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淺談特殊性軟土地區深基坑支護的點滴體會論文
摘要:本文通過對一個地質條件比較特殊的深基坑支護實例進行剖析，闡述在特殊性軟土地區作深基坑支護過程中時常遇見的問題及成因，最終得出幾點深基坑支護的經驗及體會，以供參考.
關鍵詞:軟土 深基坑 動態設計 信息施工
隨著城市建設及舊城改造進程的加快，各類工程建設向著高，深，重發展，須進行深基坑支護的工程隨之與日俱增，深基坑支護設計，施工中的技術要求越來越嚴格，它不僅要保證支護結構體系的安全，控制巖土體的變形，而且要保證周邊環境(道路，建筑，管線等)的安全，所以深基坑支護已成為城市建設中一個亟待攻克的課題.深基坑支護是一門理論性和實踐性相結合的的技術，作為一門新興的學科，它涉及到巖土力學，水文地質學，結構力學，鋼筋混凝土等科學，主要研究巖土體的強度與變形，支護結構體系的強度及巖土體與支護結構共同作用機理等問題.土壓力計算理論主要郎肯理論和庫倫理論，深基坑設計依據主要采用郎肯理論，郎肯土壓力理論是根據半空間的應力狀態和土的極限平衡條件而得出的土壓力計算方法，是以墻背與土接觸面上剪應力為零的邊界條件推出主，被動土壓力的計算方法，所以深基坑支護設計采用經典理論，存在著許多不成熟和不完善之處，必須通過大量的工程實踐信息來檢驗，修正，所以在基坑支護過程中必須牢牢把握"動態設計，信息施工"的原則，以提高每個深基坑工程的安全性.
1工程實例
1.1工程概況
某工程位于廈門廈禾路西段，擬建筑物地上33層，設有兩層地下室，基坑深度約8.0米，基坑側壁安全等級為一級.擬建場地原始地貌為典型的港灣灘涂，后因城市建設需要，經人工回填改造成現狀，基坑支護主要土層有雜填土，淤泥，含泥礫砂，殘積土及強，中風化花崗巖，其中雜填土主要由建筑垃圾，碎石塊，碎磚組成，以砂質粘土填充空隙，未作過專門壓實處理，均勻性差;淤泥層厚度大(8.2～12.8米)，呈軟～流塑樁，工程性能極差，土層構造較為特殊，基坑支護地質條件較為惡劣.擬建場地地下水主要附存和運移于雜填土，含泥礫砂的孔隙中以及下部強，中風化花崗巖的孔隙～網狀裂隙中，地下水位埋深最淺的0.6米.擬建筑為廈禾舊城改造項目，西，北兩側有已建6層的建筑，采用沉管樁作為基礎，樁基以殘積土作為持力層，南側為規劃路，東側為市政道路，基坑四周空間較為有限，地下室及基礎施工要求必須進行深基坑支護.
1.2，本深基坑支護設計采用的典型土層參數
本場地基坑支護主要土層為雜填土和淤泥，地下水位較高，淤泥土層較厚，呈流～軟塑狀，透水性差，固結時間不長，所以抗剪強度采用天然快剪指標進行計算.
