软土地区深基坑支护施工技术

陶文斌，陈 星，宫 志

（安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230000）

引言

为提高现有建筑的利用率[1]，各个城市的深基坑工程越来越多，常规的深基坑工程大多使用放坡开挖技术进行开挖[2]，开挖后其内部的支护稳定性较低，且成本较高，在某些复杂的施工地区还很容易出现施工沉降[3]，造成建筑支护结构严重倾斜、开裂，甚至倒塌，出现严重的施工事故。研究表明，近几年由深基坑支护沉降变形导致的施工事故数量越来越多[4]，在这种情况下解决深基坑支护沉降变形问题刻不容缓。软土地区指的是含有大规模沉积层或黏土层的地区，这些特殊的黏土层具有弱饱和性，因此软土地区的地层压缩性和变形性较高，极容易受外力影响产生沉积形变，降低施工建筑的稳定性，造成严重的施工事故，因此本研究从软土地区的实际土层特性出发，设计了一种软土地区深基坑支护技术。

1 概况及准备

A 工程位于某市的边缘区域，西南两侧均与高速公路相接，主体建筑为多层商务楼，该工程内部基坑面积约11 500 m2，基坑延长线约745 m[5]，整个基坑形状不规则，基础开挖深度约18.5 m，A 工程基坑平面示意图见图1。

图1 A 工程基坑平面示意图

由图1 可知，A 工程的基坑范围较广，总开挖深度较高，因此属于深基坑，接下来对A 工程进行地质勘察，其地质特征如下：A 工程内部存在大片施工空地，天然地形平整，施工基坑内部存在第四纪沉积物，呈松散特性，该工程内部最大勘测深度为75 m，可根据地基土层的结构特征进行划分，各个土层的地形特性见表1。

由表1 可知，A 工程土层土质不均，各土层均含一定量的有机质，整体土层较松散，含大规模弱饱和性黏土层，属于软土土层，进一步勘察A 工程的水文地质发现，A 工程浅层土壤具有基础潜水特性[6]，水位动态变化与降雨等气候条件相关，水位埋深在0.45 m～1.65 m 范围内波动。

表1 土层地形特性

基坑底部土层1、2、3、4、5、6、7、8 为粘性土，9、10为含水层，含水层呈周期性变化，因此在支护施工时要考虑浪涌作用导致的基坑突涌现象，除此之外，A工程场地西侧有一泾河，与该工程距离仅8 m，河堤设置了350 mm×400 mm 灌注桩，桩长为16 m，桩径为550 mm。A 工程包含地下室结构，因此其整体开挖深度较高，由于基坑内部土壤强度较低，很容易出现坍塌等事故，因此在施工时需要进行基坑支护，以下将对支护施工过程进行展开分析。

2 支护施工过程

2.1 安装高稳定支护排桩

为提高深基坑支护的支护强度，本研究设计的施工技术在支护时安装了高稳定性支护排桩。软土地区的土质松软，存在内力、外力、超载压力等均限制深基坑支护施工，因此本研究使用静力平衡法采用主被动土压力进行综合计算，判断支护排桩的内力，对支护排桩进行了优化设计，使其满足软土地基复杂的支护条件，首先，将支护排桩作为一个固定的结构，进行“欠固”处理，为满足支护排桩的高稳定支护状态，需要保证其始终具有弹性。

经过初次安装发现，支护排桩内部的悬臂梁受质点旋转作用影响会出现部分梁体破坏问题，制约着支护土体的平衡性，因此本研究设计的施工技术进行了二次“欠固”处理，即将弹性桩体放置在软土地基中，始终保证其处于平衡状态，此时支护排桩受到的荷载内力最小，可以避免支护排桩发生转动。在支护过程中，部分称重较低的区域存在弹性抗力，为了降低弹性抗力对支护的影响需要设置点点支护排桩，结合支护土体压力及土质类型可选取支护底座，将支护锚放置在支护底座中，再结合排桩的平衡作用力进行欠固，此时可以将支护排桩看成一种简易的支护衡量，排除力矩差值后再结合水平作用力判断支护排桩弯矩。

