深基坑外側有限寬度回填土體支護設計

王 旭

(遼寧省建筑設計研究院巖土工程有限責任公司，遼寧 沈陽 110005)

1 概述

基坑四周臨近建筑物和構筑物是基坑支護設計的重要環境因素。臨近建筑物不僅是基坑圍護結構保護的對象，也是基坑周邊荷載的重要來源。隨著城市地下空間的迅速發展，地下空間密度越來越大，新建的地下室往往距離已有建筑地下室越來越近，擬開挖的基坑與已有地下室之間留下有限寬度的土體。有限寬度土體土壓力的計算已不能采用經典的朗肯土壓力理論或庫侖土壓力理論，對于有限土體土壓力的計算方法有了較多的研究[1-5]，且計算方法已經被多個地方規范所采用。

因為臨近已有建筑物，基坑外側的有限寬度土體多為前期基坑的回填土，回填土厚度一般等于地下室的埋深。另外，有限土體內往往鋪設有建筑物配套的地下管線，土體物理力學性質差且對基坑外側土體變形敏感。這兩方面的因素增加了基坑支護的難度，也限制了一些常規支護形式的應用，如放坡開挖和樁錨支護結構就無法應用。對于這類基坑工程，如何根據現場實際情況，采用何種支護結構來維護基坑穩定，有限寬度土體支護結構的變形特點值得專門研究。

以兩個深基坑支護工程為例，本文闡述了有限寬度土體加固法和排樁土釘支護法的實際應用情況，并總結了有限寬度土體基坑支護設計方法。

2 有限寬度土體加固法

2.1 工程概況

位于遼寧省的沈陽天惠廣場二期基坑深度9.3 m，基坑長度約97 m，寬度約62 m。基坑東側緊鄰已建成的天惠廣場一期7.4 m，擬建的二期地下室東側大部分為連接一期地下室的聯絡通道，聯絡通道南側為兩期地下室之間的有限寬度土體，如圖1中的陰影所示。該有限寬度土條寬度約為7.4 m，長度為22.4 m，設置一期商場的兩部外掛消防鋼梯。

天惠廣場一期地下室施工時，基坑開挖深度為9.3 m，基坑西側采用放坡開挖，基坑回填時采用雜填土回填，回填壓實效果一般。因此，該有限寬度土體的土層為：雜填土，松散，厚度8.9 m，圓礫，中密，厚度8.1 m，地下水位埋深為13 m。

2.2 支護結構設計方案

基坑深度為9.3 m，基坑與鄰近建筑物的距離為7.4 m，小于H×tan(45°-φ/2)=7.5 m，按照規范[6]，該有限寬度土體土壓力可進行土壓力折減，土壓力折減系數約0.98，基坑主動土壓力折減系數很小。該有限寬度土體內埋設有一期建筑的供水、供暖、通信和排水管等多條地下管線，這就要求基坑開挖過程中，該有限寬度土體的變形要嚴格控制。由于基坑外側土體寬度有限且為松散的雜填土，無法提供足夠的錨固段長度，不能采用錨索；消防鋼梯和地下管線不能拆除，該區域內的有限寬度土體也無法挖除卸荷；受消防鋼梯的影響，雙排樁的施工空間不足，且工程造價很高，也不能選擇使用。針對該有限寬度內土體松散，均勻性較差，土壓力較大的特點，為嚴格控制基坑變形，采用旋噴樁對該有限寬度的土體進行加固，以提高該有限土體的物理力學性質，提高土體的自穩性，減少基坑側壁土壓力。加固后的復合土體可以借用復合地基加固公式置換率的概念來計算復合土體的黏聚力C和內摩擦角φ，在計算土壓力時能有效考慮土層加固的效果。基坑有限寬度土體的支護結構如圖2所示。鋼筋混凝土支護樁徑600 mm，樁間距1.2 m，樁長15 m。旋噴樁徑600 mm，樁間距1.9 m，樁長11 m。考慮到基坑較深，支護樁較長，為減少支護樁承受的彎矩，控制樁頂變形，在基坑7.7 m深度處，設置一道預應力錨索。此位置處，錨索可以安全的下穿一期地下室底板，錨固在圓礫層中。錨索間距1.2 m，錨索長度15 m，錨索入射角度為20°。

2.3 變形監測情況

在基坑的開挖過程中，在此處的支護樁頂上布置了2個變形監測點，從基坑開挖至基坑回填歷經4個月，此處支護樁頂的最大水平位移為5 mm，豎向位移為3 mm，支護結構變形很小，幾乎沒有變形。臨近的地下管線沒有發生變形破壞情況，消防鋼梯也未發生變形。可見，對于回填土較厚的有限寬度土體，采用土體旋噴樁加固，鋼筋混凝土樁和預應力錨索的綜合支護形式，不僅可以確保基坑外側有限寬度土體的穩定性，還可以很好的控制有限寬度土體的變形。

