某填土地基基坑支護方案的分析與選擇

楊曉杰

（山西高原巖土勘察設計研究院 山西太原 030009）

1 工程概況

擬建工程位于交城縣天寧鎮(zhèn)，建筑物地下一層，地上七層，其中地上建筑面積5464.24m2，地下建筑面積717m2。建筑結(jié)構(gòu)采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，地基基礎采用預應力高強混凝土預制管樁（PHC）+承臺（承臺梁）+抗浮防水板，基坑東西長67.8m，南北寬55.5m最終基坑底標高757.10m，最終基坑深度介于5.5～6.80m之間。

1.1 周邊建筑物情況

基坑北側(cè)：西北角距現(xiàn)基坑12m有施工活動板房，東北角距現(xiàn)狀基坑11m有一層磚房，與現(xiàn)基坑間為硬化區(qū)域，包括車道。

基坑南側(cè)：距現(xiàn)狀基坑6.0m是圍擋，現(xiàn)基坑與圍擋間平臺未硬化，圍擋外2.5m是人行便道，10m外是機動車道。

基坑東側(cè)：距離現(xiàn)狀基坑0.5m外是圍擋，距離圍擋4m處有一座一層磚混結(jié)構(gòu)住宅，4m寬的土路。

基坑西側(cè)：距離現(xiàn)狀基坑10m外是圍擋，圍墻外是非機動車道。

1.2 基坑安全等級

結(jié)合基坑周邊情況及基坑深度確定基坑結(jié)構(gòu)安全等級為：南側(cè)為三級，東側(cè)、西側(cè)、北側(cè)為二級，使用期限一年。

2 工程地質(zhì)概況及水文地質(zhì)概況

2.1 工程地質(zhì)概況

地基土構(gòu)成及巖性特征，根據(jù)野外鉆探原位測試及室內(nèi)土工試驗結(jié)果，本次勘查深度范圍內(nèi)場地，地基土自上而下可分為6層，與本次設計相關的有5層，各地層分述如下：

第①層，雜填土（Q4ml）：設計參數(shù)C=0KPa，φ=10°雜色，稍濕，稍密；以粉土、爐渣、建筑及生活垃圾為主，其中K1、K4號鉆孔發(fā)現(xiàn)直徑大于10cm的石塊。該層在廠區(qū)內(nèi)均有分布。

第②層，素填土（Q4ml）：設計參數(shù)C=14KPa，φ=18°雜色，濕，稍密；以粉土為主，含磚屑、煤屑。該層在場區(qū)北部均有分布。

第③層，粉土（Q4al+pl）：設計參數(shù)C=17KPa，φ=24°黃褐色，濕，中密；含云母氧化物；搖振反應迅速，無光澤，干強度低，韌性低。該層在場內(nèi)均勻有分布。

第④層，粉土夾粉砂（Q4al+pl）：黃褐色，濕，中密；該層以粉土為主，混有粉砂，局部夾薄層細砂；搖振反應迅速，無光澤，干強度低，韌性低。該層在場區(qū)內(nèi)均有分布。

第⑤層，粉土夾粉砂（Q4al+pl）：黃褐色，濕，密實；該層以粉土為主，混有大量粉砂；搖振反應迅速，無光澤，干強度低，韌性低。該層在20～30m鉆孔中揭露。

2.2 水文地質(zhì)概況

擬建場地范圍內(nèi)無地表水系發(fā)育，場地東側(cè)約1.7km發(fā)育有汾河的一級支流磁窯河，屬季節(jié)性河流，平時水流小，大部分徑流出現(xiàn)在汛期，年平均流量為23.75m3/s，洪峰出現(xiàn)在8月份，最大流量為70.65m3/s；勘察范圍內(nèi)（30m）地下水初見水位埋深5.7～6.2m，水位標高為757.53～757.8m，地下靜止水位埋深5.5～5.9m，水位標高為757.73～757.93m，屬松散層孔隙潛水。含水層主要為第四系松散巖類，據(jù)區(qū)域水文資料，場區(qū)地下水變幅約1m，勘察期為枯水期。

坑底標高為757.1m，在地下水位以下0.63～0.83m，因此如基坑需要將水位深度降低至坑底標高0.5m以下，降水后標高應低于756.6m。

3 基坑支護設計所需參數(shù)及方案設計

3.1 基坑支護設計所需參數(shù)