1.3，設計思路
該基坑因屬舊城改造，場地狹小，沒有足夠的放坡空間，加上場地地質條件差，所以必須采用排樁加內支撐的支護方式.擬建場地淤泥層較厚，支撐若采用錨桿，根據以往同地區的錨桿抗拉實驗結果，在該種淤泥土層，采用二次注漿的錨桿設計抗拉力不足10KN/m，難以滿足本基坑設計的要求，且在淤泥層中制作長錨桿，施工難度大.利用本工程地下室的平面幾何尺寸趨近于一個邊長50米的正方形的特點，內支撐設置成一
個半徑27米的圓形鋼筋混凝土圈梁外加若干小支撐的支撐系統，充分利用圓形的幾何受力特性和鋼筋混凝土的受力特性，減少圈梁受彎，達到圈梁混凝土處處受壓的理想效果.圓形圈梁截面幾何尺寸設定為1400×700mm2，后經與圍護樁協同計算，最大的彎距與剪力只要求圈梁構造配筋即能滿足受力要求，達到較為理想的效果.(詳見附圖1)
圍護樁采用何種樁型最后在人工挖孔樁與沖鉆孔樁之間比較.若采用沖鉆孔樁，施工場地狹小，施工工期長(約為人工3挖孔樁的2倍)，造價高(約為人工挖孔樁的1.8倍)，淤泥層間容易造成縮徑，樁身質量較難保證，且沖鉆孔形成的泥漿對周邊的污染是不可避免，現場文明施工很難作到.若采用人工挖孔樁，本場地特殊的土層構造決定著人工挖孔樁存在成孔難度大，雜填土含水量大，淤泥土層厚，工程性能差，含泥礫砂層將會出現流砂現象，甚至局部區域存在著淤泥層底即為強風化巖，沒有殘積土揭露，該層間地下水為承壓水，以上問題的存在均會對人工成孔造成阻礙.通過多次方案比對和論證，綜合考慮兩種樁型的優，缺點，最后確定圍護樁采用人工挖孔樁，另外在圍護樁施工之前，先在基坑邊上設置4口φ130降水井進行局部場地降水，降水井打設深度為入中風化巖2.0米，降低人工成孔的難度.
圍護結構體系受力計算方法采用彈性支點法和極限平衡法進行分析比較，最后發現本工程這兩種電算結果基本相同，由此可證實，計算模式及邊界條件假定與實際狀況基本吻合.計算參數控制:a，支護結構的抗傾覆安全系數K≥1.25，整體穩定(采用瑞典條分法)安全系數K≥1.30，抗管涌安全系數K≥1.50.計算結果詳見右附圖2.
圍護結構內支撐換撐受力計算:在地下室地板同標高處，對應每根圍護樁設置一根250×250mm2的臨時支撐，支撐在地下室底板上，待這些臨時支撐混凝土強度養護達到設計強度的100%以后，拆除圓形內撐圈梁，圍護體系轉變成以臨時支撐為結點的懸臂結構，樁頂理論最大水平位移fmax=12mm.
圍護結構最終設計結果:圍護樁選用φ900間距1900～2200的人工挖孔樁，根據計算彎距的分布及大小，采用變截面的配筋方式，節約圍護樁的成本.考慮到基坑土方開挖時，樁間及背后的淤泥會因自重及上部荷載而產生側向變形，從而加大地面沉降量，在圍護樁間設置一道180mm厚的磚砌反拱.圍護結構體系經協同計算后，發現在邊長中部均出現水平最大撓度，南側fmax=42.3mm，針對這一特點，利用以前成功的設計經驗，把每邊中部的圍護樁在不變水平間距的前提下，樁位軸線錯開1.2米，形成雙排樁的支護形式，基坑土方開挖至設計標高后一個月內，邊長中部最大監測水平位移尚不足10mm，由此證實此種構造型式對減少基坑變形的效果顯著，今后可結合工程具體情況大力推廣.圍護鎖口梁至地面3.0米區間采用1:1自然放坡.
圍護樁的施工抽取地下水導致的地面沉降量計算:采用太沙基-維固結理論計算降水期間內的地面沉降量，采用分層總和法計算地面最終沉降量.
計算公式:
其中z為降水后附加荷載，K為土層滲透系數，α為土層壓縮系數，Es為土層壓縮模量.
經計算得出Tv=0.015，查得Uz =0.12，圍護樁抽取地下水三個月，地面理論沉降量為68mm.
2基坑支護施工中出現的問題及成因分析
圍護樁在雜填土段成孔過程中，出水量大，地面嚴重下沉，在此期間，西側人行道最大累計監測沉降量約為40mm，大部分路段的路面錯裂.究其原因主要是:西側雜填土最厚，且其成分主要由建筑及生活垃圾組成，挖孔樁一抽水，雜填土中的部分物質在水力作用下，被地下水帶走，導致部分孔樁出現流泥，流砂現象，這就造成本來就不密實的雜填土有足夠的下陷空間.針對該問題，在距基坑邊3米以外補充設置一排口徑130mm，水平間距3.0米的回灌井，打設深度入淤泥層2.0米處，常壓24小時回灌，經過一周后的沉降觀測，該側路面回彈量超過5mm，此后地面沉降變形趨于穩定.
