滨海软土地区无内支撑基坑开挖与支护方案研究

滨海软土地区无内支撑基坑开挖与支护方案研究
摘要：本工程位于天津滨海新区，由于施工场地为填海造地，地质条件较为不利，需对基坑的开挖和支护选取安全、适用、便捷、经济的施工组织设计方案。

笔者作为项目工程负责人员，与各方人员综合分析工程特点、地质资料与类似项目经验后，经多次计算与论证，最终选定钻孔灌注桩结合土层锚杆的支护形式，经实践证明取得了较为理想的效果。

关键词：软土地基、无内支撑深基坑、排桩与土层锚杆、大口井降水
一工程概况
本工程位于天津滨海新区临港经济区，设计地下室为2层。

场地经吹填成陆后填垫至现地坪，但未经真空预压处理。

场地地势较为平坦，拟采用桩基础。

基坑计算深度为5.4m。

该工程需在围护结构施工完成后于坑底进行工程桩施工，由于场地和施工特点所限，围护结构需采用无内支撑形式，预计使用期在半年到一年间。

且该项目位于临海地区，需要充分考虑雨季、大风等不利影响因素。

加之工期紧、任务急，在考虑支护方案安全性的同时还须兼顾便捷性。

二围护结构选型分析：
根据勘察资料提供的数据，选取主要土层的物理力学参数统计如下：
表1 物理力学指标分层统计表
可知，本项目埋深约5.50m以上为人工填土，主要以素填土和冲填土为主，填垫年限低于10年，结构差，强度低；埋深约5.50m~20.00m段为全新统中组海相沉积层；埋深约16m以上则以淤泥质土为主，土质较软，强度低；而埋深21.5m~35.0m段土质较好，可作为桩基持力层使用。

根据本基坑工程的土质特点、周围环境等条件，按二级基坑进行设计。

该基坑的场地条件及施工特点等如前所述，围护采用无内支撑结构，因此本工程采用了排桩加土层锚杆方案，具体如下：
1）支护形式：本围护结构采用一排沉管灌注桩加三层土层锚杆的形式，对于局部的软弱坑壁，则采用注浆以改善土体性质。

围护桩采用500钻孔灌注桩，保证打入⑨层粉土不小于1m。

土层锚杆采用成孔式锚杆，直径100mm，中间
设18钢筋一根。

坑边设宽6m、厚400mm的垫层(100mm厚碎石加300mm 厚C20混凝土)并局部放坡。

2）支护特点：目前天津滨海新区的工程中，还鲜有采用类似支护形式的项目。

经过计算分析和多方论证，该支护做法由于其整体位移一般不大且可控，如发现局部位移不正常发展，亦可采取多种应急措施加以应对。

因此对于一些条件受限无法做内支撑的中大型基坑，该方案完全可以满足稳定、抗倾覆、便于监测维护等安全性和适用性要求。

由于工法相对简单，该支护方案的施工速度比较快，造价也比较经济。

三降排水措施和土方开挖
根据勘察报告提供的地下水位数据，场地静止水位埋深为0.7m~1.00m，属潜水类型（地表下15m内未见承压水），须采用降水措施。

考虑最小降水深度取5.4+0.5=5.9m。

结合天津滨海地区施工经验，在支护桩和用作止水帷幕的搅拌桩龄期达到15d（强度70%）时，在坑内区域先设置大口井以降水。

井体采用500mm 无砂水泥管，井深为10m，单井影响范围为8m。

基坑开挖前使用自吸泵进行降水，待地下水位降至坑底标高0.5m以下，且灌注桩和搅拌桩的龄期达到28d（强度100%）时，方可考虑大面积土方开挖。

本工程土方开挖量以及开挖面积都比较大，结合上述支护结构的特点，可采用分段分层挖土相结合的方式。

并严格遵循“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则。

土方开挖根据建筑纵墙方向依次设置A、B、C三个流水施工段，在北侧分设2条出土通道。

首先在各区中心开挖，周围区域的土暂时不开挖。

大量土方外运后，再对基坑四周进行挖土。

遇到设置大口井的地方，需用人工挖土并逐段拆除井体，以防机械对井体造成损坏。

过程中需随时监控大口井内的水位。

在周边土开挖时，按A——B——C段的顺序进行分层挖土并逐层设置土层锚杆，支护桩头甩筋浇注C30压顶连梁。

至支护结构全部施工完成，挖出的部分土方用作坑边做坡并依序施工400mm厚垫层。

最后挖除剩余土方，并清出槽底，原出土通道先后做硬化处理作为施工通道。

为减少开挖时地表水和雨水对土体的不利影响，须做好有效的坑内外的排水、止水工作。

坑外地表的混凝土垫层上皮低于压顶梁顶300mm，以阻止坑外的水渗入或流入坑内。

同时，在基坑外四周设置300mm深的排水沟，纵向坡度取0.2%，排向集水井沉淀后再进入市政排污管线。

成槽后在基坑底面分别沿横、纵向每隔50m砌筑一个集水井，井深1m。

定期检查排水沟和集水井，确保基坑内的积水能及时排出。

大口井在拆除后用砂石填实。

四、过程监测
为了确保基坑支护结构的施工安全和使用安全，在基坑施工和后续基础施工
的全过程中须对基坑进行全面监测：
1）变形监测：
（1）每日用测斜仪观测围护结构深层土体位移，共设置观测孔28个，孔深18m。

报警值为80mm或变形速率连续三天大于5mm/d。

（2）每日用全站仪对围护墙顶水平、垂直位移进行观测，设置观测点52个。

报警值均为40mm或变形速率连续3天大于5mm/d。

2）支护结构构件的抽样检测：
除对基坑的变形监测外，尚需对支护结构的完成质量进行检测：抽取钻孔灌注桩的40%进行低应变监测；抽取总锚杆数量的1%进行抗拔试验，要求其抗拔力极限值不得小于5kN/m。

五、应急预案
由于有连续的搅拌桩作为止水帷幕，且降水措施集中于坑内，一般来说，该方案不会对坑外的土体造成较大不利影响。

因此，主要的应急预案皆是针对坑内的监测进行迅速反应：
当基坑位移达到报警值时，如位移发展较快，须在基坑外卸土并在坑内快速回填土方处理；对局部变形大的坑壁可补设土层锚杆并辅以喷浆护壁处理；特别的情况亦可考虑设置临时斜支撑维持坑壁稳定。

当遇大雨导致坑内积水不能快速排出时，可临时增设集水坑和潜水泵，并结合人工排水的措施。

六、结论
1）根据所测深层土体位移数据显示，该基坑支护形式在设计使用期内起到了有效的挡土作用，该方案基本达到预期的安全性、适用性、耐久性和经济性的要求，可为天津滨海新区的其他类似工程提供借鉴。

2）位于软土地区的深基坑开挖工程，选择正确的降排水措施和土方开挖施工方案对于基坑的安全施工有着至关重要的作用，正确的施工流程能大大降低安全隐患与人力物力投入。

3）编制合理可行的监测方案，及时准确地落实监测工作，对于突发情况的提前判断处理和考量支护结构的稳定性具有非常重要的作用，应引起足够重视。

4）工程关键部位的施工组织设计方案编制，应由建设、监理、施工、勘察、设计单位共同论证，详尽分析数据资料、借鉴相关工程经验，方有可能做出最优的决策。

注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看。