深厚淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層基坑支護(hù)方案優(yōu)選

張 麗 凌曉梅 滕新保 胡峰華

（江蘇省工程勘測(cè)研究院有限責(zé)任公司，江蘇 揚(yáng)州 225002）

0 引言

對(duì)基坑支護(hù)工程來(lái)說(shuō)，如何根據(jù)場(chǎng)地條件、周邊環(huán)境、開(kāi)挖深度等選擇合理的支護(hù)形式是保障基坑工程安全的前提，這需要建立在大量的理論成果及工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上。

揚(yáng)州地區(qū)的地層分布規(guī)律如下[1-2]：市區(qū)北部地區(qū)地表以下主要土層為可塑～硬塑狀粉質(zhì)黏土或黏土；市區(qū)中部偏北地區(qū)地表以下上部分布中密～密實(shí)狀粉土或粉砂，下部分布著可塑～硬塑狀粉質(zhì)黏土或黏土；市區(qū)中部偏南地區(qū)地表以下主要分布著中密～密實(shí)狀粉土或粉砂，為長(zhǎng)江沖積層；市區(qū)南部地區(qū)地表以下上部分布著淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，下部分布粗礫砂、粉細(xì)砂以及粉砂等土層。

該文主要分析適用于揚(yáng)州南部地區(qū)淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層的基坑支護(hù)形式[3]，揚(yáng)州南部地區(qū)淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層分布較厚，含水量豐富，壓縮性高，靈敏度高，滲透性差，此種土質(zhì)極易因降水效果不理想而出現(xiàn)滑塌現(xiàn)象，選擇合理的支護(hù)形式可降低險(xiǎn)情發(fā)生的概率。該文基于揚(yáng)州市區(qū)南部長(zhǎng)江邊某安置小區(qū)基坑工程出現(xiàn)險(xiǎn)情段，通過(guò)理正深基坑7.0PB5和FRWS9.0對(duì)其進(jìn)行分析，并提出合理的加固方案，所得結(jié)果對(duì)類(lèi)似基坑如何選擇支護(hù)方案具有指導(dǎo)意義。

1 工程概況

揚(yáng)州南部長(zhǎng)江邊某安置小區(qū)含一座一層地下室，基坑開(kāi)挖深度5.15m，地下水位一般埋深為地表以下1.5m，揚(yáng)州每年7月左右進(jìn)入梅雨季節(jié)，地下水位會(huì)增至地表。經(jīng)勘察揭示，場(chǎng)地范圍內(nèi)土層分布如下：第①層雜填土，灰褐色為主，松散，主要成分為建筑垃圾；第②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉土，灰色，流塑；粉土，稍密～中密；第④層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，灰色，流塑；第⑤層粉土與淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土互層，灰色，粉土，稍密～中密，夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，流塑。經(jīng)鉆探取土進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)，得土體基坑支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)

在基坑工程施工過(guò)程中，局部邊坡區(qū)域發(fā)生了滑塌（圖1），并不斷有土體被水帶出，滑塌部位主要發(fā)生在該支護(hù)段的中部，且有向兩邊延伸的趨勢(shì)，該支護(hù)段基坑頂?shù)孛鏄?biāo)高3.700 m，坑底標(biāo)高為-1.450 m，原設(shè)計(jì)采用的基坑支護(hù)形式為二級(jí)放坡+水泥土攪拌樁加固坡體（圖2），基坑頂距離圍墻約8.0 m，圍墻外為市政道路，存在較大的安全隱患，須及時(shí)采取加固措施。