基坑東側，由于土層構造較為特殊，即淤泥層下面沒有殘積土，直接揭露的是砂礫狀強風化或含泥礫砂，基巖裂隙發育，導致地下水相當豐富，且為承壓水，挖孔樁挖至該層段出現大量的涌砂現象.針對該問題，在此區段增設2口φ130的降水井，對該層間的地下水壓力進行卸荷，取得較好的成效.
圍護樁的嵌巖爆破加劇周邊地面沉降，同時引起周邊采用樁基建筑物的沉降.分析其成因主要有兩方面:一，本場地淤泥層較厚(厚度≥8.2米)，理論固結期間沉降量就為68mm，加上淤泥層下或層間夾雜有含泥礫砂，含泥礫砂透水性強，該土層失水后也固結沉降;二，淤泥工程性能差，呈流軟塑狀，嵌巖爆破的振動潑勢必造成淤泥重塑，由此出現淤泥振陷現象.此期間監測結果，地面最大沉降量約50mm，建筑最大沉降量約為10mm.為了確保基坑周邊生活，生產的安全，建設單位組織召開緊急專題會議，最后確定須改良施工爆破措施，即在圍護樁內靠近外側一排φ45150的爆破減振孔，以降低地震波對周邊環境的影響.
土方開挖順序的確定.根據本基坑內撐系統對稱受力的特點，制定了基坑土方對稱開挖的方案.本基坑土方總共約2.5萬立方，分9個區域，以對角線為對稱軸，同時對稱開挖兩個區域，分兩層開挖開挖到底，這樣可避免因被動區不對稱卸荷而導致圓形圈梁受力狀態改變的工況存在.
拆除內支撐圈梁問題.臨時支撐混凝土強度養護達到設計強度的100%以后，對稱拆除內支撐，由于在此之前，地面沉降量超過預警指標，為了避免爆破拆撐對周邊造成更大的安全隱患及突然的應力釋放造成新的支護結構體系的破壞，要求采用人工鑿除方式進行拆撐，內支撐梁混凝土總共約200方，施工單位花費不到一周就拆除完畢.換撐后至地下室土方回填期間，樁頂水平位移不足5mm，比理論計算值fmax=12mm少一倍以上，這剛好證實了人工挖孔樁護壁混凝土對提高樁身抗彎剛度的作用是不可忽略的.
基坑周邊共設置12個水平位移監測點，32個沉降監測點，最大地面累計沉降102mm，最大水平累計位移13mm，最終趨于穩定.雖然地面沉降導致西側住宅區人行通道路面和南側擬建規劃路面開裂，但未造成不必要的損失及人生傷害，因此本基坑支護最終取得成功.
3認識與體會
深基坑支護設計應嚴格把握"動態設計，信息施工"的設計原則，一個成功的支護方案，是必須通過不斷地論證，在支護過程中不斷地信息反饋，設計不斷地修善才能形成的.本基坑設計方案經多次組織專家進行論證，在支護過程中，通過現場遇見的實際狀況及監測成果，及時對設計方案進行調整，把理論成果與實踐經驗相結合，這是本基坑支護成功的關鍵.特別在特殊地質條件下，"動態設計，信息施工"是深基坑支護設計必須遵循的原則.
提高各有關單位對深基坑的認識程度和重視程度.基坑支護是一個有機的統一體，它涉及巖土設計，施工，監理，監測等單位，要做到信息化設計和施工，與各有關單位對深基坑應有高度的重視程度，密切配合，及時反饋是是分不開的.
通過對本深基坑支護設計與周邊同條件幾個成功基坑典例的對比，在這種地質條件下，如果基坑周邊環境對基坑變形要求不是很嚴格的情況下，采用人工挖孔樁擋圍護樁還是比較經濟，合理的.
4結束語
深基坑支護雖然大部分是臨時性結構，但其具有很強的社會性，技術性和經濟性.深基坑設計的計算方法雖然還有待于逐步完善，但如果在實踐中不斷地給予驗證，把理論與實踐緊密地相結合在一起，這樣就能從量變過度到質變，不斷地積累經驗，以提高深基坑設計的準確性，達到基坑支護的安全和經濟和諧統一.
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