摘要：在沿海地区进行岩土工程施工经常会受到软土地层的干扰，造成岩土工程基坑支护结构稳定性和可靠性变差，直接影响基坑工程施工质量安全。因此，必须应用合理的支护手段对岩土工程中软土地质实施有效治理，从而推动基坑工程施工顺利开展。本文将通过结合某项目实例，从地质水文环境、工程规模、周边环境等方面系统分析和介绍在此类地区基坑支护设计方案选型，通过数值计算和监测结果对比优化，得出合理支护方案，从而为类似工程设计和施工提供参考。
关键词：软土地区；基坑支护；选型优化
1引言
近年沿海经济高速发展，我国地下工程治理技术的得到长足进步，基坑工程逐渐向大深度、大面积趋势发展，并且所处环境和施工条件越来越复杂，如密集建筑群中、邻近建、构筑物、市政管线、地铁隧道等［1］，对基坑稳定及变形要求严格，尤其在沿海淤泥土、砂土、高水位或混合复杂环境和地质条件下实施基坑工程，发生工程事故也屡见不鲜。因此，选取合理、安全的支护方案在基坑工程中尤为重要。
广州南沙地区淤泥、砂层等软土地层分布广泛，局部地区淤泥层、砂层厚度可达20～30m，在淤泥、砂层地层环境下，支护不当容易引起坍塌，周边地面沉降，道路、管线损坏等工程灾害，严重影响周边环境。选取有效支护选型方案，保证安全同时，做到经济合理、施工便捷、工期节省，已成为工程建设中基坑选型和优化的决策性步骤，是该地区解决地下空间开发可续持发展的根本手段。本文结合南沙区某基坑支护项目，探讨深厚淤泥、砂层中基坑支护选型及分析方法，并通过数值计算及监测数据验证方案，从而获得比较理想的经济效益［2］。
2 工程概述
2.1 基坑概述
某文创中心项目地块位于体育地块北侧，拟建多栋高层或超高层、附属裙楼等由住宅、办公、商业等多功能性质所组成建筑综合体。项目地块包含07~11共5个地块，目前先开发07地块，拟建5栋高层。拟设置大底盘一层地下室，基坑平均开挖深度约5.0m；基坑周长超过500m，基坑形状呈不规则矩形。
图 1 项目基坑位置及周边环境图
2.2 地质概况
场地属海陆交互沉积平原地貌，地貌类型单一，地形平坦开阔，场地现状目前为草平地。现状场地基本平整，场地现状地面高程为5.92～7.10m，地形较平坦。根据钻探揭露，场地内第四系（Q4）土层依其成因类型自上而下分为素填土层（Q4ml）、海陆交互沉积层（Q4mc）、残积层（Qel），下伏基岩为加里东期（Pz1）花岗片麻岩。
第①层素填土：广泛分布，均有揭露，层厚为1.40～4.50m，平均2.72m，松散～欠压实状；第②层淤泥、淤泥质土：广泛分布，主要土层，层厚2.40～17.60m，平均13.51m，饱和，流～软塑，大部分混杂较多粉、细砂；第③层粉质粘土：零星分布，层厚1.20～12.40m，平均4.36m，呈可塑状为主，局部软塑状；第④层粉砂：零星分布，层厚6.60～10.80m，平均8.67m，饱和，松散；第⑤层中、粗砂：广泛分布，主要土层，以中、粗砂为主，层厚3.80～21.70m，平均9.75m，饱和，稍密；第⑥层砾砂：广泛分布。主要土层，以砾砂为主，层厚3.20～18.90m，平均9.06m，饱和，中密；第⑦层砂质粘性土：零星分布，层厚1.80～9.20m，平均4.86m，硬塑；第⑧层全风化花岗片麻岩：零星分布，层厚1.70～5.60m，平均3.12m，原岩结构基本破坏，岩芯呈坚硬土柱状，遇水易软化、崩解；第⑨层强风化花岗片麻岩：广泛分布，层厚0.60～6.60m，平均2.14m，原岩结构大部分破坏，岩芯呈半岩半土状夹岩块状、大部分以岩状为主，遇水易软化、崩解。
