淤泥質軟土環境下基坑支護方案比選及典型風險分析應用研究

沈陽

（上海筑成房地產有限公司，上海 201100）

0 引言

河流密布的地區往往伴隨著豐富的淤泥質軟土環境，尤其在我國南方等水網密布的區域——面積僅10.72 萬km2的江蘇省，其淤泥質軟土含量就高達14億m3[1]，相當于每平方千米的土地下就有1300m3的淤泥質軟土。淤泥質軟土普遍具有“四低四高”特性，即低強度、低密度、低滲透性、低承載力以及高含水率、高孔隙比、高壓縮性、高靈敏度[2]。這種特性導致其在工程施工方面一定程度上成為不利因素，尤其在對于土的性狀要求較高的基坑支護工程方面，淤泥質軟土讓基坑支護工程的建設成本和風險水平都有一定的增加。

因此，系統性的探究清楚淤泥質軟土環境下基坑支護的設計選型方案，并對淤泥質軟土環境下常見的風險項進行分析和提前準備解決方案，是在淤泥質軟土環境豐富的地區更為順利和安全地開展基坑圍護工程施工的先決條件。

1 上海某項目概況與場地地質條件

該項目位于上海市松江區，現場地標高4.5~5.5m（黃海高程），場地內原分布一處稻田，現已填平，場地內和周圍現無其他河塘、稻田分布。該項目經勘查，其第三層土為淤泥質粉質黏土，顏色呈青灰～灰黑色，流塑，飽和，切面光滑，無搖振反應，干強度中等，韌性中等，高壓縮性。場地局部分布，厚度：0.00~11.40m，平均3.39m；層底標高：-10.70～1.60m，平均-2.52m；層底埋深：3.80～15.60m，平均7.54m。本層層位、層厚不穩定，強度分布不均勻，分布于暗浜區域，強度低。根據土試結果，本層靈敏度為3.02~-3.89，為中等靈敏度土層。

2 淤泥質軟土性狀分析

淤泥質軟土顏色一般呈深灰色或暗綠色，并有臭味，天然孔隙比大于1.0。其首要特質是含水率一般大于40%，高于一般土壤，較高的含水率使得淤泥質軟土具有一定的觸變性和流變性。其次，淤泥質軟土的有機質含量較高，極個別甚至能高過50%，成為泥炭土[3]。

淤泥質粉質黏土的承載力明細低于其他土質土層，這是由于淤泥質軟土含水率較高，其抗剪強度會受到較大的影響，其抗剪強度與淤泥質軟土中的含水量成反比關系[4]，因此，淤泥質軟土的抗剪性能一般都會差于其他土壤。

3 上海某項目淤泥質軟土環境下的基坑支護方案比選

常見的基坑支護方案有8 種：放坡開挖、土釘墻、復合土釘墻、灌注樁+錨索、拉森鋼板樁、重力式水泥擋墻、地下連續墻、SMW 工法。在淤泥質軟土環境下，對于基坑支護方案的選擇要求會更高，要綜合考慮現場環境因素、經濟因素和淤泥質軟土的土質特性，選擇合適的支護方案。

下文以淤泥質軟土環境的典型地區的工程——上海市松江區某在建項目為例，探究淤泥質軟土環境下基坑支護方案比選。

根據地勘結果，該項目基坑開挖深度為5.8m 左右，則基坑支護需完全貫穿第3 層，下面將結合本項目地質情況，分析8 種基坑支護方案在本項目應用的可行性。

3.1 放坡開挖方案

優點：設計方案不復雜，現場施工難度低，進度快，且造價較低。

缺點：所需土方量大，且對干濕度和天氣要求較高，在雨季常常會出現強度下降乃至局部塌方的問題出現。

是否適用于本項目：局部適用，一般情況下，放坡法適用于土層情況較好的地區，淤泥質軟土的土層含水率高，強度低，難以滿足放坡要求；且放坡對周邊環境要求較高，適用此法的局限性較大。但是本項目由于西側規劃道路暫無開工計劃，規劃道路外側也是荒地，且西側淤泥質軟土層分布較淺、較薄，這就給局部進行放坡開挖提供了條件。因此經過系統論證后，在項目西側采用直接開挖放坡的方案，以節約成本和時間。

3.2 土釘墻方案

優點：成本較低，支護結構的整體的穩固度較好，支護效果良好。

缺點：對土層和土質要求較高，在土質不好的地方難以開展，如遇軟土層往往需用沖擊器將鋼花管土釘擊入，經濟性和適用性不高；且土釘墻方案對淺基坑適用性較好，對深基坑需土方配合分層開挖，整體施工復雜性較高。

