浅议排桩+内支撑结构在软土深基坑工程中的应用

浅议排桩+内支撑结构在软土深基坑工程中的应用

李厚雄

浙江工业大学工程设计集团有限公司浙江杭州310014

摘要：软土地区随着基坑开挖深度的加深，基坑对周边环境的影响更加明显和复杂，为减小基坑开挖对周边环境的不利影响，围护结构常选用整体刚度较大的排桩+内支撑支护结构。同时，根据基坑周边环境情况合理设计该支护体系，做到信息化施工，可有效的控制基坑的变形量。本文主要通过一个工程实例，介绍排桩+内支撑支护结构在软土深基坑围护中的应用，为该类型基坑工程设计和施工积累一定的实践经验。

关键词：软土地区支护结构变形量

Abstract:Theinfluenceontheenvironmentismoreenvidentandcomplicatedwiththedeepenoftheopeningofthefoundationpitexcavationthesoftarea.Inordertoreducethefoundationpitexcavationonsurroundingenvironmentadverseeffects.wealwayschoosetheoverallstiffnessfortheinnersupportingstructure,atthesametime,accoringtothesurroudingevironmentofthefoundationpitexcavation,wecandesignareasonablesupportingsystemandaccomplishtheinformatizationconstruction,wealsocancontrolthedeformationamountofthefoundationpitexcavation,Thistextwillintroducetheapplicationoftherowofpileandinnersupportingstructureinsoftsoildeepfoundationpitwithaprojectingexample,meanwhile,wecanaccumulatesomeexperienceinthedesignandconstructionofthefoundationpitexcavation.

Keywords:softsoilland;retainingstructure;deformationamount

0.前言

近年来，国内基坑工程逐渐向地下深处发展，随着深度的加深，基坑开挖对周边环境的影响也越来越复杂，尤其是在沿海软土地区。由于软土层具有明显的蠕变性，使得围护体的变形也具有较强的时空效应，为尽量减小基坑开挖对周边环境的影响，围护体的整体刚度需加大，通常采用排桩+内支撑等刚性支护结构，同时在坑内被动区进行土体加固。施工过程中实施信息化的施工管理，来有效地控制基坑的变形量。

本文通过一个工程实例介绍软土地区深基坑工程采用排桩+内支撑结构的应用实践。

1.1工程概况

拟建工程位于杭州市德胜路南侧，上塘河西侧。总建筑面积38396㎡。建筑物主要由1幢20层的办公楼及周边2层裙房组成，设有二层地下室，地下室平面形状近似矩形。

基坑设计开挖深度为10.30m，电梯井坑中坑开挖深度14.10m、14.90m。

1.2工程地质条件

根据场地地质勘察报告，基坑开挖深度及其影响范围内的土层分布依次为：①-1杂填土、①-2塘泥、②粉质粘土、③淤泥质粉质粘土、④粉质粘土、⑤淤泥质粉质粘土、⑥粉质粘土。各土层的物理力学参数见表1。

表1各土层主要物理力学参数一览表

注：C、Ф值为固结快剪指标，()内为经验值。

1.3基坑周边环境情况

基坑周边环境情况如图1所示。

基坑北侧为德胜路，该侧地下室基坑开挖边线距离用地红线6.39m～6.42m；用地红线外道路下埋有高压电缆管沟、φ400供水管线、电信管线及污水和雨水等管线。

基坑东侧为上塘河及城市绿化带，该侧地下室基坑开挖边线距离用地红线（现围墙线，考虑临时拆除）1.65m～6.05m。用地红线外为宽约22m的城市绿化带，绿化带比场地高约1.0m。

基坑南侧为浙江工业大学校区用地，该侧地下室基坑开挖边线距离用地红线3.62m～6.76m；距离校区内7层宿舍楼（钻孔灌注桩基础）17.8m，场地西南侧围墙外为苗圃用地。

基坑西侧为住宅小区，该侧地下室基坑开挖边线距离用地红线（围墙线）5.31m～14.63m，用地红线外有3幢6-7层砖混住宅楼（沉管灌注桩基础）。

2支护结构的选择

2.1基坑工程的特点分析

综合场地地理位置、土质条件、基坑开挖深度和周围环境条件，本工程基坑围护具有如下特征：

(1)基坑开挖范围内主要土层为杂填土、粉质粘土和淤泥质土层，坑底位于③淤泥质粉质粘土层，该层土厚度达15m，土的物理力学性质较差；场地东南角分布有较厚的塘泥，围护结构施工时应将其挖除，采用优质粘土回填压实或采取地基加固等处理措施。

(2)基坑周边距离用地红线较近，最小距离仅1.65m，红线外有市政道路和居民住宅楼，基坑周边可利用的空间有限。

(3)基坑北侧为市政主干道，道路上为高架桥，道路距离基坑边较近，且道路下埋有电缆、电信及供水等管线，西侧有三幢6～7层居民住宅楼(采用沉管灌注桩基础)，住宅楼距离基坑边约为9.04m～14.63m。

