深基坑側壁大范圍地質異常加固處理措施

李亞濤，李曉霖，周 創，薛盟盟

(1.北京城建設計發展集團股份有限公司，北京 100037； 2.國家知識產權局專利局專利審查協作北京中心，北京 100160)

1 概述

隨著城市基礎設施的不斷建設，地下管網、地下道路越來越密集，地下建構筑物相互之間的距離以及距建筑紅線的距離越來越近。面對這種現狀，深基坑工程就對設計者和施工者提出了更高的要求。受地層條件、場地環境等因素的限制，越來越多的深基坑設計、施工時須要從非對稱基坑條件去設計考慮。金亞兵等[1]對不同類型非對稱荷載基坑內力、變形進行了數值模擬和設計方法探討；徐長節等[2]采用PLAXIS分析了基坑在非對稱開挖工況下內力和變形分析，隨著開挖深度增加基坑兩側變形、沉降、基坑隆起均有較大的差異。目前文獻中對非對稱基坑主要從非對稱荷載、非對稱開挖條件下基坑的內力和變形方面介紹，對基坑兩側地層差異較大條件下的支護形式和處理措施介紹較少。

本文以某新建片區綜合管廊線性基坑工程為背景，基坑形式為樁撐支護，基坑寬度14.2 m、基坑深度為19 m。由于勘察單位在詳勘階段未完全揭露地層條件，在圍護樁已施工完成、基坑開始開挖過程中，發現樁基側壁處于素填土中，且素填土范圍大、深度深、土質疏松，且受場地條件限制，無法修改原有的圍護結構形式，基坑為非對稱基坑；通過對相關場地條件、地層地質情況、原有支護形式、理正結構和Midas-GTS軟件對非對稱基坑綜合分析，提出了有針對性的地層加固處理方案，保證了基坑安全和工程順利進行。

2 工程概況

2.1 項目概述

某片區綜合管廊深基坑支護形式為樁撐支護。綜合管廊標準段采用三層箱型結構形式，由下向上分別為：主管廊層(電力艙、能源艙、綜合艙、燃氣艙)、多功能夾層、物流廊道層，結構內凈尺寸(寬×高)為12.80 m×10.70 m，如圖1所示，沿線有十字型、T型交叉節點；主管廊基坑深度為16 m～22 m，基坑寬度為14.2 m，圍護形式如圖2所示，十字型、T型交叉節點采用深淺坑異形圍護結構形式，分支節點處基坑深度為2.8 m～13 m。綜合管廊沿線地質情況從上到下主要為雜填土、粉土、粉質黏土、粉砂、細砂等。綜合管廊基底主要處于④1粉質黏土。

2.2 基坑支護變形和沉降

本工程在施工期間有一區段長約150 m，由于勘察單位在勘察期間未完全揭露此部分地層情況，該范圍基坑側壁存在大范圍素填土且埋深較深，施工單位樁基施工完成，基坑在開挖過程中周邊施工便道發生沉降，邊坡及部分冠梁陽角產生裂縫。此范圍除綜合管廊標準段圍護結構外，還有十字、T型交叉節點異形圍護結構形式；主管廊基坑深度為19 m，分支節點處基坑深度為2.8 m～13 m。原支護結構平面圖和素填土范圍見圖3，十字型交叉節點橫剖面圖見圖4。

2.3 周邊環境

1)距離基坑邊10 m處有施工便道，此便道為該片區主要運輸通道，無法中斷，且受周邊環境及施工臨建影響無法進行導改。

2)基坑周邊距離較近處有施工塔吊、施工臨建等等(如圖5所示)。

2.4 勘察補勘

勘察單位在基坑邊坡及部分冠梁陽角產生裂縫、支撐軸力超限處進行補勘并加密勘測孔，發現此區域存在填土坑且深度深、范圍較大，局部區域伴有生活垃圾，如圖6，圖7所示。

根據勘察結果揭露，此范圍內土質為：

雜填土①1層，雜色，松散，以建筑垃圾為主，層底深度2.5 m～18.7 m，層厚1.6 m～4.0 m；素填土①2層，黃褐色(褐黃色)以粉土為主，含少量粉質黏土，層底深度0.5 m～2.2 m，層厚0.5 m～19.8 m；雜填土(生活垃圾)，雜色，含大量磚塊、混凝土塊、植物根系、草木灰、電纜皮、塑料袋等，有腐臭味，層底深度15.8 m～18.7 m，層厚0.8 m～1.7 m。人工填土層厚度變化大，堆積時間短，結構松散，土質很不均勻，力學性質差，穩定性較差，對明挖基坑支護體系穩固、基坑側壁變形控制會產生不利的影響，同時填土地層未經過有效處理一般不宜直接作為地基的持力土層。

