沈陽(yáng)

（上海筑成房地產(chǎn)有限公司，上海 201100）

0 引言

河流密布的地區(qū)往往伴隨著豐富的淤泥質(zhì)軟土環(huán)境，尤其在我國(guó)南方等水網(wǎng)密布的區(qū)域——面積僅10.72 萬(wàn)km2的江蘇省，其淤泥質(zhì)軟土含量就高達(dá)14億m3[1]，相當(dāng)于每平方千米的土地下就有1300m3的淤泥質(zhì)軟土。淤泥質(zhì)軟土普遍具有“四低四高”特性，即低強(qiáng)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(dǎo)致其在工程施工方面一定程度上成為不利因素，尤其在對(duì)于土的性狀要求較高的基坑支護(hù)工程方面，淤泥質(zhì)軟土讓基坑支護(hù)工程的建設(shè)成本和風(fēng)險(xiǎn)水平都有一定的增加。

因此，系統(tǒng)性的探究清楚淤泥質(zhì)軟土環(huán)境下基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)選型方案，并對(duì)淤泥質(zhì)軟土環(huán)境下常見(jiàn)的風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)進(jìn)行分析和提前準(zhǔn)備解決方案，是在淤泥質(zhì)軟土環(huán)境豐富的地區(qū)更為順利和安全地開(kāi)展基坑圍護(hù)工程施工的先決條件。

1 上海某項(xiàng)目概況與場(chǎng)地地質(zhì)條件

該項(xiàng)目位于上海市松江區(qū)，現(xiàn)場(chǎng)地標(biāo)高4.5~5.5m（黃海高程），場(chǎng)地內(nèi)原分布一處稻田，現(xiàn)已填平，場(chǎng)地內(nèi)和周圍現(xiàn)無(wú)其他河塘、稻田分布。該項(xiàng)目經(jīng)勘查，其第三層土為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，顏色呈青灰～灰黑色，流塑，飽和，切面光滑，無(wú)搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度中等，韌性中等，高壓縮性。場(chǎng)地局部分布，厚度：0.00~11.40m，平均3.39m；層底標(biāo)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(wěn)定，強(qiáng)度分布不均勻，分布于暗浜區(qū)域，強(qiáng)度低。根據(jù)土試結(jié)果，本層靈敏度為3.02~-3.89，為中等靈敏度土層。

2 淤泥質(zhì)軟土性狀分析

淤泥質(zhì)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(zhì)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(zhì)軟土具有一定的觸變性和流變性。其次，淤泥質(zhì)軟土的有機(jī)質(zhì)含量較高，極個(gè)別甚至能高過(guò)50%，成為泥炭土[3]。

淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土的承載力明細(xì)低于其他土質(zhì)土層，這是由于淤泥質(zhì)軟土含水率較高，其抗剪強(qiáng)度會(huì)受到較大的影響，其抗剪強(qiáng)度與淤泥質(zhì)軟土中的含水量成反比關(guān)系[4]，因此，淤泥質(zhì)軟土的抗剪性能一般都會(huì)差于其他土壤。

3 上海某項(xiàng)目淤泥質(zhì)軟土環(huán)境下的基坑支護(hù)方案比選

常見(jiàn)的基坑支護(hù)方案有8 種：放坡開(kāi)挖、土釘墻、復(fù)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(xù)墻、SMW 工法。在淤泥質(zhì)軟土環(huán)境下，對(duì)于基坑支護(hù)方案的選擇要求會(huì)更高，要綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境因素、經(jīng)濟(jì)因素和淤泥質(zhì)軟土的土質(zhì)特性，選擇合適的支護(hù)方案。

下文以淤泥質(zhì)軟土環(huán)境的典型地區(qū)的工程——上海市松江區(qū)某在建項(xiàng)目為例，探究淤泥質(zhì)軟土環(huán)境下基坑支護(hù)方案比選。

根據(jù)地勘結(jié)果，該項(xiàng)目基坑開(kāi)挖深度為5.8m 左右，則基坑支護(hù)需完全貫穿第3 層，下面將結(jié)合本項(xiàng)目地質(zhì)情況，分析8 種基坑支護(hù)方案在本項(xiàng)目應(yīng)用的可行性。

3.1 放坡開(kāi)挖方案

優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計(jì)方案不復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)施工難度低，進(jìn)度快，且造價(jià)較低。

缺點(diǎn)：所需土方量大，且對(duì)干濕度和天氣要求較高，在雨季常常會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)度下降乃至局部塌方的問(wèn)題出現(xiàn)。

