深厚淤泥質粉質黏土層基坑支護方案優選

張 麗 凌曉梅 滕新保 胡峰華

（江蘇省工程勘測研究院有限責任公司，江蘇 揚州 225002）

0 引言

對基坑支護工程來說，如何根據場地條件、周邊環境、開挖深度等選擇合理的支護形式是保障基坑工程安全的前提，這需要建立在大量的理論成果及工程實踐的基礎上。

揚州地區的地層分布規律如下[1-2]：市區北部地區地表以下主要土層為可塑～硬塑狀粉質黏土或黏土；市區中部偏北地區地表以下上部分布中密～密實狀粉土或粉砂，下部分布著可塑～硬塑狀粉質黏土或黏土；市區中部偏南地區地表以下主要分布著中密～密實狀粉土或粉砂，為長江沖積層；市區南部地區地表以下上部分布著淤泥質粉質黏土，下部分布粗礫砂、粉細砂以及粉砂等土層。

該文主要分析適用于揚州南部地區淤泥質粉質黏土層的基坑支護形式[3]，揚州南部地區淤泥質粉質黏土層分布較厚，含水量豐富，壓縮性高，靈敏度高，滲透性差，此種土質極易因降水效果不理想而出現滑塌現象，選擇合理的支護形式可降低險情發生的概率。該文基于揚州市區南部長江邊某安置小區基坑工程出現險情段，通過理正深基坑7.0PB5和FRWS9.0對其進行分析，并提出合理的加固方案，所得結果對類似基坑如何選擇支護方案具有指導意義。

1 工程概況

揚州南部長江邊某安置小區含一座一層地下室，基坑開挖深度5.15m，地下水位一般埋深為地表以下1.5m，揚州每年7月左右進入梅雨季節，地下水位會增至地表。經勘察揭示，場地范圍內土層分布如下：第①層雜填土，灰褐色為主，松散，主要成分為建筑垃圾；第②層淤泥質粉質黏土夾粉土，灰色，流塑；粉土，稍密～中密；第④層淤泥質粉質黏土，灰色，流塑；第⑤層粉土與淤泥質粉質黏土互層，灰色，粉土，稍密～中密，夾淤泥質粉質黏土，流塑。經鉆探取土進行室內土工試驗，得土體基坑支護設計參數見表1。

表1 基坑支護設計參數

在基坑工程施工過程中，局部邊坡區域發生了滑塌（圖1），并不斷有土體被水帶出，滑塌部位主要發生在該支護段的中部，且有向兩邊延伸的趨勢，該支護段基坑頂地面標高3.700 m，坑底標高為-1.450 m，原設計采用的基坑支護形式為二級放坡+水泥土攪拌樁加固坡體（圖2），基坑頂距離圍墻約8.0 m，圍墻外為市政道路，存在較大的安全隱患，須及時采取加固措施。

圖1 邊坡滑塌照片

圖2 滑塌段基坑支護剖面

2 滑塌原因分析

邊坡發生滑塌時，基坑已開挖至坑底，且在開挖過程中該支護段邊坡的坡頂位移變化速率及累計變化值均正常，未超過報警值。經現場踏勘并結合工程經驗分析，導致邊坡滑塌的原因如下：基坑開挖深度范圍內土層主要為②層淤泥質粉質黏土夾粉土，含水量豐富，呈流塑狀態，具有結構性及觸變性，為中等靈敏度土層，基坑坡頂4.0 m以外為施工道路，重型機械短期頻繁碾壓會導致孔隙水壓力增大，但該層土滲透性差，孔隙水不能及時排出，從而導致②層土體抗剪強度下降，施工道路也產生較多裂縫，該工程施工期間正處于梅雨季節，雨量較大，雨水通過裂縫不斷匯入地表以下，坑外水土壓力增大、土體強度下降共同導致邊坡發生滑塌破壞。根據上述分析的結果，采用理正深基坑7.0PB5軟件分別計算3種工況下基坑邊坡最小整體穩定安全系數（表2），抗剪強度參數采用固結快剪指標，工況一：地下水位位于地面以下1.5 m、抗剪強度指標未折減，工況二：地下水位位于地面以下1.5 m、抗剪強度指標折減95%，工況三：地下水位位于地表、抗剪強度指標折減95%。軟件采用的計算方法為圓弧滑動條分法，搜索最不利滑動面得到最小穩定安全系數KS，KS不應小于1.2。

從計算結果可看出，工況一及工況二的整體穩定安全系數均滿足規范要求，這說明雖然重車碾壓會導致淤泥質土體抗剪強度下降，但是基坑在開挖期間仍能處于穩定狀態，當遇到暴雨后，坑外水位急劇增加，如工況三計算結果所示，邊坡整體穩定安全系數已不滿足規范要求，說明基坑有發生滑動的可能，因此暴雨后基坑發生了滑塌。

從表2計算結果可見，坑外地下水位及土體抗剪強度指標均對邊坡整體穩定安全系數影響較大[4-5]，這里分別對3種影響因子進行分析（圖3），一是地下水位由埋深1.5m調整至0，二是土體抗剪強度折減系數由1.0調整至0.9，x軸為兩種影響因子調整比例，y軸為邊坡整體穩定安全系數。

