，只采用雙排樁進行支護結合以往工程實例，位移很難控制，因此在雙排樁之間施工短錨索，拉力控制在100 kN，通過短錨索拉力有效控制雙排樁位移。

本基坑采用支護樁+地錨支護形式，與全內撐支護形式相比較，在坡頂設置地錨不需要養護就可以直接張拉，節省了普通錨索施工養護的時間，直接開挖到下一排錨索，在下一排錨索施工的同時可以施工支護樁，使整個項目工期與內支撐支護工期相比，節省近3 個月，內支撐支護則需要在地面施工工程樁，并且土方比樁錨支護形式開挖速度慢，運輸造價高，通過對比，樁錨比內支撐支護體系造價節省約600 萬元。

4 基坑支護設計[3-6]

4.1 基坑支護結構設計

根據基坑周邊環境和地質情況，考慮到施工工期和造價成本，在基坑支護中采用以下形式支護：

（a）基坑北側采用直接放坡支護形式。

（b）基坑東側、西側采用單排樁+地錨+錨索進行支護。

（c）基坑南側采用雙排樁+錨索進行支護。

4.2 止水樁設計

本基坑開挖范圍內土層為泥炭質土，有機質含量較高，普通深層攪拌樁根據工程經驗在有機質含量較高土層中水泥很難成樁，起不到止水、擋土的效果，因此本工程止水樁采用三軸水泥土深層攪拌樁施工，不僅起到止水效果，還能有效加固土層起到擋土效果，攪拌樁Φ650 mm，間距350 mm，搭接200 mm，并且施工中采用套打施工法，每次套打1 根。基坑底部和頂部設置截、排水溝，將雨水和地下水匯集到積水井內，并對坡頂土層進行硬化，防止地下水滲入基坑。

4.3 土方開挖設計

基坑土方開挖本著“分層、分段、隨挖隨噴、保持基坑支護體系安全”的開挖施工原則。并且考慮到存在軟土，每層土體開挖深度控制在1.5 m以內，每段長度不得超過20 m，土方每段開挖完后立即施工錨索、腰梁，待錨索張拉后方可開挖相鄰段土方。土方開挖過程中應采取措施防止碰撞支護結構或擾動原狀土，并在開挖段做好排水工作，防止地下水、雨水在基坑邊匯集，影響土體主動土壓力，造成基坑變形。在此項目上對出土通道應加強處理，采用土夾石進行置換泥炭質土層，再修筑臨時道路，防止車輛陷入軟土中。

4.4 基坑監測設計

本基坑位于滇池軟土地區，基坑監測尤為重要，重點監測支護樁位移、土體深層位移、錨索應力等。監測頻率嚴格按照基坑監測規范要求，每天定時、定人進行監測，隨時掌握土方開挖過程中支護結構位移情況，對發生位移數據突變的及時報告給監理、業主、設計方，采取應急措施，以確保基坑安全。

4.4.1 圍護結構

圍護結構主要監測樁頂水平位移、樁頂豎向位移、錨索應力等。根據本基坑特點，重點監測基坑南側，在支護樁冠梁頂每15 m設置一個監測點，監測水平、豎向位移，而基坑東側和西側每20 m設置一個監測點。錨索應力監測點在基坑南側設置8 個，每層錨索2 個點，位于基坑中部；基坑東側和西側錨索應力監測點每側設置3 個，在每層錨索中部設置1 個監測點。

4.4.2 基坑土體及周邊環境

基坑土體監測重點是土體深層位移，在基坑南側設置深層水平位移監測點，共5 處，東側和西側每側各設置2 處，基坑北側設置2 處，通過土體深層位移掌握土壓力變化情況，了解支護結構受力狀態。基坑周邊環境重點監測基坑南側日新中路沉降及開裂情況，在路中間及兩側設置沉降監測點，間距15 m，其他兩側主要監測施工道路沉降，監測點每20 m設置1 個。

5 深基坑施工主要技術措施

5.1 止水樁技術措施

（a）考慮到本項目土層存在較厚泥炭質土層，因此三軸深層水泥土攪拌樁正式施工前，應根據設計要求進行工藝性試樁，數量不少于2 根，通過試樁確定在該地層中施工參數是否與設計要求相匹配。

（b）三軸水泥土深層攪拌樁施工樁徑650 mm、間距450 mm，采用P.O 42.5水泥，水灰比控制在1.2，樁位偏差不大于50 mm，垂直度偏差小于0.5％，為了保證成樁質量，施工過程中采用兩噴兩攪施工工藝。