是否適用于本項(xiàng)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(qū)，淤泥質(zhì)軟土的土層含水率高，強(qiáng)度低，難以滿足放坡要求；且放坡對(duì)周邊環(huán)境要求較高，適用此法的局限性較大。但是本項(xiàng)目由于西側(cè)規(guī)劃道路暫無(wú)開(kāi)工計(jì)劃，規(guī)劃道路外側(cè)也是荒地，且西側(cè)淤泥質(zhì)軟土層分布較淺、較薄，這就給局部進(jìn)行放坡開(kāi)挖提供了條件。因此經(jīng)過(guò)系統(tǒng)論證后，在項(xiàng)目西側(cè)采用直接開(kāi)挖放坡的方案，以節(jié)約成本和時(shí)間。

3.2 土釘墻方案

優(yōu)點(diǎn)：成本較低，支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體的穩(wěn)固度較好，支護(hù)效果良好。

缺點(diǎn)：對(duì)土層和土質(zhì)要求較高，在土質(zhì)不好的地方難以開(kāi)展，如遇軟土層往往需用沖擊器將鋼花管土釘擊入，經(jīng)濟(jì)性和適用性不高；且土釘墻方案對(duì)淺基坑適用性較好，對(duì)深基坑需土方配合分層開(kāi)挖，整體施工復(fù)雜性較高。

是否適用于本項(xiàng)目：不適用，土釘墻方案對(duì)土質(zhì)要求較高，尤其土質(zhì)干燥的地區(qū)采用干法成孔，其效果好且成本低。在本項(xiàng)目中，淤泥質(zhì)軟土層廣泛分包，會(huì)導(dǎo)致土質(zhì)的力學(xué)性能無(wú)法滿足土釘墻的力學(xué)要求。同時(shí)，淤泥質(zhì)軟土環(huán)境中無(wú)論是土層含水率或是環(huán)境含水率往往都比較高，會(huì)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(xiàng)目不采用土釘墻方案。

3.3 拉森鋼板樁方案

優(yōu)點(diǎn)：施工難度低，施工速度快，鋼板樁可回收再利用，經(jīng)濟(jì)性好。

缺點(diǎn)：擋水能力和擋土能力較弱，對(duì)顆粒滲透阻擋能力較差，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)降水處理要求較高；且大面積開(kāi)挖階段變形風(fēng)險(xiǎn)高。

是否適用于本項(xiàng)目：局部適用，本項(xiàng)目淤泥質(zhì)軟土分布不均勻，局部淤泥質(zhì)軟土分布不深且位置較淺的位置，如紅線內(nèi)外各種因素導(dǎo)致無(wú)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(wěn)定土層，本項(xiàng)目所采用拉森鋼板樁完全貫穿第二層淤泥質(zhì)軟土層。且淤泥質(zhì)軟土的持力能力較差，無(wú)法滿足持力層要求，因此，拉森鋼板樁體系在應(yīng)對(duì)超過(guò)4m 的基坑情況下需設(shè)置內(nèi)支撐，本項(xiàng)目采用坑內(nèi)留土的方式對(duì)拉森鋼板樁進(jìn)行內(nèi)支撐。

3.4 復(fù)合土釘墻方案

優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)性較好；可以滿足垂直開(kāi)挖的需求，對(duì)內(nèi)場(chǎng)土方處理工作的開(kāi)展較為友好；且復(fù)合土釘墻除擋土效果較好外，其止水效果也較為良好。

缺點(diǎn)：前置條件要求較高，一般需攪拌樁強(qiáng)度達(dá)到要求方可進(jìn)行施工，且復(fù)合土釘墻的實(shí)際施工方案較為復(fù)雜，一般需內(nèi)插加固樁，且設(shè)置冠梁以增強(qiáng)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(shè)預(yù)應(yīng)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(zhǎng)，時(shí)間成本較高。

是否適用于本項(xiàng)目：可適用但不采用，復(fù)合土釘墻在軟土環(huán)境下有較好的適應(yīng)性，其擋土和止水能力能夠應(yīng)對(duì)淤泥質(zhì)軟土強(qiáng)度低和含水率高的難題，在工期較為寬裕且基坑內(nèi)土方需垂直開(kāi)挖的情況下可酌情應(yīng)用?？紤]到本項(xiàng)目為住宅項(xiàng)目，工期較為緊張，且現(xiàn)場(chǎng)條件具備其他更高效且經(jīng)濟(jì)性好的圍護(hù)施工方案，故復(fù)合土釘墻方案本項(xiàng)目未采用。