是否適用于本項目：不適用，土釘墻方案對土質要求較高，尤其土質干燥的地區采用干法成孔，其效果好且成本低。在本項目中，淤泥質軟土層廣泛分包，會導致土質的力學性能無法滿足土釘墻的力學要求。同時，淤泥質軟土環境中無論是土層含水率或是環境含水率往往都比較高，會使得土釘墻方案的效果大打折扣且成本大為增加。因此，本項目不采用土釘墻方案。

3.3 拉森鋼板樁方案

優點：施工難度低，施工速度快，鋼板樁可回收再利用，經濟性好。

缺點：擋水能力和擋土能力較弱，對顆粒滲透阻擋能力較差，對現場降水處理要求較高；且大面積開挖階段變形風險高。

是否適用于本項目：局部適用，本項目淤泥質軟土分布不均勻，局部淤泥質軟土分布不深且位置較淺的位置，如紅線內外各種因素導致無放坡條件，則可考慮采用拉森鋼板樁。

拉森鋼板樁一般需嵌入穩定土層，本項目所采用拉森鋼板樁完全貫穿第二層淤泥質軟土層。且淤泥質軟土的持力能力較差，無法滿足持力層要求，因此，拉森鋼板樁體系在應對超過4m 的基坑情況下需設置內支撐，本項目采用坑內留土的方式對拉森鋼板樁進行內支撐。

3.4 復合土釘墻方案

優點：經濟性較好；可以滿足垂直開挖的需求，對內場土方處理工作的開展較為友好；且復合土釘墻除擋土效果較好外，其止水效果也較為良好。

缺點：前置條件要求較高，一般需攪拌樁強度達到要求方可進行施工，且復合土釘墻的實際施工方案較為復雜，一般需內插加固樁，且設置冠梁以增強攪拌樁的抗拉和抗剪性能；如考慮周圍建筑和道路的安全性，或需考慮增設預應力錨索，以降低周圍建筑基座或道路的形變程度，往往工期較長，時間成本較高。

是否適用于本項目：可適用但不采用，復合土釘墻在軟土環境下有較好的適應性，其擋土和止水能力能夠應對淤泥質軟土強度低和含水率高的難題，在工期較為寬裕且基坑內土方需垂直開挖的情況下可酌情應用。考慮到本項目為住宅項目，工期較為緊張，且現場條件具備其他更高效且經濟性好的圍護施工方案，故復合土釘墻方案本項目未采用。

3.5 灌注樁錨索體系支護方案

優點：強度和剛度較高，穩定性好，通常情況下不易變形或變形程度小。

缺點：工期一般較長，且成本較高。其擋土和擋水能力較差，一般需根據施工現場實際，采取注漿、水泥攪拌樁、旋噴樁和三軸攪拌樁等止水措施。

是否適用于本項目：局部適用，樁錨體系由于其較好的穩定性和強度，在土層較差的環境中，結合合理的止水措施，能發揮其優勢。且適用方式較為靈活，可采取咬合式施工以應對地下水位過高的問題。

本項目由于為住宅項目，前期售樓處需提前施工，為降低大區大面積開挖對售樓處圍護結構的影響，本項目在售樓處局部采用灌注樁支護，考慮到淤泥質軟土層帶來的防水問題，同時采用雙軸攪拌樁咬合施工用以止水。

3.6 重力式水泥擋土墻方案

優點：重力式結構，施工不涉及錨桿或支撐，施工工藝簡單，成本低。且擋土效果和止水效果都比較好。

缺點：工期一般較長，對攪拌樁的強度有一定的要求，達到齡期方可開挖。且不適用于軟土層較厚的地區，一旦水泥攪拌樁無法穿透軟土層，會有變形量較大的風險。

是否適用于本項目：可適用但不采用，水泥擋土墻防滲性好，對于淤泥質土含水率高的情況能較好的應對。如遇軟土層較厚，無法穿透的情況，可考慮設置被動土加固。但是本項目考慮到工期和淤泥質軟土層分包不均勻局部較厚的原因，不考慮采用重力式擋土墻方案。

3.7 地下連續墻方案

優點：在眾多支護結構中強度最大，止水效果好。

缺點：經濟性差，對施工場地要求相對較高，需專用設備進行施工。

是否適用于本項目：可適用但不采用，連續墻的強度高，阻水性能好，能應對淤泥質軟土的土性能差，含水率高的情況。但考慮到經濟性及施工難度，本項目不考慮采用地下連續墻方案。

