劉道路 LIU Dao-lu

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院集團(tuán)有限公司，上海 200082）

0 引言

在我國(guó)沿海地區(qū)、沿河湖地區(qū)，分布有大面積海相、河湖相沉積的深厚軟土，該類(lèi)土層大多呈流塑狀，不僅強(qiáng)度低，而且承載力小，在此類(lèi)地區(qū)進(jìn)行深基坑工程施工時(shí)，應(yīng)格外重視基坑支護(hù)體系的安全性及穩(wěn)定性[1-4]。在常規(guī)的深厚軟土基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中，一般以鉆孔樁加止水帷幕、鉆孔咬合樁、地下連續(xù)墻等支護(hù)形式最為常見(jiàn)，此類(lèi)支護(hù)具有較好的安全性、穩(wěn)定性[5-9]。但對(duì)于一些開(kāi)挖深度較淺、施工工期緊張的基坑工程來(lái)說(shuō)，以上支護(hù)體系經(jīng)濟(jì)性較低、施工周期較長(zhǎng)，難以滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際要求，拉森鋼板樁具有較短施工工期，雖也經(jīng)常用于軟土基坑中，但其本身剛度較小，不適用于基坑尺寸較大且無(wú)法施加水平圍檁對(duì)撐的基坑工程[10-12]。

SMW 工法樁結(jié)構(gòu)本身剛度大，兼有擋土止水功能，施工便捷，可循環(huán)利用，節(jié)約成本，綠色環(huán)保，在現(xiàn)今施工中得到了廣泛應(yīng)用[13-15]。霍知亮等[16]對(duì)SMW 工法樁結(jié)構(gòu)基坑開(kāi)挖所引起的樁身深層水平位移和坑周地表沉降等進(jìn)行研究，結(jié)果表明SMW 工法樁技術(shù)能夠減小結(jié)構(gòu)的沉降變形。王禹[17]通過(guò)相關(guān)工程實(shí)際與有限元計(jì)算對(duì)SMW 工法樁在高水位淤泥地層中的應(yīng)用進(jìn)行研究，分析了SMW 工法樁在相似地質(zhì)條件的適用性，并對(duì)有限元模擬計(jì)算在基坑工程的應(yīng)用進(jìn)行了展望。王金龍等[18]對(duì)單軸SMW 工法進(jìn)行了研究與應(yīng)用，研究成果極大拓展了傳統(tǒng)SMW 技術(shù)的適用范圍。肖昭然等[19]對(duì)砂土形成的SMW 工法樁型鋼內(nèi)力進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，研究成果可推廣在砂土地區(qū)進(jìn)行應(yīng)用。SMW 工法樁同樣對(duì)于軟土地區(qū)具有成樁快的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于較大且無(wú)法在基坑內(nèi)支撐水平支撐的，斜拋撐能夠快速提供側(cè)向支撐，提高基坑支護(hù)整體安全性能[20-25]。

基于上述分析，為了能夠快速、安全地完成深厚軟土基坑支護(hù)施工，以嘉興市聯(lián)合污水處理廠提標(biāo)改造02 標(biāo)深基坑工程為背景，探討斜拋撐與SMW 工法組合在深厚軟土基坑快速安全施工，分析和總結(jié)該圍護(hù)體系下基坑變形情況和施工中遇到的難題，在保證施工工期和安全前提下，驗(yàn)證該支護(hù)方法能夠在深厚軟土地區(qū)基坑快速施工可行性。

1 工程概況

1.1 工程現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境

嘉興市清潔排放提標(biāo)改造工程施工02 標(biāo)基坑工程，位于嘉興市海鹽縣西塘橋街道，嘉興聯(lián)合污水處理廠廠區(qū)東側(cè)。該工程基坑支護(hù)的范圍為南北兩座生物池及附屬用房，基坑長(zhǎng)226.1m，寬84.6m，整體呈南北向、矩形狀，總面積約19130m2。擬建場(chǎng)地地面較為平坦，場(chǎng)地平整標(biāo)高為3.50～4.00m，坑底標(biāo)高為-2.600～-3.750m，基坑深度6.10～7.75m。本基坑工程安全等級(jí)為二級(jí)，屬于超過(guò)一定規(guī)模的危大工程。

