软土地区大型深基坑总体设计与施工方案

徐小兰 张 旭

1. 中铁一局集团有限公司 陕西 西安 710054；

2. 同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司 上海 200092

我国城市建设已进入全新的开发与利用阶段，城市纵深的发展和地下空间的扩展带来了大量的深基坑工程，且基坑规模越来越大，在深度、面积上不断有新的增长。伴随着基坑体积的增大，其周边环境也日益复杂[1-2]。在基础设施建设密集的沿海、沿江地区，其工程建设影响深度范围内普遍存在一定厚度的软土。软土系是一种具有孔隙比大、压缩性高、强度低、结构灵敏、流变性和不均匀性等特性的土层，对基坑开挖较为不利。软土地区深基坑开挖可能出现的岩土工程问题有：由于开挖卸载和临空导致支护结构和边坡土体变形、整体失稳和基底隆起；由于开挖使地下水坡度陡降引起地下水从侧壁涌出产生流土和涌水，或者由于揭穿承压含水层上伏不透水层产生坑底管涌和冒砂；由于前2个原因造成的周围地况变形、破坏。

大型地下室施工周期长，基坑周边环境条件往往会随时间动态变化，时空效应愈加显著。基坑开挖需遵循“分层、分块、限时开挖”的总原则，结合基坑监测数据，动态调整施工方案，全过程实行信息化施工。通过在理论和实践中对施工工艺和支护技术进行深入研究，实现在软土地基城市中安全、稳定、高效地进行深基坑开挖施工，同时尽可能将基坑卸荷引起的沉降、位移等变形影响控制在允许范围内，已成为当前一个非常迫切而重要的课题[3]。

本文以平潭高铁站前城市综合体项目深基坑工程为背景，分析该项目周边环境的复杂性、多样性及施工工期对基坑支护模式的影响。论述大型深基坑如何根据各边条件的不同，合理地采用分区分级支护技术，以达到基坑工程安全适用、保护环境、技术先进、经济合理、确保质量的目的。

1 工程概况

1.1 项目概况

平潭高铁站前城市综合体项目位于福建省平潭综合实验区高铁站西侧，用地面积约210 000 m2。地上为多栋多层建筑，地下设置1层整体地下室、局部设2层地下室，结构基础形式为桩基础＋防水板。2层地下室区域基坑开挖深度约11.06 m，1层地下室区域基坑开挖深度约7.46 m，东侧高铁站房边基坑开挖深度为9.76 m。基坑周长约1.8 km，开挖面积约140 000 m2。

1.2 基坑周边环境状况

基坑南、北、西三侧为规划道路，需考虑基坑开挖与周边道路软基处理的施工交叉作业。基坑东侧紧邻已建高铁站房，站房为地上多层建筑，无地下室。站房为本基坑工程需重点保护的建筑。

考虑基坑开挖深度与周边环境的不同，本工程东侧靠近高铁站房及地下2层区域边界基坑安全等级为一级，其余处基坑安全等级为二级。

1.3 工程地质条件

场地地貌属海积平原，土层厚薄不一，起伏大。基坑开挖影响范围主要土层由上至下依次为素填土、淤泥质土、粉质黏土、粉砂、黏土、淤泥质土、强风化花岗岩（砂土状）、强风化花岗岩（碎块状），基坑侧壁土层抗剪强度普遍为较低-中等，开挖后侧壁稳定性差。

场地地下水类型主要包括上层滞水、孔隙承压水，地下水初见水位埋深0.30～2.10 m，年水位变幅为1～2 m。素填土主要赋存上层滞水，该层透水性、富水性一般，水量一般。淤泥质土和粉质黏土的透水性、富水性较差，表现为相对隔水层。粉砂中的孔隙承压水受侧向补给，为中等透水性，水量较丰富。

1.4 施工难、特点分析

本基坑工程施工主要有如下难点：

1）基坑支护结构均不可进入周边道路路基与建筑地基，锚杆传力体系不可用。

2）开挖面积巨大，若采用水平内支撑方式，存在支撑过长、支撑传力效果不佳、支撑量大等问题。

3）工期紧张。

4）基坑延长大，基坑开挖深度及周边环境多样，地层起伏大。

5）东侧站房边施工操作面狭窄，基坑施工难度大。

6）本基坑属于深大基坑，施工周期长，时空效应明显，预计基坑暴露时间需经历雨季等恶劣天气。

2 分坑方案

本工程基坑外轮廓形状不规则，地下室深度不一，可采用分坑的设计与施工方式。将东北角与东南角的地下2层区域分为分坑1与分坑2，地下1层区域为主坑。分坑1与分坑2采用板式支护体系＋2道钢筋混凝土支撑的方式，支撑采用对撑＋角撑的方式。主坑根据各处环境的不同采用不同的支护方式。为避免深浅坑之间互相影响，确保基坑施工安全，按“先深后浅”的原则，先施工分坑，待分坑完成地下2层结构后进行浅坑施工。分坑支护平面布置如图1所示。

图1 基坑支护总体布置（分坑方案）

分坑方式可有效地控制一次土方开挖量，分坑1与分坑2尺寸大小适中，采用水平混凝土对撑，支撑刚度大，整体性好，安全度高，变形控制能力强。同时支撑支于混凝土冠梁与腰梁，减少了支撑架设、拆除工况与主体结构的关联性，便于施工组织。缺点是支护桩与支撑的工程量增加较多，基于经济性考虑未采用本分坑方案。

