淤泥質(zhì)軟土基坑開挖變形控制

周歌軍

（武漢地鐵集團(tuán)有限公司，武漢430000）

1 淤泥質(zhì)軟土基坑變形機(jī)理研究

在基坑開挖的過程中，基坑開挖面受載荷影響，很容易在坑底出現(xiàn)向上的土體位移，與此同時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致圍護(hù)墻在兩側(cè)壓力差的作用下出現(xiàn)水平向位移，從而導(dǎo)致墻外側(cè)出現(xiàn)位移，在這一情況下開挖基坑，就很容易因坑底的隆起和圍護(hù)墻的位移導(dǎo)致周邊地層移動(dòng)。另外，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工中，地層損失以及基坑開挖中出現(xiàn)漏水、漏砂等安全事故出現(xiàn)的原因通常也是基坑變形。對此，本文主要基于武漢16號(hào)線老關(guān)村車輛段站項(xiàng)目的軟土地層基坑開挖施工情況，結(jié)合武漢地區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)情況對影響基坑開挖變形的因素進(jìn)行簡單分析。

通過對工程項(xiàng)目區(qū)域的地質(zhì)、水文以及施工項(xiàng)目復(fù)雜性的分析，可將影響基坑開挖變形的主要因素氛圍以下幾個(gè)方面：（1）圍護(hù)結(jié)構(gòu)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)包含圍護(hù)墻體的厚度、支撐體系的剛度以及實(shí)際的插入深度等。支撐平面的剛度通常較強(qiáng)，而基坑變形的程度一般取決于EI/h4（EI為剛度；h為支撐豎向間距），也就是說支撐的道數(shù)對變形效果的控制比較明顯。而在圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，墻體插入的深度越大其抗隆起的穩(wěn)定系數(shù)就越高，特別是在軟土地區(qū)，合理地提升插入深度能夠有效地減小墻體以及墻體周邊地層的位移。（2）加固地基。在開挖基坑的過程中，合理地在基坑內(nèi)、外加固地基，能夠有效地提升土質(zhì)的強(qiáng)度與剛性，從而有效地控制基坑周邊地層的位移。另外，還有其他因素的影響，例如，在開挖基坑的過程中，一旦出現(xiàn)滲水、流沙等情況也會(huì)導(dǎo)致周邊地層受到擾動(dòng)而導(dǎo)致基坑變形，因而在面對保護(hù)對象時(shí)，可利用跟蹤注漿或預(yù)先加固等措施加以防范[1]。

2 工程概況

目前，武漢16號(hào)線老關(guān)村車輛段站項(xiàng)目的走向主要是沿沌口路南北向，主體為地下2層島式單柱雙跨車站，在該工程的主體結(jié)構(gòu)施工中主要采用明挖法，主體結(jié)構(gòu)的具體參數(shù)與開挖參數(shù)如表1所示。

表1工程主體結(jié)構(gòu)參數(shù)

另外，該工程的圍護(hù)結(jié)構(gòu)均為80cm厚地下連續(xù)墻，基本槽段幅寬6m，且地下連續(xù)墻的接頭型式使用H型鋼接頭，墻頂設(shè)冠梁，均采用鋼筋混凝土支撐與鋼支撐作為主要的支撐體系。擬建車站地貌單元屬埋藏型長江Ⅱ級(jí)階地，該區(qū)域上部為沖擊湖與人工堆積地貌，其地層自上而下分為：雜填土、淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、泥質(zhì)粉砂巖，基底位于淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土與粉質(zhì)黏土層。通過對該工程施工區(qū)域的綜合分析來看，該車輛段位于太子湖回填區(qū)，具體開挖建站的范圍內(nèi)主要涉及淤泥與淤泥質(zhì)黏土，具體的地質(zhì)條件非常復(fù)雜，土體不具備良好的自穩(wěn)性，開挖風(fēng)險(xiǎn)比較大，因而需要進(jìn)行軟土地層基坑開挖施工控制以確保工程順利完成。

3 施工措施

結(jié)合武漢本地的地質(zhì)地形特點(diǎn)以及軟土地基施工經(jīng)驗(yàn)，在本次工程的施工中，主要針對鋼支撐架設(shè)不及時(shí)以及開挖作業(yè)不規(guī)范等方面存在的問題采取一定的措施。首先，針對鋼支撐架設(shè)問題來說，基坑開挖時(shí)鋼支撐架設(shè)會(huì)受到場地、開挖方式以及施工材料等因素的影響，導(dǎo)致架設(shè)效率不穩(wěn)定，暴露基坑時(shí)間長，影響基坑開挖。對此，可適當(dāng)增加架設(shè)施工人員，實(shí)行兩班制架設(shè)，確保能夠及時(shí)架設(shè)鋼支撐。針對鋼支撐也需要提前進(jìn)行預(yù)拼裝，節(jié)約施工拼裝時(shí)間。同時(shí)，也要注重機(jī)械化施工，可以選用電動(dòng)扳手進(jìn)行施工，提升施工效率。其次，要進(jìn)一步規(guī)范開挖作業(yè)，施工中土方開挖的順序與方法對基坑開挖的安全性具有直接的影響。對此，在基坑開挖的過程中要嚴(yán)格依據(jù)施工方案展開，并采用分層分段的方式開挖，控制開挖線標(biāo)高，要盡可能避免對下層土體產(chǎn)生擾動(dòng)；基坑開挖時(shí)主要以第3段為中心向南北側(cè)開挖，要保證在上一段底板施工完成后才能開始下一段施工；土方開挖情況要結(jié)合現(xiàn)場立柱位置進(jìn)行，兩立柱間為一段，開挖中要從中部向兩側(cè)推進(jìn)；在一段土方開挖任務(wù)完成后，要及時(shí)清理場地后交給鋼支撐作業(yè)施工組，然后立即開始架設(shè)鋼支撐。