圖1 邊坡滑塌照片

圖2 滑塌段基坑支護(hù)剖面

2 滑塌原因分析

邊坡發(fā)生滑塌時(shí)，基坑已開(kāi)挖至坑底，且在開(kāi)挖過(guò)程中該支護(hù)段邊坡的坡頂位移變化速率及累計(jì)變化值均正常，未超過(guò)報(bào)警值。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)分析，導(dǎo)致邊坡滑塌的原因如下：基坑開(kāi)挖深度范圍內(nèi)土層主要為②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉土，含水量豐富，呈流塑狀態(tài)，具有結(jié)構(gòu)性及觸變性，為中等靈敏度土層，基坑坡頂4.0 m以外為施工道路，重型機(jī)械短期頻繁碾壓會(huì)導(dǎo)致孔隙水壓力增大，但該層土滲透性差，孔隙水不能及時(shí)排出，從而導(dǎo)致②層土體抗剪強(qiáng)度下降，施工道路也產(chǎn)生較多裂縫，該工程施工期間正處于梅雨季節(jié)，雨量較大，雨水通過(guò)裂縫不斷匯入地表以下，坑外水土壓力增大、土體強(qiáng)度下降共同導(dǎo)致邊坡發(fā)生滑塌破壞。根據(jù)上述分析的結(jié)果，采用理正深基坑7.0PB5軟件分別計(jì)算3種工況下基坑邊坡最小整體穩(wěn)定安全系數(shù)（表2），抗剪強(qiáng)度參數(shù)采用固結(jié)快剪指標(biāo)，工況一：地下水位位于地面以下1.5 m、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)未折減，工況二：地下水位位于地面以下1.5 m、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)折減95%，工況三：地下水位位于地表、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)折減95%。軟件采用的計(jì)算方法為圓弧滑動(dòng)條分法，搜索最不利滑動(dòng)面得到最小穩(wěn)定安全系數(shù)KS，KS不應(yīng)小于1.2。

從計(jì)算結(jié)果可看出，工況一及工況二的整體穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求，這說(shuō)明雖然重車(chē)碾壓會(huì)導(dǎo)致淤泥質(zhì)土體抗剪強(qiáng)度下降，但是基坑在開(kāi)挖期間仍能處于穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)遇到暴雨后，坑外水位急劇增加，如工況三計(jì)算結(jié)果所示，邊坡整體穩(wěn)定安全系數(shù)已不滿足規(guī)范要求，說(shuō)明基坑有發(fā)生滑動(dòng)的可能，因此暴雨后基坑發(fā)生了滑塌。

從表2計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)，坑外地下水位及土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)均對(duì)邊坡整體穩(wěn)定安全系數(shù)影響較大[4-5]，這里分別對(duì)3種影響因子進(jìn)行分析（圖3），一是地下水位由埋深1.5m調(diào)整至0，二是土體抗剪強(qiáng)度折減系數(shù)由1.0調(diào)整至0.9，x軸為兩種影響因子調(diào)整比例，y軸為邊坡整體穩(wěn)定安全系數(shù)。

圖3 地下水位及抗剪強(qiáng)度對(duì)整體穩(wěn)定安全系數(shù)的影響

表2 邊坡最小整體穩(wěn)定安全系數(shù)

由圖3可見(jiàn)，隨著坑外地下水位增加以及土體抗剪強(qiáng)度下降，邊坡整體穩(wěn)定安全系數(shù)呈線性下降，且下降速率較大，說(shuō)明對(duì)類(lèi)似②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉土，外界因素的干擾極易造成邊坡滑動(dòng)。若基坑施工工期長(zhǎng)，周邊空曠，坑外排水設(shè)施足夠，采用放坡結(jié)合攪拌樁做抗滑樁的支護(hù)形式較為常見(jiàn)，能滿足基坑安全性要求。但當(dāng)基坑邊有待保護(hù)的市政道路、建筑物、管線或施工期雨量大時(shí)，采用此種支護(hù)形式存在較大的安全隱患，一旦基坑發(fā)生滑坡并伴有水土流失的情況，險(xiǎn)情發(fā)展趨勢(shì)較快，如不能及時(shí)采取措施將會(huì)造成較大的影響，因此，該情況下不建議優(yōu)先選擇放坡結(jié)合攪拌樁作止水帷幕及抗滑樁的支護(hù)形式。

3 加固方案

加固方案的選擇須滿足以下2點(diǎn)：1）能確?；蛹爸苓叚h(huán)境的安全。2）施工方便快捷。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，采用的加固方案為鋼板樁+坑內(nèi)留置土臺(tái)（圖4）。

圖4 加固方案剖面

在原放坡坡頂打入18m拉森Ⅳ鋼板樁用于擋土兼止水帷幕，鋼板樁外側(cè)每隔4.0m布設(shè)兩根15.0m型鋼H700mm×300mm做錨樁控制變形，坑內(nèi)留置一級(jí)土臺(tái)，土臺(tái)既能減少支護(hù)樁的變形，又能提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性及抗傾覆能力，分別對(duì)坑內(nèi)有無(wú)土臺(tái)2種工況采用FRWS9.0軟件進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