表1 地基变形、基坑支护设计取值参考表
2.3 水文概况
场地地下水主要含水介质类型为：松散岩类孔隙水、裂隙水。松散岩类孔隙水主要赋存于第四系海陆交互沉积层（粉砂、中、粗砂层、砾砂层）中，砂层厚度大，透水性好，富水性好。其余的淤泥质土、粉质粘土层透水性差，属相对隔水层；基岩裂隙水主要赋存于下伏花岗片麻岩节理裂隙中，其中全风化岩层主要呈坚硬土状，强、中、微风化岩层岩石裂隙发育～较发育，岩石较完整，富水性普遍较为贫乏。地下水位深度为0.50～1.50m，稳定静止水位深度为0.20～2.00m，年水位变化幅度为0.5～1.0m。
3 基坑工程特点分析
3.1 场地地层分布特点
从场地地层结构分布可知：基坑开挖深度范围内地层依次描述为：人工填土层、淤泥、淤泥质土层。坑底位置地下室底板(含电梯井位置)所处地层主要为淤泥、淤泥质土层。场地地下水位丰富，且透水砂层深厚（砂层厚度甚至超过25m），砂层层顶埋深12.20～32.40m，风化岩层岩面深度达30m以上；基坑开挖深度较大时候，坑底易出现管涌，这给基坑止水及开挖带来一定的困难。在基坑支护选型时，要考虑止水帷幕的可行性，施工工艺的可行性和安全性。
3.2 周边环境分析
项目场地位置处于某大道与蕉门水道交汇处，体育地块北侧，村落南面，与某大道相隔有学校和住宅小区；周围水道环绕。07地块位于场地东北角，东侧与青少年宫（在建）及先行施工规划路相邻，北侧红线外即为建设一路（已建，约6m距离），南、西面分别为08、09后续开发场地；东北角位置幼儿园基础在地下室顶板完成前进行施工，北侧红线内1～3m有一1m直径雨水管不考虑迁移。
3.3 周总体分析及评价
根据场地地质、水文条件，项目规划条件，对07地块基坑支护条件分析如下：①场地总体较平整，场地处西面、南面区域较为空旷，北面、东面均不同程度存在管线、在建或先建项目工程；②场地地质条件差，淤泥、淤泥质土层、砂层全场地分布，地层深厚（最厚处分别超过17m和30m）；③基坑开挖深度并不大，但对基坑工程实施影响较大；④开挖范围大，开挖基坑坑底普遍位于淤泥、淤泥质土层中，土体强度低，变形控制难度大；⑤场地地下水水量丰富，地下水受河道潮汐动水影响大，砂层富水性，具有一定连通性和承压性，对本场地基坑工程增加难度。
综上所述，对本场地基坑工程安全等级建议定义：对于南面、西面挖深约5.0m可定义为三级；北面、东面位置（如红线外为已建或先建道路、先建幼儿园等）对周边环境造成较大影响的情况下适当提高为二级。
4 基坑支护方案选型分析
基坑支护设计方案应该满足4个要求：①保证基坑支护结构体系本身安全；②保证基坑开挖过程中的周边环境安全；③基坑支护设计的结构方案经济合理；④基坑工程施工方便快捷可行。
项目周边有重要建筑物，支护方案变形要求较为严格，同时分期开发、工期紧张。本项目场地南面、西面周边环境条件较宽松，支护结构选型不作特殊要求，满足安全的支护型式均可采用，因此该位置可以采取分级放坡的方案，满足后期分期开发。而北面及东面环境条件相对紧张，为本文重点讨论对象。对应规范情况，满足深度要求的支护方案可采取土钉墙，重力式挡墙，悬臂排桩，桩锚，中心岛法等方案；为满足施工方便快捷条件，可采取的支护形式有：土钉墙，重力式挡墙，悬臂排桩，桩锚方案；该项目主要受控因素式变形控制以及工期，对于中心岛法，因北面塔楼位移均在基坑周边，对于需分阶段施工坑边底板的工期节点很难满足项目需求，该方案可以排除；而对于土钉墙和重力式挡墙方案，本地质条件下变形控制也较难满足本项目需求，因此两种支护形式也排除；最终经过工程条件筛满足该项目的支护形式有：悬臂排桩、桩锚方案。
