成都平原岷江水系Ⅱ級階地某深基坑支護設計與應用

摘要：文章基于成都平原岷江水系Ⅱ級階的某深基坑支護實例，對深基坑設計參數選取、支護方案選型進行了探討。根據基坑監測數據分析表明，設計模型計算時應考慮對膨脹性粘土的直剪（快）試驗強度指標進行適當折減;采用排樁+預應力錨索、排樁+內支撐的支護方案，能夠有效限制基坑的側向位移，可為相似工程地質條件的基坑支護工程提供一定的技術參考。

[作者簡介]高曉峰（1985—），男，本科，高級工程師，主要從事巖土工程勘察、設計、施工工作。

成都平原岷江水系Ⅱ級階地沖洪積地層具有典型的二元結構[1-3]，上部為黃—褐黃色黏土、粉質黏土、粉土、砂土，黏土具有膨脹性;下部為黃灰色卵石土，混砂及黏性土，有砂薄層或透鏡體，卵石成分以巖漿巖為主;下覆基巖為白堊系上統的紅棕、棕紅色泥巖夾泥質粉砂巖，含石膏、鈣芒硝。深基坑支護設計時，需考慮上部黏土的膨脹性對基坑支護的不利影響，同時也應利用好下部地質條件較好的卵石層和基巖[4-7]。某建設項目位于成都市昭覺寺片區，地層結構為典型的岷江水系Ⅱ級階地地層，基坑開挖深度14.6～16.8 m，北側距離既有建筑8.8～10.0 m。針對該基坑的地質條件、周邊環境，進行了支護方案設計比選，確定了以大直徑排樁+預應力錨索支護為主，局部地段采用大直徑排樁+內支撐的支護方案，通過采用合理的支檔形式選型，既保證安全性滿足要求，又經濟合理，目前基坑已施工完畢，通過監測數據表明，該基坑整體穩定性、變形控制均達到預期目標要求。

1 工程概況

1.1 工程簡介

某建設項目地位于昭覺寺南路與昭覺寺橫路交匯處南側。該項目二期一標段基坑支護段長度約315.0 m，基坑形狀為不規則三角形組合（圖1），多處存在陽角。場地現場標高約508.40 m，AB段開挖深度16.8 m，開挖線距離道路紅線4.0 m，支護樁距道路邊沿約13 m，道路側分布有通信電纜埋深約3.0 m，以及雨水管及污水管線等（埋深小于6.0 m）;BC段開挖深度14.6 m，開挖線距離用地紅線圍墻3.8 m，用地紅線外為一在建酒店（主體結構已完工），層高11F、框架結構，距基坑開挖線約11 m，地下室深度-6 m，基礎采用人工挖孔樁基礎（人工挖孔樁設擴大頭，持力層為中風化泥巖），基礎樁樁長16 m;CD段開挖深度14.6 m，臨青龍體育館，層高16 m、磚混結構，距基坑開挖線最近處約8.8 m，條基及柱基礎，基礎埋深埋深約3 m;基坑南側與一期基坑相鄰，可不采取支護。

1.2 工程地質與水文地質條件

根據勘察報告，該場地地貌單元屬成都平原岷江水系Ⅱ級階地，勘探深度范圍內巖土層按時代成因及土性特征自上而下劃分為五個工程地質層，即：①第四系全新統填土層（Q4ml）;②第四系上更新統沖洪積黏性土層（黏土、粉質黏土、粉土） （Q3al+pl）;③第四系上更新統沖洪積細砂層（Q3al+pl）;④第四系上更新統沖洪積砂卵石層（Q3al+pl）;⑤白堊系灌口組泥巖層（K2g）。其中第②、④、⑤工程地質層又可按土質類別、性質或風化程度等差異，進一步劃分為若干亞層，典型的地質剖面見圖2。

勘察中巖土體抗剪強度指標通過直剪（快）試驗獲得，卵石土的抗剪強度指標按當地經驗取值，經統計修正的抗剪強度指標見表1。黏土的膨脹試驗結果為：自由膨脹率在45 %～59 %，平均值為51.83 %，計算該場地地基土的脹縮變形量判斷脹縮等級為I級～II級。地基土物理力學性質指標值見表1。