FRWS9.0軟件考慮坑內(nèi)留置土臺(tái)作用效果的方法[6-8]為深度修正法（圖5）：圍護(hù)樁內(nèi)土臺(tái)能夠發(fā)揮擋土作用的有效土體范圍為從土臺(tái)開(kāi)挖底邊線向上45°作直線，直線與圍護(hù)樁之間的土臺(tái)為有效土體，從基坑深度計(jì)算點(diǎn)向上45°-Φ/2（Φ為土臺(tái)對(duì)應(yīng)土體的內(nèi)摩擦角）作直線與45°直線相交，交點(diǎn)與計(jì)算點(diǎn)的深度差作為深度修正值，采用修正后的深度計(jì)算水平基床系數(shù)。對(duì)淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土來(lái)說(shuō)，該方法并不完全適用，在基坑開(kāi)挖卸土的過(guò)程中，坑內(nèi)留置土臺(tái)本身易受擾動(dòng)產(chǎn)生一定的位移，該計(jì)算方法過(guò)分夸大淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土土臺(tái)對(duì)支護(hù)樁的支點(diǎn)作用，導(dǎo)致計(jì)算出的樁頂位移偏小，偏不安全。

圖5 深度修正法示意圖

該文結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)及理論基礎(chǔ)，推出一種適合淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土采用支護(hù)樁+坑內(nèi)留置土臺(tái)支護(hù)方式的深度折減公式，如公式（1）所示。

該工程基坑開(kāi)挖深度H為5.15 m，坑內(nèi)土臺(tái)高度h為3.15m，平臺(tái)寬b為3.0m，土臺(tái)坡比1∶i為1∶1.2，由公式（1）計(jì)算可得基坑折減后開(kāi)挖深度H'為3.1 m，采用理正深基坑7.0PB5軟件對(duì)挖深3.1m時(shí)的懸臂鋼板樁進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可見(jiàn)，按照公式（1）折減后計(jì)算出的樁頂位移較大，抗傾覆安全系數(shù)與FRWS9.0計(jì)算結(jié)果接近，該工程采用H型鋼作為錨樁控制鋼板樁位移。

表3 坑內(nèi)有無(wú)土臺(tái)計(jì)算結(jié)果對(duì)比

根據(jù)后期基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，加固范圍內(nèi)支護(hù)樁樁頂水平最大位移為38.2 mm，表明淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土按公式（1）折減深度計(jì)算較為合理，坑外道路沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也在正常范圍內(nèi)，表明加固效果滿足安全性要求。對(duì)深厚的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層來(lái)說(shuō)，需要留有一定的支護(hù)空間，在需要設(shè)置止水帷幕的情況下，應(yīng)優(yōu)選鋼板樁+坑內(nèi)留置土臺(tái)的支護(hù)方式，如遇坑外水位急劇增加或重型機(jī)械頻繁碾壓，會(huì)導(dǎo)致鋼板樁變形增加，但不易發(fā)生滑塌、水土流失等情況，采用坑外降水或坑內(nèi)堆載的方式即可控制變形。

4 結(jié)論

該文結(jié)合具體工程中，淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土邊坡滑塌實(shí)際情況，對(duì)其邊坡的破壞原因進(jìn)行分析，并提出合理的加固方案及計(jì)算方法，得到如下4個(gè)結(jié)論：1）揚(yáng)州南部臨江邊地區(qū)淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層深厚，且靈敏度較高，極易受外界因素?cái)_動(dòng)，在進(jìn)行基坑支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以重視。2）當(dāng)基坑邊存在有待保護(hù)的市政道路、管線或建構(gòu)筑物等時(shí)，且存在一定的支護(hù)空間，施工期雨量較大，對(duì)深厚淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層采用放坡結(jié)合攪拌樁做止水帷幕及坡體加固的支護(hù)方案存在一定的安全隱患。3）當(dāng)基坑邊存在有待保護(hù)的市政道路、管線或建構(gòu)筑物等時(shí)，且存在一定的支護(hù)空間，施工期雨量較大，對(duì)深厚淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層采用鋼板樁+坑內(nèi)留置土臺(tái)的支護(hù)方案更合理，不易出現(xiàn)滑塌、水土流失等情況，對(duì)保護(hù)周邊環(huán)境有利。4）對(duì)深厚淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，采用FRWS9.0軟件計(jì)算鋼板樁+坑內(nèi)留置土臺(tái)工況下的樁頂位移偏小，不符合工程實(shí)際情況，采用公式（1）折減基坑深度后，再按懸臂樁進(jìn)行計(jì)算的方法更合理，其計(jì)算出的樁頂位移與實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)較為接近。