北京某工程项目填土基坑支护工程设计与实践

佟 丹 蔡 滢

(1.中航勘察设计研究院有限公司,北京 100000； 2.北京市建平工程勘察有限责任公司，北京 100000)

0 引言

随着城市化工程项目改扩建工程的逐渐深入，很多新建建筑都在原有建筑或回填基础上进行施工，而针对不同回填土的性状，其承载力判别和处理方式也存在较大差异，而在规范中针对杂填土给出的范围值依据很少，甚至某些人工填土和新近沉积土存在错判的先例，导致工程出现较大问题。

本文介绍在北京地区某工程项目中对杂填土的性状分析和基坑支护方式，针对不同性状的杂填土处理前后以及可能产生的相应隐患进行分析，并对相应的取值给予建议。

1 工程概况及地质条件

拟建场地位于北京市大兴区亦庄经济技术开发区。东临博兴十路，南距兴海一街，西临博兴西路(规划)，北临兴海路。

北京市某已建项目，勘察报告显示场地内主要是以建筑垃圾为主的杂填土，回填时间小于两年，其厚度变化大(0.9 m～18.0 m)，杂填土层最厚达18 m。基坑开挖深度最深为11 m左右，开挖范围内未见地下水。

从前期开挖的探坑也可看到在杂填土区存在大量的建筑垃圾，填埋年限较短，回填方式为散乱堆填，包括桩头、砖块、混凝土板、水泥凝结硬块等，土质成分复杂，建渣中还普遍存在生活垃圾、弃置物烧失量较大，有产生沉降变化的趋势，短期内由于杂填土的孔隙率大、均匀性差，存在较大的湿陷性。土体存在的孔隙，大量的污水汇集在杂填土底部，对原状土形成了侵蚀作用，还形成了一层约0.5 m～1 m厚的受污染土层，使原状土力学性质产生了较大变化。

2 填土的测试指标的分析与应用

填土地层因其复杂的成分性状，c,φ值的取值难度较大，对于基坑支护，可以做现场的剪切试验，也可针对标准贯入度和重型动力触探的相应数值以及描述中的杂填土成分和现场实际情况相结合得出相关判别，杂填土支护参数判断和应用，通过勘察报告取得的填土地层参数，详见表1。

根据勘察提供的相关数据，基本可以判定，以建筑垃圾为主的杂填土其承载力变异系数较大，几乎不存在内聚力；素填土为主的地层其内聚力在实际应用中还存在一定的取值，一般不超过5；受污染的土层当中其所有的物理力学性质都要在原状土的基础上进行折减，建议取值为原数的1/2，这类土层因其厚度较薄，容易在边坡设计和地基处理作业中被忽视。

表1 本项目工程填土地层力学性质统计

3 方案选择与设计参数

基坑实际最深开挖深度为11.65 m，属深基坑。周边及场地内环境较复杂，部分基坑上口为地源热泵区，同时场地内杂填土分布广泛，厚度变化大，沉积时间短，由于杂填土孔隙比大、具有湿陷性等特点，因此基坑边坡的安全和稳定存在较大隐患。另外，杂填土中存在大量建筑垃圾(砖、混凝土块等)，可能会导致护坡桩、锚杆和土钉成孔困难，而锚杆和土钉在杂填土中的粘结强度也可能会受其影响。

杂填土较深的部位，采用护坡桩+锚杆对基坑进行支护，在杂填土较厚的部位，考虑到锚杆的粘结强度在杂填土中可能达不到设计要求，因此在桩锚支护的基础上加入锚拉桩确保基坑的安全稳定(护坡桩+锚桩+锚杆)：基坑深度11.65 m，支护范围内以建筑垃圾为主，采用锚拉桩支护，排距6.0 m，排桩之间采用4根钢筋连接，钢筋连接采用双向螺纹，并用花篮螺栓进行对接锁定，前排桩径为800 mm，桩间距为1.60 m，桩长15.0 m，后排桩径600 mm，间距3.2 m,桩长9.0 m，桩身混凝土强度C25。护坡桩冠梁尺寸高×宽=600 mm×900 mm,冠梁混凝土强度C25，设置一道预应力锚索，两桩一锚，支护形式详见图1。