(4)地下室开挖深度较深，且开挖深度内为软土层，基坑开挖影响范围大，基坑开挖时应严格控制围护体的变形量。

2.2支护结构的选择分析

结合本工程基坑围护的上述特征，本着安全、经济、合理的原则，本工程基坑围护拟采用以下二种支护结构型式：

①SMW工法[1]+内支撑结构②排桩+内支撑结构

现对上述支护结构说明如下：

①SMW工法+内支撑结构

SMW工法是利用三轴水泥搅拌桩内插型钢共同挡土，结合内支撑形成排桩+内支撑围护体系。其施工速度快，插入型钢可回收再利用，整个过程中无泥浆等污染物，是一种较为环保的围护结构形式。对于本基坑工程，由于基坑开挖深度深，开挖范围内多为深厚的软土层，土的物理力学性质差，围护桩嵌入坑底的深度深，另因SMW工法围护墙体为半刚性体，围护体在墙后土压力的作用下变形量较大，为满足周边环境对围护体的变形要求，SMW工法需设置三道内支撑，使得施工极为不便。

②排桩+内支撑结构[2]

排桩+内支撑支护结构受力明确，变位小，而且安全度高，尤其适合在开挖深度大，控制变形较为严格的深基坑工程中。一方面钻孔灌注桩刚度大，变形较小，与砼内支撑形成排桩+内支撑支护体系，其整体刚度大，可有效的控制基坑的变形量；另一方面，钻孔灌注桩施工技术较为成熟，施工质量有保证。

经过上述分析，结合基坑周边环境情况，本工程基坑围护选用钻孔灌注桩结合二道内支撑支护方案。

2.1.支护结构典型剖面图

图2为本基坑的一个典型剖面图。

根据本工程的特点，经设计计算，确定采用一排900mm直径的钻孔灌注桩结合二道内支撑，钻孔灌注桩桩长28.9m。同时，考虑基坑范围内多为流塑状的淤泥质土，且距离周边河道较近，因而采用一排650mm直径的三轴水泥搅拌桩作为止水帷幕。另在坑底设置水泥搅拌桩进行被动区加固，以减小围护体的变形量。

图1基坑与周边环境的关系

图2典型剖面图

在支撑材料的选择上，设计时对钢支撑与钢筋混凝土支撑均进行了比较，由于基坑开挖深度深，支撑受力较大，钢支撑杆件布置较密，加之场地空间较小，钢支撑对基坑整个土方开挖影响较大。故采用钢筋混凝土支撑，支撑平面布置则采用桁架对撑结合角撑的布置形式，第一道主撑截面尺寸0.8m×0.8m；第二道主撑截面尺寸1.1m×0.8m。

3.支护结构实测资料[3]与分析

该工程于2009年5月6日开始围护桩基施工以来，为确保施工的安全和土方开挖的顺利进行，在整个基坑施工过程中进行了全过程监测，实行动态管理和信息化施工。本基坑工程共布置12个深层土体水平位移监测孔；12个水位观测孔；每道支撑均布置6组轴力监测点；周边建筑物、道路上均布置了沉降监测点。整个监测过程持续到2010年10月20基坑回填完成。根据设计计算，土体深层水平位移预警值为45mm，日位移连续三天超过3mm或当日位移超过5mm；周边地面沉降25mm，建筑物沉降15mm；水位变化为500mm/d；支撑轴力的报警值：第一道支撑6500kN，第二道支撑10000kN。

根据现场实测情况显示，基坑周边深层土体水平位移最大值见表2所示。

表2各测斜孔最大位移值(mm)

从监测结果表2来看，除CX1、CX2测斜孔位移值偏大外，其余测斜孔位移监测值均在设计警戒值内。CX1、CX2部位基坑变形较大的原因主要是该范围为施工出土口，施工车辆出入较频繁，且车辆超载较严重所致。基坑西侧临近居民建筑物部位，为尽量减小基坑变形对建筑物的影响，施工单位根据实测变形情况调整其施工工序，先施工基坑东侧基础底板，再开挖西侧第二道支撑面以下土方，并及时抢浇基础垫层。根据建筑物沉降监测结果来看，建筑物最大沉降量为11mm，未对建筑物结构产生影响。

水位变化值基本在原始水位下降2-3m左右。主要是上部杂填土层中上层滞水的渗漏造成。

支撑轴力实测最大值随开挖深度变化曲线见图3。可以看出，钢筋混凝土支撑的轴力值随开挖深度的加大而逐渐增大，并略有起伏。最大支撑轴力实测值为设计值的67.2%～86.1%。

图3支撑最大轴力-开挖过程曲线

4.结语

（1）软土地区深基坑工程采用排桩+内支撑结构，该支护结构整体刚度大，变形小，结合坑内被动区土体加固措施，可有效地减小围护体自身的变形量。

（2）对周边环境复杂的深基坑工程应根据开挖过程中基坑的实际变形情况来优化设计，做到动态施工和信息化管理。

（3）本文主要通过一个工程实例，介绍排桩+内支撑结构在软土地区深基坑工程中的成功应用，为该类型基坑工程积累大量的实践经验。

参考文献（References）:

[1]上海市建设和管理委员会.基坑工程设计规程（DBJ08-61-97）[S].上海，1997。

[2]浙江省标准.建筑基坑工程技术规程（DB33/T1008-2000）[S].浙江，2000。

[3]浙江大学土木工程测试中心，基坑监测资料[R].2010。

作者简介：李厚雄（1979－），男，本科，2002年毕业于长春工程学院，现为助理工程师，主要从事岩土工程方面的设计、检测工作。E-mail:lhx0211@sina.com.