軟土地基深基坑設計與施工方案的優化研究

[摘要]廣東省廉江市地處雷州半島，沿海地區，市區的地基大部分屬軟土地基，故深基坑的設計與施工方案對造價、安全、進度影響甚大，本文以實例介紹設計與施工方案的優化。

[關鍵詞]深基坑 設計與施工 方案優化

一、概論

基坑工程是建設工程中投資多、風險大、難度大的關鍵性工程項目。

軟土地區深基坑的設計與施工，通常要考慮的技術問題：①地質與水文情況；②支護結構的設計選擇；③止水問題（如地下水位較多）；④基坑降水（如地下水位高于基坑底面）；⑤土方的開挖與出土；⑥基坑施工過程中的監測與監控（信息化施工）等等。

二、工程案例

（一）背景資料

某深基坑支護工程，±0.00標高相當于絕對標高48.46m，基礎墊層底標高均為-20.36m，絕對高為28.25m，場地標高48.5～49.23m，平均約+0.4m，設計基坑開挖深度平均約20.8m，設計基坑使用年限為1年，一級基坑。

基坑特征：①規模大，南北長約160m，東西寬約70m，基坑周長約為510m，面積約10000㎡；②開挖深度深，達18.7m；③基坑周邊場地緊湊，其中西側、北側及東側緊貼紅線，南側與已有建筑相距離約4m，周邊無施工現場；④基坑周邊環境復雜敏感，臨近燃氣管線、道路及已有建筑；⑤擬建項目為大型公共建筑，地下結構復雜，主體結構外側設有多條汽車坡道，坡道基底標高與主體結構基底標高高差較大，從0～18.7m不等。

地下結構輪廓線與周邊圍擋、道路及建筑物位置關系如圖一。

本工程基坑深度范圍內土層主要有房渣土①1層、粉土填土①層、粉質黏土②層、細砂③層、卵石④層、卵石⑤層等。

2.地勘情況

根據地勘報告及現場實際量測，場區內有一層地下水，為潛水，靜止水位較高為25.19～25.42m，水位埋深為23.30～23.90m，位于基底以下約3m深度，含水層巖性主要為卵石⑤層、細砂⑥層、粉質黏土⑥1層和卵石⑦層，透水性較好。同時，場區內存在局部上層滯水，埋深約6～14m。

3.周邊環境條件

基坑東側：距東側結構約3.9m外為現有圍墻，圍墻外為一條約4m寬馬路，車流量不大。距北段結構17m外為5層磚混結構住宅，筏板基礎，埋深約5m；南段結構25m外為20層剪力墻磚混結構住宅，筏板基礎，基礎埋深8m，基坑邊坡采用土釘墻支護。基坑東側距離結構外皮1.6m位置埋設有一條燃氣管線，燃氣管底絕對標高約為46.85m，影響護坡樁施工。

基坑南側：基坑南側14m外為正在施工的鍋爐房，埋深11.5m，采用樁錨支護，樁長16m，錨桿一道，長度23m；

基坑西側：西側二期結構邊線距離紅線約為3.6m，北墻外為約6m寬北營房北街道路，車流量較大，再往北約10m為一座6層磚混結構住宅，條形基礎，埋深約2.0m。

（二）設計與施工過程情況

1.設計方案

設計單位完成基坑支護方案初步設計，將基坑支護工程分成兩期施工，一期主要為主體結構部分，二期主要為西側4號坡道部分，一、二期分開施工。

一期主要采用“上部2.3m磚砌擋土墻+護坡樁+三道預應力錨桿支護”方案，護坡樁長度9～23m不等，護坡樁直徑為φ800mm，間距1.6m，共計342根，護坡樁樁頂位于地面以下2.3m，樁長23m，嵌固深度為5m，樁底低于潛水水位2m，設計要求護坡樁采用機械成孔作業。二期采用“上部2.3m磚砌擋土墻+護坡樁+1～2道預應力錨桿支護”方案，護坡樁長度13.5～19m不等，護坡樁直徑為φ800mm，間距1.6m，共計80根。設計要求二期4號坡道施工時，其東側與主樓外墻之間的土方，按照坡道深度同時挖除。