根據(jù)地質(zhì)勘查報告，本工程場地屬于填土場地，第一層為雜填土以粉土、爐渣、建筑及生活垃圾為主，其粘聚力C=0，內(nèi)摩擦角為10°；第二層為素填土，以粉土為主，含磚屑、煤屑，粘聚力C=14KPa，內(nèi)摩擦角φ=18°建筑物的基底位于該層。

3.2 基坑支護方案選擇

由于基坑深度大于5m，屬于深基坑，采用懸臂式支護結(jié)構(gòu)，且考慮到地下水位標高在基底標高之上，因此坑內(nèi)需要進行降水，應采取隔水措施。初步確定采用SMW工法樁（深層水泥土攪拌樁內(nèi)插H型鋼）對基坑進行支護。

為了進一步節(jié)約成本，充分利用周邊環(huán)境及土的有利條件，對支護方案進行了優(yōu)化調(diào)整。結(jié)合現(xiàn)場實際情況，在對第一層雜填土進行分析試驗后發(fā)現(xiàn)其內(nèi)含粘性土較多，年代較長，具有一定的粘聚力，因此取粘聚力c=0過于保守，通過對臨近基坑的調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，開挖深度3m，坡度1：0.3的基坑，坑壁可以保持穩(wěn)定。

通過分析對比，本工程最終采用上部土釘墻+臺階+下部SMW工法樁作為支護結(jié)構(gòu)對基坑進行支護。土釘墻坡度為1：0.3，坡底至設定的平臺標高，設土釘2道，梅花形布置，垂直間距1.3m，水平間距1.3m。土釘用Q235無縫鋼管φ48×3，長度3m，面層網(wǎng)片采用HPB300φ6.5的圓鋼編制，150mm×150mm網(wǎng)格，采用28號H型鋼，長度6m，間距1.4m。

3.3 SMW工法原理及特點

SMW工法樁是在水泥土深層攪拌樁墻體中插入H型鋼所形成的一種加勁復合圍護結(jié)構(gòu)。這種施工工藝用水泥土作為固化劑與地基土進行系統(tǒng)的強制性攪拌，并插入H型鋼，固化后形成樁柱列式的地下連續(xù)墻體，充分利用了水泥土深層攪拌樁抗?jié)B性好及型鋼剛度大的特點，通過二者的復合作用，形成基坑擋土防水側(cè)向支護結(jié)構(gòu)。

其特點是周邊環(huán)境影響小，施工不擾動鄰近土體，能有效控制周邊地面構(gòu)筑物的沉降；抗?jié)B性好，工法樁機具有很強的攪拌能力，使水泥與土得到充分攪拌，而且連續(xù)作業(yè)的墻體無接縫，從而使它可比傳統(tǒng)的連續(xù)墻具有更可靠的止水性，其滲透系數(shù)K可達10-7cm/s；剛度大，支護效果好；由于型鋼可回收重復使用，成本較低。廣泛應用于深基坑開挖施工，尤其適用于周邊有地面建筑、管線等不能產(chǎn)生位移的情況下，需進行垂直開挖的基坑圍護。

3.4 支護方案優(yōu)化前后對比

優(yōu)化前采用懸臂式支護結(jié)構(gòu)，懸臂高度7m，樁體承受的彎矩和剪力大，材料用量大，對H型鋼的強度要求高。

優(yōu)化后充分利用基坑周邊建筑物及管線距離較遠，荷載較小且雜填土具有一定的粘聚力等有利條件，將基坑支護分為上部+臺階+下部三部分，上部3m采用放坡加土釘墻（1：0.3），下部采用雙排深層水泥土攪拌樁內(nèi)插H型鋼，懸臂高度4m，材料用量較優(yōu)化前小，對樁體強度要求較低。

施工完成后，基坑邊緣及周邊建筑的各項監(jiān)測指標均滿足規(guī)范要求，取得了良好的支護效果和經(jīng)濟效益。

4 結(jié)論

基坑設計前應對基坑及其周邊環(huán)境進行調(diào)查，包括開挖深度、土層情況、周邊管網(wǎng)、道路和建筑與本基坑的距離及相互影響評價等；把鄰近基坑的設計參數(shù)作為本基坑設計時的參考，進行優(yōu)化設計，特別是臨近基坑設計中的一些缺陷、不足，應在本基坑設計中盡量避免；充分利用現(xiàn)場的有利條件，在保證支護效果的前提下，盡可能的降低施工成本及對周邊環(huán)境的影響。