3 排樁土釘墻法

3.1 工程概況

沈陽陽光一百商業二期項目基坑深度9.2 m，長度226 m，寬度118 m。基坑北側緊鄰建成的陽光一百商業廣場地下室外墻9.0 m。擬建的二期地下室和商業廣場地下室新建聯絡通道，兩期地下室之間形成有限寬度的土條，如圖3陰影區所示。

商業廣場地下室施工時開挖的基坑深度為9.2 m，基坑南側采用45°放坡開挖，肥槽寬度1.2 m，采用雜填土回填基坑，回填壓實效果一般。因此，地下室外墻10.5 m范圍內的土體，其上部為雜填土，下部為中密的粗砂，地層分界線為45°斜線。雜填土松散，厚度9.2 m，中砂厚度8.9 m，地下水位埋深7.7 m，基坑采用管井降水，水位降深5 m。

3.2 支護結構設計方案

基坑南側和西側采用自然放坡開挖，東側采用鋼管樁錨索支護。基坑北側臨近已建成的一期商業廣場，且該土條內地下管線密集，特別是有一條供暖的主管線。

按照規范[6]，基坑北側的有限寬度土體寬度10.5 m，大于H×tan(45°-φ/2)=7.5 m，主動土壓力不滿足折減條件，該有限寬度土體土壓力應按照經典朗肯土壓力理論計算，計算得出的基坑主動土壓力很大；基坑外側管線密集，對基坑變形敏感，基坑支護難度大。

采用旋噴樁對該有限寬度土體進行加固，能有效的控制土體變形，但場地內管線分布較多，旋噴樁加固施工方案行不通。土體寬度有限，且地層為雜填土，錨索的錨固段長度不能滿足錨固力要求，無法采用預應力錨索支護方案。

根據現場土方開挖工期要求，采用支護樁+土釘+預應力錨索的復合支護形式，如圖4所示。支護樁為混凝土灌注樁，樁徑600 mm，樁長15 m，樁間距1.2 m。0 m～4.5 m范圍內，在土體內施工兩道土釘，土釘水平間距1.2 m，土釘直徑25 mm，土釘通過鋼梁連接，并鋪設鋼筋網，噴射混凝土面層。為減少支護樁的側向變形和支護樁彎矩，在6.5 m深度處，施工一道預應力錨索，錨索施工角度20°，錨索下穿一期商業廣場地下室底板，錨固段長度10 m。

3.3 變形監測情況

按照復合土釘墻模型，通過理正基坑超級土釘墻模塊計算，得出支護樁頂水平位移為74 mm，基坑外側地面形成的沉降量最大值為52 mm，計算結果不滿足要求。但實際應用后，基坑監測的支護結構水平位移最大值為30.6 mm，最大變形速率為1.13 mm/d，支護結構的豎向變形最大值為6.8 mm，基坑外側地面無明顯沉降。在基坑使用過程中，基坑經歷了夏季3場大暴雨，暴雨過后，基坑變形仍處于正常范圍，暴雨后僅發生樁間土脫落的事故，樁頂變形未出現異常。

實踐表明，對于回填土很厚的有限寬度土體，雖然土壓力不能折減，采用對控制變形有限的復合土釘墻方案，該聯合支護結構的變形量遠小于理論計算結果，說明寬度有限土體的土壓力實際上要小于理論計算結果，其土壓力的計算方法還需要進一步研究。

4 結論和建議

本文以沈陽兩個深基坑為例，分析討論了基坑外側的有限寬度土體的支護設計方法，并討論了有限寬度土體的支護結構設計計算方法，總結得出以下結論：

1)如果基坑外側條件允許，可以采取開挖卸荷的方式來維護基坑側壁穩定。

2)如果有限寬度土體不能開挖，可以采用旋噴樁對土體進行加固，加固以后的土體土壓力有很大幅度的折減。

3)有限寬度土體可采用支護樁+土釘+預應力錨索的聯合支護形式，該支護結構對于回填土較厚的有限寬度土體變形有較好的控制作用。

除此之外，還可以采用水泥土墻和內支撐的支護形式，但是相比而言，支護結構成本和施工工期上優勢不明顯。

對于有限寬度的土體，雖然寬度大于規范規定的限定值H×tan(45°-φ/2)，由于土體不是半無限體，不符合經典土壓力理論的前提條件，其土壓力的計算還需要進一步研究。