2.施工中遇到的實踐問題

（1）實際地質情況與地勘報告不完全相符

本工程于2013年3月28日開工，施工單位進場后采用旋挖鉆機濕作業工藝選取了兩根護坡樁進行機械試鉆，試樁設計樁長均為28m，施工至約18m深繼續鉆進均出現進尺困難。根據地勘報告描述，卵石④層、卵石⑤層一般粒徑2～4m，而實際據現場試樁過程中鉆具攜帶上來的卵石反映，粒徑大于4cm以上的卵石含量遠超過20%，很大一部分超過了10cm，部分卵石甚至超過20cm，最大過23cm，導致無法達到原初步設計護坡樁樁長。

由于直徑800mm的旋挖鉆機鉆頭進料口尺寸為30cm×40cm，鉆進25cm及以上粒徑的卵石進料困難；同時，場區內管線復雜，護坡樁距離設計結構及已有燃氣管線較近，機械成孔容易出現意外事故，且樁身垂直度難以保證，影響結構施工；另外，場區周邊對文明施工及環保要求較高，而機械成孔噪聲較大，且泥漿污染嚴重。綜合而言，本場區不適宜采用機械成孔。

經建設方、監理、專家及施工方共同商討，現場選取了兩根護坡樁（設計樁長28m）進行人工挖孔試樁（如圖三所示），以全面了解本場區地層情況及地下水情況，掌握人工成孔的可能性。人工挖孔均挖至20m深度時遇地下水（挖樁作業面為-2.3m），無法繼續開挖，深度未達到原設計要求，與設計樁長相差2m。

考慮到在含水層中繼續人工挖孔施工難度大，且危險性高，采用人工挖孔樁工藝施工護坡樁，取代原機械成孔，樁底嵌固按照3m考慮（原設計為5m），依據現場實際情況通過調整預應力錨桿來彌補嵌固的減少，以解決邊坡的安全性問題。

（2）原方案分兩期施工不合理

原設計將整個基坑分為一期主體結構與二期4號坡道分開施工存在以下兩個問題：

一是二期施工時需截除一期已施工的護坡樁，截除長度從3.7～18m不等，共計涉及約70根樁，造成了巨大浪費，且增加了人挖樁施工的風險。

二是二期4號坡道較窄，最窄處約為7m寬，而開挖深度約11m深，若單獨施工也將面臨挖土困難的問題。

因此，原初步設計關于一、二期分期施工的可行性及經濟合理性方面考慮欠佳，可進一步優化技術方案。

（三）優化比較

優化調整后的支護結構因地制宜，較原初步設計更加有針對性，主要體現在以下幾個方面：

1.原設計樁底位于地下潛水位以下的護坡樁，嵌固減少至潛水水面（實際嵌固3m），增加一道預應力錨桿來彌嵌固不足，保證支護安全。

2.原設計未考慮結構外坡道較主體結構開挖深度小的影響，外坡道位置均按挖至主體結構深度即20.7m考慮，造成大方量超挖，同時增加了支護費用。

3.對一、二期交接部位的護坡樁按照二期4號坡道坡度降低了樁頂標高，避免了后期截樁，減少了一期人工挖孔工作量及錨桿工作量，避免了不必要的危險，大大節省了支護費用。同時也避免了二期較窄引起的后期挖土困難問題，加快了施工進度。

4.考慮采用人挖樁護坡樁間距由原來的1.6m調整為1.7m，實際樁數減少至369根，較原樁數減少了53根，大大節省了支護費用，降低了成樁風險。

優化后的深基坑支護工程平面圖，如圖四所示。

（四）效果

根據現場實際情況，有針對性地進行技術方案優化并通過專家論證，保證了本工程的順利推進。工程施工過程中施工單位嚴把質量關，保證了工程順利通過竣工驗收。根據長期位移觀測，證實優化后基坑支護體系穩定可靠，同時，本工程支護系亦通過了冬季及雨季檢驗，工程質量良好。優化設計具有良好的經濟、生態環境和社會效益。以本工程為例，僅此一項可節省工程造價約200萬元。其次，相比于坡道內側護坡樁樁頂標高不隨坡道標高變化，因地制宜的降低樁頂標高，可避免后期截樁，減少建筑垃圾，保護生態環境。

三、結束語

在制定基坑支護方案時重點考慮以下幾個因素：①安全可靠性；②技術先進性、合理性；③施工可行性；④經濟節約；⑤工期合理。基坑支護設計必須充分考慮現場實際情況，因地制宜，優化技術方案，保證方案可行的同時節省造價，取得經濟社會效益雙贏。

參考文獻

1、《建筑基坑工程監測技術規范》GB50497-2009；

2、《混凝土結構設計規范》GB50010-2010；