3.8 SMW 工法方案

優點：此法可在部分情況下代替地下連續墻，其結構強度高，擋水效果和防滲效果較好。且施工無噪音，對周圍環境影響較小。

缺點：如H 型鋼無法回收會導致成本大大增加。

是否適用于淤泥質軟土環境：可適用，SMW 工法在支護強度和止水性能方面都比較有優勢，在各類復雜土層中都能很好的起到支護作用。

3.9 方案確定

在淤泥質軟土環境中，灌注樁、拉森鋼板樁、重力式水泥擋墻、地下連續墻、SMW 工法都有適用的可能性，具體采用哪種支護方案，要根據施工現場的周圍情況，基坑開挖深度和經濟實用性等多方面綜合考慮。以本項目為例，結合現場實際情況，將原本不適用于淤泥質軟土環境的放坡開挖支護方案，靈活的運用到基坑西側，節約了成本的同時也提高了施工效率；同時，本項目充分考慮不同建筑的建設周期和現場施工節奏，合理應用不同的支護設計方案，在保障圍護結構安全性的同時充分考慮經濟性，在售樓處采用灌注樁支護+雙軸攪拌樁止水的方案，而在基坑南北東側則采用拉森鋼板樁+坑內留土的方案，這對于淤泥質軟土環境下基坑支護的選型提供了新的組合思路。

4 淤泥質軟土環境下的典型風險分析和應對措施

淤泥質軟土環境下，很容易發生基坑隆起的問題，考慮到上海地區為淤泥質軟土典型地區，該項目從策劃階段就已經開始充分考慮基坑隆起的應對及預防措施。

基坑隆起主要是指基坑底部土體向上回彈，一般是由于卸荷及土體的應力釋放引起。

由于基坑內常規土方作業及基坑周圍施工堆載，會形成單側超載及坑底卸載的局面，從而導致基坑整體處于偏壓狀態，這樣的施工常態結合淤泥質軟土環境，會使得發生坑底回彈變形或發生坑底隆起破壞的概率增大[5]。因此，對淤泥質軟土環境中基坑隆起的風險分析和應對措施的探討是非常有必要的。

引起基坑隆起的原因有很多，常見的有兩種：基坑開挖和邊坡堆載。

4.1 基坑淺開挖

情況分析：基坑開挖后會導致開挖面形成垂直方向的卸載，由于淤泥質軟土力學強度低、壓縮性強、抗剪強度低，會導致基坑開挖面發生隆起，當開挖深度較小時，隆起一般為彈性形變，基坑支護可能會隨土體回彈而抬高，此時的特征是基坑底中部隆起最高，而且此種程度的坑底隆起基本不會引起圍護墻外側土體發生水平方向位移。

本項目應對措施：本項目采用被動區加固等措施提高基坑的穩定性。在施工過程中也可以采用過被動區預留土臺的施工方案，控制卸載節奏，保持合理的被動區土壓力。

4.2 基坑深開挖或邊坡堆載

如在基坑淺層土方作業的已經引發基坑隆起的基礎上繼續進行開挖，或在支護周圍堆載施工機械或材料，或兩者同時進行，會使得基坑隆起進一步加劇。基坑內外的高差和壓力差會導致基坑支護外圍的土體向基坑內移動，在淤泥質軟土具有流變性、觸變性較好和抗剪性能較差的環境中，這種位移會加劇，最終會在基坑坑底產生向上的塑性隆起，同時在基坑周圍產生較大的塑性區，并引起地面沉降。這種情況穩定后會形成雙峰馬鞍形狀，基坑中心的隆起幅度反而最小，在位于基坑支護一定距離處的隆起幅度最大。

本項目應對措施：降低開挖速率，采取分層開挖、跳倉開挖等方式降低卸載速率。同時應及時卸載基坑支護周圍的各類堆載，并嚴格禁止此類堆載行為。

5 結語

綜上所述，基坑支護的選型和風險排查是一項系統性工程，也是基坑施工階段極為重要的一環。結合項目的各項基本條件，通過合理的方案比選，選定合適的基坑支護結構方案，并通過分析提前預估風險，制定應對方案，是基坑支護施工階段合理的工作方法。這一點在南方濱海濱江的淤泥質軟土環境中更為關鍵，施工中要充分考慮淤泥質軟土環境帶來的各種不利影響，充分考慮基坑支護的結構安全，才能讓基坑支護的安全風險講到最低，且經濟效益最大化。