擬建基坑位于污水處理廠預(yù)留空地內(nèi)，周邊環(huán)境空間極為緊張?；颖眰?cè)為項(xiàng)目部大臨駐地；基坑南側(cè)存在魚(yú)塘，距基坑10～15m；基坑?xùn)|側(cè)為既有寺廟及民房倉(cāng)庫(kù)，基坑西側(cè)為一期綜合樓及二沉池，基坑周邊環(huán)境如圖1所示。

圖1 基坑周邊環(huán)境

1.2 地質(zhì)與水文條件

擬建本場(chǎng)地地貌類(lèi)型為長(zhǎng)江三角洲沖積平原，第四系厚度巨大，為河湖相沉積及沖海相沉積。海相地層一般為灰色粘性土，流塑~軟塑，性質(zhì)較差。勘察報(bào)告查明，在勘探所達(dá)深度范圍內(nèi)，根據(jù)土層的巖性特征、成因年代、物理力學(xué)性質(zhì)、埋藏條件將場(chǎng)地地下50.0m 深度范圍內(nèi)地基土共劃分為5 個(gè)工程地質(zhì)層組，細(xì)分為12 個(gè)亞層，場(chǎng)地地層層序與分布埋藏條件分述如表1 所示。

表1 各土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

擬建場(chǎng)地地下水主要為孔隙潛水、承壓水。場(chǎng)地淺部地下水類(lèi)型屬孔隙潛水，孔隙潛水主要分布在①、②、③、③a 層土中，設(shè)防水位可采用常水位標(biāo)高2.00m。承壓水主要賦存于⑥2 層、⑥3a 和⑥3 層土中，富水性一般。根據(jù)區(qū)域水位地質(zhì)資料，承壓水位標(biāo)高約-4.00m。淺部孔隙潛水對(duì)基坑（槽）開(kāi)挖有一定的影響，微承壓水對(duì)基坑（槽）開(kāi)挖有一定的影響。

2 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 圍護(hù)體系

基坑上部2.0m 采用1:1 放坡+坡面噴錨（10cm 厚C20混凝土，內(nèi)配φ6@200×200 雙向鋼筋），基坑下部圍護(hù)體系采用SMW 工法施工，內(nèi)插型鋼700×300×13×24，插一跳一，三軸水泥土攪拌樁選用φ850@600，該SMW 工法利用型鋼承受水土側(cè)壓力，攪拌樁作為止水帷幕，與內(nèi)插型鋼的協(xié)調(diào)作用有利于加強(qiáng)圍護(hù)體的整體剛度。型鋼與冠梁間隔離材料采用不易壓縮的材料。

2.2 支撐體系

受場(chǎng)地限制及結(jié)構(gòu)尺寸影響，基坑無(wú)法采用放坡或加水平支撐的支護(hù)方式，且每單元結(jié)構(gòu)底板要分中心區(qū)域、外側(cè)區(qū)域兩次澆筑。基坑采用坑內(nèi)預(yù)留土坡結(jié)合斜拋撐的內(nèi)支撐方式，斜拋撐采用φ609×16 鋼管支撐，支撐平面間距為4.0~6.0m。工法樁樁頂設(shè)置1200×800mm 混凝土（C30）圈梁，主體結(jié)構(gòu)中心區(qū)域底板設(shè)置混凝土支墩。斜拋撐一側(cè)安裝在冠梁上，一側(cè)安裝在支墩上支撐受力。同時(shí)基坑四個(gè)拐角處設(shè)置水平鋼管支撐，加強(qiáng)基坑穩(wěn)定性。基坑平面圖如圖2 所示。

圖2 基坑平面布置圖

坑內(nèi)預(yù)留土坡寬度為9m，放坡比例為1:2.5，對(duì)邊坡采用80mm 厚C20 混凝土護(hù)坡，內(nèi)配φ6@200×200 雙向鋼筋。典型斷面內(nèi)支撐剖面如圖3 所示。