2.2 施打抗压支护钢板

为提高支护钢板的施打质量，首先设计了施打流程，即在支护钢板施打前，需要进行放线定位，即保证钢板桩始终处于水平位置，测量此时基坑的宽度，对需要施打的钢板桩进行质量检查，避免出现严重破损的钢板影响支护质量。支护点桩尖位置存在一个凹槽口，为避免凹槽口在施打过程中回填软土，需要进行预先密封，并在施打前保证钢板桩斜率在标准范围内，避免出现施打角度问题。主要使用屏风式打入法进行钢板桩施打，从而有效地进行支护压力分解。施打检查步骤完毕后需要将钢板桩插入导架内，此时的导架处于有序排列状态，需要按照排列顺序严格控制施打角度进行施打，在施打的过程中需要不断调整施打顺序，直至其不受外力影响。施打顺序是钢板桩施工的关键，需要根据施打原则进行选择，若此时钢板桩处于逆向倾斜状态，需要使用正向顺序施打，反之则使用逆向顺序进行施打，如果钢板桩两端均处于垂直状态可以使用循环施打法进行施打，每次施打打入的深度都必须在0.5～2.5 范围内。钢板桩施打完毕后，需要进行钢围檩清理，设置焊接托架，进行肋板加固。最后需要使用全站仪放线，确定托架的安装位置，再进行焊接，为了避免支护扭动问题，在钢板空隙间填充若干二级钢筋，保证其与钢板桩有效连接，实现外部支护压力平均分配，避免产生支护沉降。

2.3 埋设抗沉降止水帷幕

受深基坑周边地下水位影响，很容易出现透水层导致支护沉降，因此本研究设计了抗沉降止水帷幕。使用水平、竖直两种止水帷幕，根据实际施工状态进行选择，水平止水帷幕主要在基坑底部水层较厚时埋设，避免支护结构渗水，提高支护抗渗能力；竖直止水帷幕则可在水层较薄时使用，防止基坑底部浪涌。使用预拌法对止水帷幕的搅拌桩进行初步处理，为准确地判断止水帷幕的埋设位置，需要结合深基坑内部的土层变换原理计算帷幕埋设深度d，如公式（1）所示。

式中，Δh 为基坑水位差，b 为止水帷幕自身厚度，如果在埋设止水帷幕的过程中发现基坑底部透水层厚度超出标准范围内，难以进行埋设，此时可以使用悬挂法进行安装，此时帷幕埋设的深度需满足以下埋设式，如公式（2）所示。

式中，k 为透水稳定系数，D 为止水帷幕埋设土层厚度，D1为悬挂高度，Δh 为基坑内外水头差，γ 为土层浮重度。

使用上述公式可以有效地计算帷幕埋设深度，但对于部分基坑底部未到不透水层的支护工程，需要使用止水桩基进行支撑，使其始终满足深基坑内部的排水要求，避免深基坑沉降。

在软土地区天然状态下，开挖的深基坑存在初始沉降量，经过计算发现初始沉降量与沉降影响范围呈正相关，因此在埋设止水帷幕时需要根据深基坑水平布置间距，进行抗倾覆验算，若连续验算结果均高于抗倾覆标准值，才可以进行止水帷幕埋设，反之则需要重新判断沉降影响范围、布设水平、垂直内撑，直至其沉降特性符合止水帷幕的埋设标准，以保证止水帷幕埋设的有效性，在最大程度上避免深基坑支护沉降。

3 施工结果

使用上述设计的软土地区深基坑支护施工技术进行支护，此时基础支护点位存在变化的支护压力，该支护压力直接影响沉降位移，首先保证每个支护点位的各项参数恒定，设置10 个初始化开挖深度，即0.55 m、1.55 m、2.55 m、3.55 m、4.55 m、5.55 m、6.55 m、7.55 m、8.55 m、9.55 m，此时随机抽取两处进行支护压力检测，其支护示意图见图2。

图2 支护示意图

由图2 可知，随着土压力增加，支护系数的变化并不明显，且两处检测点的支护压力与支护系数变化状况与标准支护压力变化状况相拟合，除此之外，标准支护与实际支护点位之间的支护系数相差较小，变化相似，因此，证明本研究设计的施工技术支护效果较好，为了进一步研究该施工技术在软土地区的施工有效性，本文选取了OM-DAQPRO-5300 沉降数据测量仪进行沉降位移检测，施工结果见表2。

由表2 可知，该设计技术支护后各个支护点位的沉降位移均低于施工允许沉降位移，证明设计技术的支护效果较好，能够满足后续软土地区深基坑支护的稳定性需求。

表2 施工结果

4 结论

目前各个城市的建筑基坑支护工程越来越多，受深基坑支护区域的地质特征影响，在某些强度较低的软土地质支护难度较高，经常产生严重的支护沉降，导致建筑结构坍塌，引发严重的建筑施工事故，因此本研究结合软土地区的地质特征，设计了一种新的深基坑支护技术，施工结果表明，设计技术的沉降位移较小，支护效果较好，具有一定应用价值。