根据总应力法：

其中，K为整体稳定安全系数;MK为抗滑力矩，kN·m;Mq为滑动力矩,kN·m。

Tnj=π·dnj∑qsiklni。

其中，cik,φik分别为最危险滑动面上第i土条滑动面上土的固结不排水(快)剪粘聚力(kPa)、内摩擦角标准值，在杂填土中，杂填土因其内部结构特性，取值一般不应大于5，而素填土中，充分注浆的情况下可以适当提高，一般取值在5～10之间，内摩擦角可正常取值，一般为15°。

4 填土基坑工程的关键要点

4.1 重难点问题分析

存在多处低跨车库外墙与高跨主楼距离过近的情况，个别主楼外墙与车库外墙甚至重合，高跨部分和低跨部分同步进行，高跨车库底板下不能为中空或放坡，只能采用直立边坡的形式进行支护，且由于高跨区域连续施工，直立边坡与低跨外墙间肥槽未回填前，支护体系承受的荷载会逐渐增加。

采用措施：在低跨车库外墙与高跨主楼距离较近的高低跨部位，当高低差较小时，采用悬臂桩+锚拉桩进行支护，当高低差较大时，采用桩锚+锚拉桩进行支护。另外，本支护段设计时考虑，上口堆载不得超过120 kPa，因此要求尽早对肥槽进行回填，以确保此部位的支护安全，支护形式详见图2。

4.2 项目基坑支护成果分析

护坡桩采用长螺旋钻机作业，在施工过程中易出现塌孔、杂物刮钢筋笼等现象，对成桩质量存在一定的影响，对于桩身完整性的检测和开挖后显露部分判别，其桩身性状呈不规则形，但几乎没有漏筋现象存在，桩身强度经回弹测试，也符合C30混凝土强度要求。

在位移上，从图3中可以看出，前排桩的竖向位移数值不明显，水平位移变化幅度相对较高，其水平位移出现的主要原因还是与锚杆的拉拔力存在较大关联。

在锚杆施工过程中，成孔采用了土层锚杆钻机和双套管锚杆钻机两种形式，护坡桩锚杆主要采用后者，成孔中遇到的障碍物较多，锚杆注浆次数和注浆饱满度差异也非常大，个别孔位注浆比例要达到理论系数的6倍～8倍，采用了孔口封堵、预留注浆管多次补浆以及加大水泥浆稠度的方式。

由图4可以看出在拉力值上，因为杂填地层较为复杂，锚杆的拉力值相差也比较大，在反复注浆的区域，锚杆的拉力强度较低，且张拉过程中位移变化量和瞬间变化幅度都比较大，证明在锚固端钢绞线的粘结力不足，锚固体对钢绞线的包裹不完全，导致随着预应力的增加，锚杆锚固应力的损失也相对加大。

5 结语

1)杂填土的稳定性非常差，在经过开挖、行驶等较大规模扰动的情况下，产生的变化幅度非常明显，应尽量避免基坑在雨季开挖，无法避免的情况下，要加强对基坑冬雨季使用中观测，在现场配备应急措施，随时进行反压、卸荷等处理措施；2)存在高低跨施工的区域，高跨主楼后距离边坡较近、在危险滑裂面以内的情况下，无论肥槽回填采取硬性或柔性回填材料，都会在基坑支护逐渐失效的过程中，对低跨外墙逐渐产生相应的附加应力，应对低跨结构外墙、节点等部位进行适当的补强措施，避免荷载对墙体造成破坏；3)杂填土的土体性状复杂多变，锚杆的锚固力取值不应过大，其可能产生的变形过程也比较长，护坡桩与锚桩之间尽量不要采用混凝土梁等刚性连接，避免发生开裂等无法修复的破损。