圖3 基坑平面布置圖

2.3 支撐體系受力分析

依據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)建立力學(xué)分析模型如圖4 所示。

圖4 基坑計(jì)算力學(xué)模型

計(jì)算支護(hù)結(jié)構(gòu)變形內(nèi)力包絡(luò)圖如圖5 所示。

圖5 基坑計(jì)算力學(xué)模型

3 基坑施工工藝

3.1 施工流程

基坑工程施工前應(yīng)先進(jìn)行清表，查明基坑范圍內(nèi)淺層障礙物的種類(lèi)、分布及深度，提前做好準(zhǔn)備；同時(shí)查明場(chǎng)地內(nèi)外綜合管線分布情況，將埋設(shè)在基坑范圍內(nèi)的管線及時(shí)移走。

基坑工程施工應(yīng)按如下順序進(jìn)行：

①首先將場(chǎng)地整平，開(kāi)挖至放坡平臺(tái)標(biāo)高（冠梁頂標(biāo)高），依次施做SMW 工法樁、三軸攪拌樁坑底加固及混凝土冠梁；

②其次待冠梁達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，由南向北、分塊分層盆式開(kāi)挖至設(shè)計(jì)底標(biāo)高，施做中心區(qū)域底板和支墩；

③然后待支墩達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，施做鋼管斜拋撐。架好斜拋撐后挖除坑內(nèi)預(yù)留土坡，施做剩余外側(cè)底板及底板傳力帶；

④最后拆除斜撐及底板支墩，施做池壁和頂板。待壁板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，并滿足結(jié)構(gòu)其他要求后，進(jìn)行基坑回填、拔除型鋼。

3.2 施工關(guān)鍵技術(shù)

①水泥攪拌樁的水泥摻量和水泥土攪拌的均勻程度是控制水泥攪拌樁質(zhì)量的關(guān)鍵，應(yīng)嚴(yán)格控制水泥摻入量和攪拌頭的提升及下沉速度。

②土方開(kāi)挖應(yīng)分區(qū)、分層。每層不超過(guò)2m（硬土中），淤泥和填土等軟土中不超過(guò)1.0m。分區(qū)按照生物池單元分區(qū)。

③機(jī)械開(kāi)挖至設(shè)計(jì)底標(biāo)高以上300mm 時(shí)，應(yīng)人工開(kāi)挖到底。

④開(kāi)挖至設(shè)計(jì)底標(biāo)高后，應(yīng)及時(shí)施做混凝土墊層封底，基底暴露時(shí)間不應(yīng)超過(guò)24h。

⑤施工時(shí)應(yīng)在中心區(qū)域底板和支墩混凝土強(qiáng)度達(dá)到80%后加裝斜支撐。

⑥在安裝完斜拋撐、施加預(yù)應(yīng)力前，嚴(yán)禁開(kāi)挖坑內(nèi)預(yù)留土坡。

3.3 實(shí)施效果

為驗(yàn)證斜拋撐與SMW 工法組合在深厚軟土基坑中應(yīng)用的效果，通過(guò)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形位移、斜拋撐軸力、周邊構(gòu)筑物的沉降變形情況等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以及時(shí)掌握基坑開(kāi)挖時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)和周?chē)h(huán)境變形情況。通過(guò)對(duì)這些監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的整理和分析，總結(jié)斜拋撐與SMW 工法組合在深厚軟土層中的應(yīng)用變化規(guī)律。

綜合考慮基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置，選取基坑角部（CX8）、基坑中部（CX7，CX10）具有代表性的3 個(gè)深層水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析（監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置如圖1 所示），該兩點(diǎn)基坑開(kāi)挖深度均為6.75m。由圖3（橫坐標(biāo)為位移值（mm），縱坐標(biāo)為深度（m））可知，各工況下基坑角部圍護(hù)樁體變形曲線呈“P”形，最大水平位移發(fā)生在坑底標(biāo)高上約1.0~2.0m的范圍內(nèi)。樁體整體變形量較小，φ609 鋼管水平角撐對(duì)圍護(hù)樁的約束作用明顯。