4 淤泥質(zhì)軟土基坑開挖變形控制措施

4.1 優(yōu)化基坑設(shè)計(jì)

為有效控制淤泥質(zhì)軟土基坑開挖中的變形情況，尤其是針對淤泥質(zhì)黏土的基坑開挖，必須要注重對基坑設(shè)計(jì)的優(yōu)化。首先，要確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)具有足夠的插入深度與剛度。其次，面對地質(zhì)條件極差且基底位于淤泥質(zhì)地層中的長條形基坑，采用抽條加固，需要將加固深度控制在6～10m，并將非抽條區(qū)寬度縮短，在工程地質(zhì)條件極其惡劣的情況下，可采用滿堂加固。再次，要科學(xué)地優(yōu)化支護(hù)體系，并結(jié)合基坑開挖的長寬比，在確保開挖安全的前提下對“鋼系梁”的設(shè)計(jì)進(jìn)行合理優(yōu)化，降低對開挖時(shí)間的影響；針對暴露時(shí)間過長的支撐部位，可將其優(yōu)化為雙拼鋼支撐（或采用混凝土支撐）設(shè)計(jì)，從而控制基坑的長時(shí)間累計(jì)變形問題。最后，還需要將下翻梁對土方開挖及基坑變形的影響考慮在內(nèi)，并在設(shè)計(jì)中減少下翻梁數(shù)量（或改為上翻梁）。

4.2 優(yōu)化開挖方式

在開挖方式的優(yōu)化中，可結(jié)合“時(shí)空效應(yīng)”原理進(jìn)行軟土基坑的開挖施工。在其中降低每步開挖土方的空間尺寸，以及基坑擋墻未支撐前暴露的時(shí)間，同時(shí)可結(jié)合時(shí)空效應(yīng)，借助土體自身控制地層位移的潛力促進(jìn)淤泥質(zhì)地層深基坑的穩(wěn)定。在這一原理中，每層需嚴(yán)格按照縱向6～8m分塊，單個(gè)土塊開挖計(jì)算時(shí)間如下：

式中，T為單個(gè)土塊開挖計(jì)算時(shí)間；T0為中間掏槽時(shí)間；T1為開挖暴露時(shí)間；T2為鋼支撐焊接時(shí)間；T3為鋼支撐架設(shè)及施加預(yù)應(yīng)力時(shí)間。

根據(jù)以上原理，在開挖軟土基的過程中，縮短基坑無支撐暴露的時(shí)間就成為控制基坑變形的重點(diǎn)，對此，可采取如下措施：（1）在開挖前，要結(jié)合現(xiàn)場資源的配備情況進(jìn)行分層分塊，縮短挖土與架設(shè)支撐工序的銜接；（2）及時(shí)架設(shè)臨時(shí)鋼支撐，控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際變形量；（3）鋼支撐架設(shè)的質(zhì)量必須嚴(yán)格保障，避免軸力損失；（4）收底時(shí)可采用添加早強(qiáng)劑混凝土進(jìn)行澆筑墊層，控制變形；（5）開挖過程中要做好信息管理工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)與處理監(jiān)測信息。具體施工中，要結(jié)合基坑開挖技術(shù)水平，對第1層、第2層土方單個(gè)土塊開挖無支撐暴露時(shí)間最好控制在10h以內(nèi)；3、4層需控制在12h以內(nèi)；收底層則要控制在14h以內(nèi)。

5 結(jié)語

綜上，武漢的深厚淤泥質(zhì)地層具有較強(qiáng)的流變性，因而在基坑開挖施工前須嚴(yán)格結(jié)合基坑結(jié)構(gòu)展開風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并結(jié)合工程實(shí)際情況對基坑的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，科學(xué)地控制各項(xiàng)變形指標(biāo)。在實(shí)際施工中還需要結(jié)合相關(guān)的技術(shù)與信息管理方案實(shí)現(xiàn)快挖、快撐、及時(shí)封底的操作，嚴(yán)格控制基坑變形量，確保基坑開挖的安全性與穩(wěn)定性。