3.5 灌注樁錨索體系支護(hù)方案

優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度和剛度較高，穩(wěn)定性好，通常情況下不易變形或變形程度小。

缺點(diǎn)：工期一般較長(zhǎng)，且成本較高。其擋土和擋水能力較差，一般需根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(xiàng)目：局部適用，樁錨體系由于其較好的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，在土層較差的環(huán)境中，結(jié)合合理的止水措施，能發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。且適用方式較為靈活，可采取咬合式施工以應(yīng)對(duì)地下水位過(guò)高的問(wèn)題。

本項(xiàng)目由于為住宅項(xiàng)目，前期售樓處需提前施工，為降低大區(qū)大面積開(kāi)挖對(duì)售樓處圍護(hù)結(jié)構(gòu)的影響，本項(xiàng)目在售樓處局部采用灌注樁支護(hù)，考慮到淤泥質(zhì)軟土層帶來(lái)的防水問(wèn)題，同時(shí)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(yōu)點(diǎn)：重力式結(jié)構(gòu)，施工不涉及錨桿或支撐，施工工藝簡(jiǎn)單，成本低。且擋土效果和止水效果都比較好。

缺點(diǎn)：工期一般較長(zhǎng)，對(duì)攪拌樁的強(qiáng)度有一定的要求，達(dá)到齡期方可開(kāi)挖。且不適用于軟土層較厚的地區(qū)，一旦水泥攪拌樁無(wú)法穿透軟土層，會(huì)有變形量較大的風(fēng)險(xiǎn)。

是否適用于本項(xiàng)目：可適用但不采用，水泥擋土墻防滲性好，對(duì)于淤泥質(zhì)土含水率高的情況能較好的應(yīng)對(duì)。如遇軟土層較厚，無(wú)法穿透的情況，可考慮設(shè)置被動(dòng)土加固。但是本項(xiàng)目考慮到工期和淤泥質(zhì)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(xù)墻方案

優(yōu)點(diǎn)：在眾多支護(hù)結(jié)構(gòu)中強(qiáng)度最大，止水效果好。

缺點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)性差，對(duì)施工場(chǎng)地要求相對(duì)較高，需專用設(shè)備進(jìn)行施工。

是否適用于本項(xiàng)目：可適用但不采用，連續(xù)墻的強(qiáng)度高，阻水性能好，能應(yīng)對(duì)淤泥質(zhì)軟土的土性能差，含水率高的情況。但考慮到經(jīng)濟(jì)性及施工難度，本項(xiàng)目不考慮采用地下連續(xù)墻方案。

3.8 SMW 工法方案

優(yōu)點(diǎn)：此法可在部分情況下代替地下連續(xù)墻，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，擋水效果和防滲效果較好。且施工無(wú)噪音，對(duì)周圍環(huán)境影響較小。

缺點(diǎn)：如H 型鋼無(wú)法回收會(huì)導(dǎo)致成本大大增加。

是否適用于淤泥質(zhì)軟土環(huán)境：可適用，SMW 工法在支護(hù)強(qiáng)度和止水性能方面都比較有優(yōu)勢(shì)，在各類復(fù)雜土層中都能很好的起到支護(hù)作用。

3.9 方案確定

在淤泥質(zhì)軟土環(huán)境中，灌注樁、拉森鋼板樁、重力式水泥擋墻、地下連續(xù)墻、SMW 工法都有適用的可能性，具體采用哪種支護(hù)方案，要根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的周圍情況，基坑開(kāi)挖深度和經(jīng)濟(jì)實(shí)用性等多方面綜合考慮。以本項(xiàng)目為例，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，將原本不適用于淤泥質(zhì)軟土環(huán)境的放坡開(kāi)挖支護(hù)方案，靈活的運(yùn)用到基坑西側(cè)，節(jié)約了成本的同時(shí)也提高了施工效率；同時(shí)，本項(xiàng)目充分考慮不同建筑的建設(shè)周期和現(xiàn)場(chǎng)施工節(jié)奏，合理應(yīng)用不同的支護(hù)設(shè)計(jì)方案，在保障圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全性的同時(shí)充分考慮經(jīng)濟(jì)性，在售樓處采用灌注樁支護(hù)+雙軸攪拌樁止水的方案，而在基坑南北東側(cè)則采用拉森鋼板樁+坑內(nèi)留土的方案，這對(duì)于淤泥質(zhì)軟土環(huán)境下基坑支護(hù)的選型提供了新的組合思路。