（c）為了確保止水樁成樁效果，控制攪拌機下沉和提升速度不大于0.6 m/min，并保持勻速下沉或提升，攪拌提升時不應使孔內產生負壓造成周邊地基塌陷。

5.2 錨索

（a）錨索成孔過程中為了盡量減少坍孔現象，必須采用導管跟進成孔注漿，套管直徑不得小于成孔直徑，孔位允許偏差不大于50 mm，錨索鉆孔的孔深應超過設計長度1.0 m作為沉渣段，以保證錨固體水泥漿凝固后質量，防止成孔過程中土體進入錨固段。

（b）水泥漿采用P.O 42.5R水泥拌制，水灰比為0.5，強度等級不低于M30，每米水泥用量不少于70 kg。

（c）為了保證錨固段質量，施工過程中采用二次注漿，第1次采用常壓注漿，第2次注漿壓力為2.0～3.0 MPa，二次注漿時間間隔以終凝時間控制或根據現場試驗確定。注漿管應隨錨索下至孔底。

5.3 旋挖鉆孔灌注樁

（a）地層主要存在泥炭質土和粉土，造成旋挖鉆孔樁成孔過程中坍孔現象，嚴格控制泥漿濃度，在配置泥漿中加入膨潤土、碳酸鈉等。

（b）考慮到土層出現坍孔現象，為了保證成樁質量，采用普通鋼護筒施工，護筒埋設深度穿過泥炭質土，進入黏土層，埋設護筒時用水準尺檢查垂直度，護筒頂一般高于原地面0.3 m，以便鉆頭定位及保護樁孔。

5.4 土方開挖

（a）土方開挖嚴格按照分段、分層、跳挖的原則，把整體基坑劃分為42 個小段，每段長度約20 m，開挖過程中分段跳挖，先開挖1、3、5段，然后開挖7、9、11段，然后返回開挖2、4、6、8、10、12段，分次開挖3段，依次循環開挖。

（b）每段開挖完土方，考慮支護樁被動區泥炭質土較好，防止開挖后支護樁位移過大，必須在當天內完成每段錨索施工，施工完錨索后馬上回填部分土體，然后等錨索養護張拉后再開挖回填土體。

（c）開挖過程中采用盆式開挖法，考慮工期時間緊，先對北側放坡段土體進行開挖，其他幾側預留8 m寬平臺放坡開挖到基坑底，先挖到底位置施工工程樁，在施工工程樁同時施工剩余錨索和開挖預留的土體。

6 技術創新與應用

本施工場地為典型的滇池軟土地區，由于特殊的地層性質，造成此區域基坑開挖過程中支護樁頂部位移較大，多數基坑造成周邊道路沉降，本項目充分考慮到泥炭質土性質，在支護方案中采用了不同常規的設計理念。

6.1 錨樁在泥炭質土中的應用

常規的樁錨支護形式，錨索一般設置為斜向施工，錨索錨固段主要集中在泥炭質土層中，因此造成錨索長度很長，錨索拉力仍不能達到設計要求，并且錨索蠕變嚴重，基坑變形較大。經過仔細研究分析，在本基坑設計中對錨索拉力采取以下幾種措施：

（a）采用錨樁提供錨索拉力，在基坑開挖深度2 倍距離以外設置錨樁，通過錨樁與土體摩擦力和被動土壓力提供支護樁第一排錨索拉力，既能有效保證錨索拉力，又可以在基坑開挖過程中對錨索進行張拉，隨時控制支護樁頂部位移。

（b）錨索施工中嚴格采用套管施工，并且套管直徑嚴格控制，允許套管直徑與成孔直徑相匹配，盡量減少錨索在成孔過程中對土體造成擾動，減少周邊地面沉降。

（c）錨索在注漿過程中采用高濃度水泥漿，水灰比達到0.5以上，并在水泥漿中加入早強劑，以達到錨索錨固效果。

6.2 雙排樁+錨索在泥炭質土中應用

根據以往經驗，雙排樁主要應用在10 m以上基坑支護中，但在軟土地區雙排樁位移較大，主要原因是支護樁被動土壓力較小，多數基坑采用加固被動區土體來控制樁頂位移，本基坑根據基坑周邊環境，采用短錨索來控制樁頂位移。通過本項目的工程研究，在軟土地區根據項目周邊環境，采用合理支護方案和施工措施，樁錨支護形式仍可以保證基坑安全，比采用內支撐支護形式既節約工期，又節省造價。

7 結語

昆明軟土地區泥炭質土蠕變性較強，在基坑支護設計中應加強重視，特別是采用錨索支護時，重點考慮錨索拉力衰減效應。如果有空間應盡量采用錨樁支護形式提供錨索拉力。此次工程采取的錨樁支護取得了不錯的效果，值得進一步推廣。