基坑中部工法樁樁體水平變形量較大。土方開(kāi)挖時(shí)，在安裝斜拋撐前，位移最大處發(fā)生在樁體頂部，且隨著土體開(kāi)挖，樁體變形持續(xù)發(fā)展。在支墩達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度并安裝完斜拋撐后，樁體變形立即收斂。斜拋撐的架設(shè)對(duì)圍護(hù)樁體的變形約束作用明顯。

該圍護(hù)體系最大水平移變形（150.80mm）發(fā)生在CX10，而另一個(gè)基坑長(zhǎng)邊水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)CX7 監(jiān)測(cè)到的最大水平位移僅為63.50mm。原因在于基坑西側(cè)為嘉興市聯(lián)合污水處理廠內(nèi)部道路，廠內(nèi)的重型運(yùn)輸車(chē)輛在該內(nèi)部道路上通行頻繁。重型車(chē)輛通行帶來(lái)的動(dòng)荷載對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形有較大的影響。在采取重載車(chē)輛繞行、增加臨時(shí)土塊堆載、加快底板施工速度等措施后，基坑西側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形趨于穩(wěn)定。（圖6）

圖6 基坑計(jì)算力學(xué)模型

根據(jù)軸力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示基坑斜拋撐軸力，在坑內(nèi)預(yù)留土坡開(kāi)挖至坑底標(biāo)高后，斜拋撐軸力值達(dá)到峰值，之后在峰值處小范圍波動(dòng)。由于斜拋撐軸力受環(huán)境溫度影響因素較大，施工時(shí)要考慮溫度的影響，斜拋撐盡量在溫度低的時(shí)候架設(shè)，以保證達(dá)到預(yù)期的預(yù)應(yīng)力值。

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，基坑周邊沉降變形主要發(fā)生在土方開(kāi)挖期間及開(kāi)挖后7d 內(nèi)?；咏遣坑兴戒摴苤翁幍乇沓两盗恳话阍?5~50mm，基坑中部斜拋撐支撐處地表沉降量一般在40～90mm，基坑西側(cè)臨近聯(lián)合污水處理廠內(nèi)部道路處有多處沉降數(shù)據(jù)超出報(bào)警值。在混凝土底板澆筑完成、安裝斜拋撐后，基坑周邊地表沉降逐步趨于穩(wěn)定。

4 結(jié)論

①斜拋撐與SMW 工法組合具有安全、經(jīng)濟(jì)、綠色環(huán)保、施工效率高的特點(diǎn)，在深厚軟土基坑施工中可以發(fā)揮較為理想的作用。圍護(hù)樁體整體變形量較小，斜拋撐的架設(shè)對(duì)圍護(hù)樁體變形有明顯的約束作用。

②針對(duì)斜拋撐的安裝，采用“地面拼裝成型、整體吊裝焊接”的施工工藝，選擇一天之中溫度最低的時(shí)段進(jìn)行安裝，減少溫度因素的影響，控制預(yù)應(yīng)力值達(dá)到預(yù)期。

③在斜拋撐安裝之前，嚴(yán)格控制基坑周邊的荷載以控制基坑變形，盡量避免出現(xiàn)超限堆載及重型車(chē)輛動(dòng)荷載。如出現(xiàn)基坑變形較大情況，可以采用邊坡土袋堆載、加快施工速度等措施。

④斜拋撐與SMW 工法組合的施工質(zhì)量將直接影響圍護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)效果。因此，必須在設(shè)計(jì)方案、施工質(zhì)量方面嚴(yán)格把關(guān)，進(jìn)一步學(xué)習(xí)探索、深入研究，才能確保支護(hù)結(jié)構(gòu)的順利施工并提高施工效率，真正體現(xiàn)斜拋撐與SMW工法組合的優(yōu)勢(shì)和價(jià)值。