場地內存在上層滯水、孔隙型潛水及基巖裂隙水3種類型的地下水，主要地下水為孔隙性潛水。勘察期間屬地下水枯水期，因擬建場地西側地鐵施工場地降水的影響，實際測量的穩定水位埋深約為7.0～12.70 m，對應絕對標高為497.39～501.80 m。據區域水文地質資料顯示，場地粘性土層平均滲透系數k值約為0.1～0.2 m/d，細砂層平均滲透系數k值約為20.0 m/d，場地砂卵石層平均滲透系數可取k=25.0 m/d，泥巖層平均滲透系數約為0.2～1.0 m/d。

2.1 設計參數選取

膨脹性黏土的抗剪強度按照直剪（快）試驗指標根據經驗進行折減，粘聚力c取試驗值的0.7倍，內摩擦角φ取試驗值的0.8倍，粉質黏土、粉土、泥巖按照試驗值取值，砂土、卵石土采用地勘報告提供的經驗值。

根據基坑平面環境條件、開挖深度及地質條件，將基坑分成AB、BC、CD三段分別進行支護方案設計，設計時AB段采用基坑頂部均布荷載q1=15 kPa，距離基坑邊13米距離處道路車輛荷載按照q2=20 kPa的40 m寬條形荷載考慮;BC段采用基坑頂部均布荷載q=15 kPa，基坑邊坡為土質邊坡，破裂角按照45°+φ /2考慮，綜合考慮φ取12°，確定破裂角為51°，破裂面在在建酒店基礎以外，在建酒店采用擴大頭端承樁基礎，且樁端標高低于基坑開挖深度，故不考慮既有建筑荷載影響;CD段采用基坑頂部均布荷載q1=15 kPa，距離基坑邊8.8 m的青龍體育館按照q2=20 kPa，作用深度3 m的24 m寬條形荷載考慮。

2.2 支護方案的選擇

基坑平面位置及周邊環境見前文所述，各段均臨近既有建（構）筑物，基坑支護需滿足基坑邊坡的抗滑移、抗傾覆等整體穩定性要求，尚需對基坑支護結構的位移進行嚴格控制，結合各段情況分別選取不同支護方案如下：

（1）AB段：采用預應力錨索+大直徑排樁支護，排樁樁徑1.20 m，樁間距2.20 m，樁長24.00 m，錨固段7.2 m，在-4.5 m、-7.5 m、-10.3 m及-12.8 m位置設置樁間預應力錨索4排，長度分別為25.5 m、20 m、16 m、13 m，錨索腰梁采用25A槽鋼雙拼焊接，第一排錨索角度為20°，第二排錨索角度為18°，第三、第四排錨索角度為15°。坑頂設置截水溝，地面采用素混凝土硬化，硬化寬度至紅線圍墻。根據計算，整體穩定安全系數為2.32，抗傾覆安全系數為2.16，樁頂支護結構最大位移為27.67 mm（圖3）。

（2）CD段：采用預應力錨索+大直徑排樁支護，樁徑1.20 m，樁間距2.20 m，樁長20.00 m，錨固段5.4 m，在-4.5 m、-7.5 m及-10.5 m位置設置樁間預應力錨索3排，長度分別為25.0 m、18 m、12 m，錨索腰梁采用25A槽鋼雙拼焊接，第一排錨索角度為20°，第二排錨索角度為18°，第三錨索角度為15°。坑頂設置截水溝，地面采用素混凝土硬化，硬化寬度至紅線圍墻。根據計算，整體穩定安全系數為1.95，抗傾覆安全系數為2.71，樁頂支護結構最大位移為27.04 mm。

（3）BC段：為避免對在建酒店基礎損傷不考慮采用預應力錨索，由于開挖邊線距離用地紅線最近約3.8 m，采用雙排樁支護空間不足（圖4）;綜合考慮場地空間、場地外建筑物影響及施工進度節點要求，采用大直徑排樁+內支撐支護方，樁徑1.50 m，樁間距2.30 m，樁長27.00 m，錨固段12.4 m，在冠梁處設置一道0.6 m×0.8 m的C30混凝土支撐梁，支撐梁間距24.0～26.0 m（內支撐設置見圖1）。該方案支撐梁底標高高于地下室頂板標高，不影響主體結構施工，根據計算，整體穩定安全系數為3.23，抗傾覆安全系數為1.36，樁頂支護結構最大位移為28.84 mm。