3 支護變形原因分析

經勘察、設計現場踏勘及勘察補勘揭露地質情況，原基坑支護形式發生變形、施工便道沉降主要有以下原因：

1)勘察勘測時未揭露此處有大范圍素填土，基坑樁基單側處于大范圍素填土中，由于素填土自穩能力差，造成基坑單側土壓力大，基坑局部開挖時邊坡及部分冠梁陽角產生裂縫。

2)距基坑邊10 m處有施工便道，并且施工便道處于素填土之上且有施工重型車輛行駛，造成施工便道沉降。

3)施工便道在施工期間進行灑水，并且施工期間多次降水造成素填土含水量加大，施工重型車輛碾壓造成施工便道沉降，并對基坑邊坡和基坑圍護結構存在影響。

4 填土處理方案

原圍護結構形式受地層條件變化基坑變為非對稱基坑，若按原支護形式繼續開挖，無法保證基坑安全；邵廣彪等[3]介紹了基坑處于深度雜填土時采用樁錨和預應力聯合鋼格構梁支護方案；朱紅等[4]對緊鄰地鐵的深厚回填區采用全斷面注漿加固的措施；張學飛等[5]對深度約10 m的基坑局部處于回填約3年的雜填土基坑采用壓密注漿+插筋形成的加筋水泥土墻的支護形式；由于本基坑已按原有的結構條件設計，受功能和周圍環境限制結構尺寸無法壓縮，圍護形式無法修改為樁錨、放坡等支護形式；結合基坑支護形式、周邊環境、勘察結果，并基于Midas GTS 2-D軟件對本非對稱基坑進行受力分析、多方案(坑內外土體均不加固；加固坑外素填土；坑內素填土及坑外素填土同時加固；只加固坑內素填土)對比計算，選擇對坑外素填土加固處理，并綜合考慮經濟及《建筑基坑支護技術規程》[6]對基坑內力、變形等要求，基于計算對坑外土體加固范圍進行合理確定；采用以下地層處理方案：

1)分支口結構底板存在素填土的處理措施為：采用高壓旋噴樁地層加固，加固深度為素填土以下1 m。

2)主管廊、十字型、T型樁基側壁存在素填土處理措施為：采用高壓旋噴樁+三軸攪拌樁地層加固措施，加固水平距離為樁基側壁5 m范圍內土體，深度為地表以下5 m至素填土以下1 m；局部素填土伴有生活垃圾處增加三軸攪拌樁水泥摻量。

3)樁基外側存在素填土處采用三軸攪拌樁地層加固，由于三軸攪拌樁無法與既有圍護結構樁密貼施工，在圍護結構樁和三軸攪拌樁之間增設高壓旋噴樁用于兩者之間密貼。

根據勘察揭露填土范圍、填土深度，結合已施工樁基對此區域深基坑地層分段、分區域處理(見圖8，圖9)。

5 結語

通過對本基坑及非對稱基坑研究，得出以下結論：

1)基坑兩側地層差異較大的情況下，采用樁撐支護形式的不對稱基坑，對基坑支護結構受力和變形影響較大，不能采用常規規范規定的方法進行分析，需要采用反映地層與支護結構共同作用的分析方法。

2)非對稱基坑變形、支護結構內力受地層條件影響，不同于對稱基坑的受力分析。

3)采用地層加固措施，可改善非對稱基坑受力不利的情況，改善基坑變形、支護結構受力，須綜合考慮結構安全及經濟因素合理確定加固范圍。

目前基坑已按本方案加固處理，且主體結構已施工完成，施工時基坑變形、圍護樁內力等各項指標都在可控范圍。本文的研究成果可為類似工程的設計和施工提供借鑒和參考。