4.1 悬臂排桩方案
坡顶施工荷载按15KPa考虑；1级放坡，坡高1.5m，坡率1：1.2+φ1000@1400悬臂桩，桩长约20.5m+φ550@400水泥搅拌桩（坑内土体加固），厚度4.15m，有效桩长约5.5m；止水采用φ550@400水泥搅拌桩，长约5m；基坑底至基坑顶水平距离需约5.5m。
图 3 管桩锚索支护剖面
4.3 支护方案比较分析
（1）变形位移比较
采取理正软件分别对2种方案进行数值计算分析，得出悬臂排桩方案与管桩锚索方案的最大位移分别为约35.51mm、24.03mm［3］。两者计算均在30mm范围均可满足二级基坑及以上位移要求，这说明两种方案均具备可靠性和可行性。
（2）经济性比较分析
对两种支护方案进行造价对比，结果见表2。从表中可知，管桩锚索支护方案经济性较好，同时位移控制更好，具有较优可靠性。
（3）工期比较分析
两方案工期主控项比较区别于悬臂灌注桩与管桩锚索的施工工期，悬臂桩成桩需要成孔、绑放扎钢、浇筑、养护龄期，并达到混凝土龄期及强度才能进行开挖施工；而预应力管桩为预制桩，与锤击、静压桩施工方式一致，施工速度快，不需要龄期养护。而锚索施工需要成孔、下锚、扩孔、养护工艺，锚索张拉完成后才能进行开挖施工。两种支护形式具体工期对比见表2。
表2 两种支护方式造价及工期比较（仅北面与东面段）
通过对比，最终选定管桩锚索方案作为本项目北面、东面的支护形式，而西面、南面侧采取分级放坡并挂网喷锚的整体支护方案。
5 施工与监测
本基坑自 2018 年 7月开始施工，12月底开挖到底并施工底板，周期约6个月多，目前已完成地下室结构。从现场对基坑水平位移的监测来看，最大位移最终徘徊在29.3mm，未达到30mm，达到一级基坑的位移控制要求，这也说明该优化方案可满足基坑设计要求，很好完成变形与工期的控制要求。
6 总结
本项目场地由于淤泥、砂层深厚，淤泥强度低，流动性大，而砂层的渗透性很好，在沿江河边附近进行基坑工程，选型不妥当，易造成工程浪费、甚至安全事故［4～5］；通过本基坑工程实践，通过多方案比较、选型优化确定方案，从技术上、经济上、施工工期上都给业主带来较大的经济效益。设计人员需针对该地区软土的特性，多研究、多比较、多积累，为该地区软土基坑工程建设带来贡献。
参考文献
［1］刘晨，张季超.基坑开挖对下方地铁隧道结构影响的分析［J］.地下空间与工程学报，2010（S1）
［2］贾明辉．分析建筑工程深基坑中的支护施工及其技术［J］.新 材料新装饰，2014(9)：209．
［3］DBJ/T 15-20-2016 建筑基坑工程技术规程［S］
［4］JGJ 120-2012 建筑基坑支护技术规程［S］
［5］GB 50497-2009 建筑基坑工程监测技术规范 ［S］
论文作者:李政
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年12期
论文发表时间:2019/9/30
标签：基坑论文; 淤泥论文; 方案论文; 场地论文; 工程论文; 土层论文; 工期论文; 《建筑学研究前沿》2019年12期论文;