3 監測結果分析

為掌握基坑施工過程對周邊環境的影響及支擋結構的變形，對支護結構進行監測，主要監測內容有：基坑坡頂水平位移、豎向位移支護結構及周邊環境的日常巡視，監測點平面布置圖見圖1，共設置8個監測點，編號為W04～W11。首次監測工作于2015年12月25日開始進行，基坑局部土方開始開挖，至2016年12月2日基坑回填，地下室施工期間觀測頻率為每天一次（圖5）。

根據位移監測結果，2016年5月中旬基坑開挖至設計標高，累計最大變形的監測點為W08點，位移量為25 mm，累計最小變形點為W10點，位移量為16 mm，各點位平均位移量為20.6 mm，累計位移量均能滿足要求。2016年5月中旬至2016年7月中旬，僅W10點位移量相比5月中旬增加了7 mm，累計位移量達到23 mm，其余點位位移量變化均在1～2 mm范圍內;從位移監測結果反映，基坑整體位移已基本趨于穩定。該地區7月份降雨量增多， 7月中旬至9月底基坑再一次發生位移量加大，至9月底，累計最大變形的監測點位W07點，位移量為35 mm，累計最小變形點為W11點，位移量為25 mm，各點位平均位移量為29.4 mm。累計位移量結合支護結構分析，BC位移量均已超過30 mm，AB、CD段位移量相對BC段普遍小5 mm左右。進入10月后，該地區降雨減少，至2016年12月基坑回填，累計最大變形的監測點位W07點，位移量為34 mm，累計最小變形點為W11點，位移量為27 mm，各點位平均位移量為29.9 mm，各點位位移量變化均在1～2 mm范圍內，基坑整體位移基本穩定。根據從周邊既有建筑的沉降觀測反映，基坑開挖期間，各既有建筑沉降均滿足規范要求。

（1）監測成果表明，該項目基坑開挖、地下結構施工至基坑回填期間，周邊環境未發生較大變形，基坑位移主要發生在基坑開挖階段，基坑支護結構整體位移控制滿足周邊環境條件位移控制的要求。

（2）該地區降雨對基坑變形影響較大，根據日常巡查記錄，地表曾出現多處裂縫、截水溝滲漏（圖6）未及時封閉，推測可能為降雨及其他地表水通過地表裂縫滲入坑壁土體引起膨脹性粘土脹縮循環導致基坑支護結構位移增大。

（3）日常基坑巡查發現，在W05～W08監測點段，冠梁與內支撐連接位置處發現有細微裂縫（圖7），通過現場施工成品與設計方案對比，發現冠梁與支撐梁連接處未按照設計要求作加腋連接，導致連接點應力集中而產生裂縫，同時也不排除設計時大間距支撐梁未考慮設置八字斜撐桿等因素。

（4）根據圖5對比各監測點位移量曲線，BC段因支撐梁間距偏大且支撐梁之間未設置連梁，支護結構整體剛度較小，故位移量受外界環境因素影響大于AB、CD段排樁+預應力錨索支護段。

4 結束語

（1）成都平原岷江水系Ⅱ級階地深基坑支護設計時，預應力錨索錨固段不宜設置在膨脹性的黏土中，在滿足在抗傾覆、抗滑移等穩定性要求及位移控制要求的情況下，可適當降低錨索設置高度或調整錨索角度，將錨固段設置于下部的卵石層中。

（2）由于該區域地層上部黏土具有膨脹性，深基坑支護結構變形受坑壁土體的含水量變化影響較大，基坑施工時應設置可靠坑頂截排水措施，同時考慮在基坑1～2倍的基坑深

度范圍進行地表硬化，防止地表水滲入坑壁土體引起膨脹性黏土發生膨脹交替而導致支護結構變形加劇。基坑日常巡查發現變形裂縫時應及時封閉，封閉材料可采用瀝青等柔性材料，嚴禁裂縫長期不封閉。

（3）在不具備設置錨索支護的條件下，該區域深基坑可采用大直徑、小間距排樁支護，同時增加內支撐增強支護體系整體剛度，可以有效的控制位移。支撐梁的設置可適當的增大間距，但因考慮設置八字斜撐桿、連梁等措施。

（4）成都平原岷江水系Ⅱ級階基坑支護設計時，應考慮對膨脹性黏土的直剪（快）試驗強度指標進行折減后采用，粉質黏土、粉土、砂土的試驗強度指標可不折減。

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