圖3 地下水位及抗剪強度對整體穩定安全系數的影響

表2 邊坡最小整體穩定安全系數

由圖3可見，隨著坑外地下水位增加以及土體抗剪強度下降，邊坡整體穩定安全系數呈線性下降，且下降速率較大，說明對類似②層淤泥質粉質黏土夾粉土，外界因素的干擾極易造成邊坡滑動。若基坑施工工期長，周邊空曠，坑外排水設施足夠，采用放坡結合攪拌樁做抗滑樁的支護形式較為常見，能滿足基坑安全性要求。但當基坑邊有待保護的市政道路、建筑物、管線或施工期雨量大時，采用此種支護形式存在較大的安全隱患，一旦基坑發生滑坡并伴有水土流失的情況，險情發展趨勢較快，如不能及時采取措施將會造成較大的影響，因此，該情況下不建議優先選擇放坡結合攪拌樁作止水帷幕及抗滑樁的支護形式。

3 加固方案

加固方案的選擇須滿足以下2點：1）能確保基坑及周邊環境的安全。2）施工方便快捷。根據現場的實際情況，采用的加固方案為鋼板樁+坑內留置土臺（圖4）。

圖4 加固方案剖面

在原放坡坡頂打入18m拉森Ⅳ鋼板樁用于擋土兼止水帷幕，鋼板樁外側每隔4.0m布設兩根15.0m型鋼H700mm×300mm做錨樁控制變形，坑內留置一級土臺，土臺既能減少支護樁的變形，又能提高支護結構的整體穩定性及抗傾覆能力，分別對坑內有無土臺2種工況采用FRWS9.0軟件進行計算，計算結果見表3。

FRWS9.0軟件考慮坑內留置土臺作用效果的方法[6-8]為深度修正法（圖5）：圍護樁內土臺能夠發揮擋土作用的有效土體范圍為從土臺開挖底邊線向上45°作直線，直線與圍護樁之間的土臺為有效土體，從基坑深度計算點向上45°-Φ/2（Φ為土臺對應土體的內摩擦角）作直線與45°直線相交，交點與計算點的深度差作為深度修正值，采用修正后的深度計算水平基床系數。對淤泥質粉質黏土來說，該方法并不完全適用，在基坑開挖卸土的過程中，坑內留置土臺本身易受擾動產生一定的位移，該計算方法過分夸大淤泥質粉質黏土土臺對支護樁的支點作用，導致計算出的樁頂位移偏小，偏不安全。

圖5 深度修正法示意圖

該文結合工程經驗及理論基礎，推出一種適合淤泥質粉質黏土采用支護樁+坑內留置土臺支護方式的深度折減公式，如公式（1）所示。

該工程基坑開挖深度H為5.15 m，坑內土臺高度h為3.15m，平臺寬b為3.0m，土臺坡比1∶i為1∶1.2，由公式（1）計算可得基坑折減后開挖深度H'為3.1 m，采用理正深基坑7.0PB5軟件對挖深3.1m時的懸臂鋼板樁進行計算，結果見表3。由表3可見，按照公式（1）折減后計算出的樁頂位移較大，抗傾覆安全系數與FRWS9.0計算結果接近，該工程采用H型鋼作為錨樁控制鋼板樁位移。

表3 坑內有無土臺計算結果對比

根據后期基坑監測數據顯示，加固范圍內支護樁樁頂水平最大位移為38.2 mm，表明淤泥質粉質黏土按公式（1）折減深度計算較為合理，坑外道路沉降監測數據也在正常范圍內，表明加固效果滿足安全性要求。對深厚的淤泥質粉質黏土層來說，需要留有一定的支護空間，在需要設置止水帷幕的情況下，應優選鋼板樁+坑內留置土臺的支護方式，如遇坑外水位急劇增加或重型機械頻繁碾壓，會導致鋼板樁變形增加，但不易發生滑塌、水土流失等情況，采用坑外降水或坑內堆載的方式即可控制變形。

4 結論

該文結合具體工程中，淤泥質粉質黏土邊坡滑塌實際情況，對其邊坡的破壞原因進行分析，并提出合理的加固方案及計算方法，得到如下4個結論：1）揚州南部臨江邊地區淤泥質粉質黏土層深厚，且靈敏度較高，極易受外界因素擾動，在進行基坑支護設計時應予以重視。2）當基坑邊存在有待保護的市政道路、管線或建構筑物等時，且存在一定的支護空間，施工期雨量較大，對深厚淤泥質粉質黏土層采用放坡結合攪拌樁做止水帷幕及坡體加固的支護方案存在一定的安全隱患。3）當基坑邊存在有待保護的市政道路、管線或建構筑物等時，且存在一定的支護空間，施工期雨量較大，對深厚淤泥質粉質黏土層采用鋼板樁+坑內留置土臺的支護方案更合理，不易出現滑塌、水土流失等情況，對保護周邊環境有利。4）對深厚淤泥質粉質黏土層，采用FRWS9.0軟件計算鋼板樁+坑內留置土臺工況下的樁頂位移偏小，不符合工程實際情況，采用公式（1）折減基坑深度后，再按懸臂樁進行計算的方法更合理，其計算出的樁頂位移與實際監測數據較為接近。