4 淤泥質(zhì)軟土環(huán)境下的典型風(fēng)險(xiǎn)分析和應(yīng)對(duì)措施

淤泥質(zhì)軟土環(huán)境下，很容易發(fā)生基坑隆起的問(wèn)題，考慮到上海地區(qū)為淤泥質(zhì)軟土典型地區(qū)，該項(xiàng)目從策劃階段就已經(jīng)開(kāi)始充分考慮基坑隆起的應(yīng)對(duì)及預(yù)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(yīng)力釋放引起。

由于基坑內(nèi)常規(guī)土方作業(yè)及基坑周圍施工堆載，會(huì)形成單側(cè)超載及坑底卸載的局面，從而導(dǎo)致基坑整體處于偏壓狀態(tài)，這樣的施工常態(tài)結(jié)合淤泥質(zhì)軟土環(huán)境，會(huì)使得發(fā)生坑底回彈變形或發(fā)生坑底隆起破壞的概率增大[5]。因此，對(duì)淤泥質(zhì)軟土環(huán)境中基坑隆起的風(fēng)險(xiǎn)分析和應(yīng)對(duì)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(jiàn)的有兩種：基坑開(kāi)挖和邊坡堆載。

4.1 基坑淺開(kāi)挖

情況分析：基坑開(kāi)挖后會(huì)導(dǎo)致開(kāi)挖面形成垂直方向的卸載，由于淤泥質(zhì)軟土力學(xué)強(qiáng)度低、壓縮性強(qiáng)、抗剪強(qiáng)度低，會(huì)導(dǎo)致基坑開(kāi)挖面發(fā)生隆起，當(dāng)開(kāi)挖深度較小時(shí)，隆起一般為彈性形變，基坑支護(hù)可能會(huì)隨土體回彈而抬高，此時(shí)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(huì)引起圍護(hù)墻外側(cè)土體發(fā)生水平方向位移。

本項(xiàng)目應(yīng)對(duì)措施：本項(xiàng)目采用被動(dòng)區(qū)加固等措施提高基坑的穩(wěn)定性。在施工過(guò)程中也可以采用過(guò)被動(dòng)區(qū)預(yù)留土臺(tái)的施工方案，控制卸載節(jié)奏，保持合理的被動(dòng)區(qū)土壓力。

4.2 基坑深開(kāi)挖或邊坡堆載

如在基坑淺層土方作業(yè)的已經(jīng)引發(fā)基坑隆起的基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行開(kāi)挖，或在支護(hù)周圍堆載施工機(jī)械或材料，或兩者同時(shí)進(jìn)行，會(huì)使得基坑隆起進(jìn)一步加劇。基坑內(nèi)外的高差和壓力差會(huì)導(dǎo)致基坑支護(hù)外圍的土體向基坑內(nèi)移動(dòng)，在淤泥質(zhì)軟土具有流變性、觸變性較好和抗剪性能較差的環(huán)境中，這種位移會(huì)加劇，最終會(huì)在基坑坑底產(chǎn)生向上的塑性隆起，同時(shí)在基坑周圍產(chǎn)生較大的塑性區(qū)，并引起地面沉降。這種情況穩(wěn)定后會(huì)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(hù)一定距離處的隆起幅度最大。

本項(xiàng)目應(yīng)對(duì)措施：降低開(kāi)挖速率，采取分層開(kāi)挖、跳倉(cāng)開(kāi)挖等方式降低卸載速率。同時(shí)應(yīng)及時(shí)卸載基坑支護(hù)周圍的各類堆載，并嚴(yán)格禁止此類堆載行為。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，基坑支護(hù)的選型和風(fēng)險(xiǎn)排查是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程，也是基坑施工階段極為重要的一環(huán)。結(jié)合項(xiàng)目的各項(xiàng)基本條件，通過(guò)合理的方案比選，選定合適的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)方案，并通過(guò)分析提前預(yù)估風(fēng)險(xiǎn)，制定應(yīng)對(duì)方案，是基坑支護(hù)施工階段合理的工作方法。這一點(diǎn)在南方濱海濱江的淤泥質(zhì)軟土環(huán)境中更為關(guān)鍵，施工中要充分考慮淤泥質(zhì)軟土環(huán)境帶來(lái)的各種不利影響，充分考慮基坑支護(hù)的結(jié)構(gòu)安全，才能讓基坑支護(hù)的安全風(fēng)險(xiǎn)講到最低，且經(jīng)濟(jì)效益最大化。