3 多种支护方式组合方案

因基坑各区域开挖深度不尽相同、周边环境与水文地质条件不一，最终决定采用整体大坑、多种支护模式组合应用的方式。总体开挖方式为盆式开挖，先施工中部地下室结构，后根据各边不同的支护方式逐步施工坑边结构。整体大坑支护平面布置如图2所示。

图2 基坑支护总体布置（整体大坑）

3.1 地下1层场地受限区域

基坑西侧规划道路边及二期区域施工便道处，基坑开挖深度约7.46 m，坑底位于渗透性较大的粉砂层。采用“顶部放坡＋排桩＋1道内支撑＋止水帷幕”的支护模式。由于场地前期为农田，浅层土体强度差，故顶部放坡坡比采用1∶2，放坡卸土深度为2.5 m。支护排桩采用φ800 mm@1 200 mm钻孔灌注桩，桩端穿过⑦层淤泥质土层，进入其下强度相对较高土层不少于1 m。支撑为支于基础底板的竖向斜撑，规格为φ609 mm×16 mm钢管，倾角约13°，水平布置间距约9 m，长度约12 m。止水帷幕采用φ850 mm@600 mm三轴水泥土搅拌桩（套接1孔），桩长约12 m，确保止水帷幕均能穿过粉砂层进入相对不透水层不少于2 m。典型支护剖面如图3所示。

图3 灌注桩＋1道竖向斜撑典型支护剖面

主要施工次序如下：

1）场地平整至设计标高之下，止水帷幕、支护灌注桩施工，局部深坑加固施工。

2）坑边排水沟施工，顶部放坡卸土，冠梁施工，坑内1∶2留土放坡，喷射混凝土护坡。

3）先期基础底板施工完成，架设支撑施加预应力，坑内留土开挖，施工剩余地下室底板、底板传力带。

4）拆除支撑，进行地下主体结构施工，基坑侧壁土方回填。

该典型剖面主要计算结果如下：最大水平位移22 mm，最大弯矩565 kN·m，整体稳定系数2.31，坑底抗隆起系数2.36，墙底抗隆起系数6.39，抗倾覆稳定系数1.6，支撑内力150 kN。

3.2 地下1层场地开阔区域

本工程一、二期分界处，基坑开挖深度约为7.16 m，坑底位于粉砂层。采用“两级放坡＋止水帷幕”的开挖模式。放坡坡比为1∶2，中间设3 m平台。止水帷幕采用φ850 mm@600 mm的三轴水泥土搅拌桩（套接1孔），桩长约为14.6 m，确保止水帷幕进入相对不透水层不少于2 m。考虑该基坑施工的工期较长，且该地区降水量大，坡面设厚100 mm的C20喷射混凝土面层。典型开挖剖面如图4所示。

图4 两级放坡开挖典型剖面

主要施工次序如下：

1）场地平整至设计标高之下，止水帷幕施工。

2）排水沟施工，1∶2放坡开挖，喷射混凝土护坡。

通过上述分析，吉奇对弗雷格判断杠的不当使用就很清楚了。弗雷格的判断杠是加在被他称为“语句”的单独词项之前的。因为这样的“语句”本身不具备判断力，而无法被用来做判断，所以当我们想做判断时，就需要通过判断杠将它改造成具有判断力的表达式。弗雷格引入判断杠“|”是必要的，他需要这样一个符号来将已被他剥夺了判断力的语句再恢复判断力。吉奇在没有明确弗雷格本意的前提下就直接借用判断杠“|”，并加在自然语句之前，是错误的。因为自然语句不是单独词项，它本身就携带判断力，没有必要再为它加上判断杠。

3）施工地下主体结构，基坑侧壁土方回填。

该典型剖面的整体稳定系数为1.43。

3.3 地下2层区域

本工程地下2层基坑开挖深度约11.06 m，坑底位于黏土层。采用“顶部放坡＋排桩＋2道内支撑＋止水帷幕”的支护模式。顶部放坡卸土坡比为1∶2，最大限度地利用场地条件确定卸土深度为2.46 m。支护排桩采用φ1 000 mm@1 200 mm钻孔灌注桩，桩端穿过⑦层淤泥质土层，进入其下强度相对较高土层不少于1 m。2道支撑均为竖向钢斜撑，水平布置间距约9 m，长约24 m。第1道支撑支于地下1层结构梁板，规格为φ609 mm×16 mm钢管。第2道支撑支于基础底板，规格为2φ609 mm×16 mm钢管。止水帷幕采用φ850 mm@600 mm三轴水泥土搅拌桩（套接1孔），桩长约16.14 m，确保止水帷幕进入相对不透水层不少于2 m。为控制基坑变形，坑内设暗墩加固。典型支护剖面如图5所示。

图5 灌注桩＋2道竖向斜撑典型支护剖面

主要施工次序如下：

1）场地平整至设计标高之下，止水帷幕、支护灌注桩、立柱桩施工，坑内加固施工。

2）坑边排水沟施工，顶部放坡卸土，冠梁施工，坑内1∶2两级留土放坡，喷射混凝土护坡。

4）拆除第2道支撑，施工剩余地下1层结构，施工地下1层楼板传力带，拆除第1道支撑，施工剩余地下室结构，基坑侧壁土方回填。

该典型剖面主要计算结果如下：最大水平位移25 mm，最大弯矩770 kN·m，整体稳定系数2.74，坑底抗隆起系数2.93，墙底抗隆起系数17.19，抗倾覆稳定系数1.41，第1道支撑内力160 kN，第2道支撑内力420 kN。

3.4 东侧站房边

基坑东侧已建高铁站房基础形式为桩基承台，承台及基础拉梁顶相对标高为－0.10 m。基坑开挖面距东侧已建高铁站房基础边缘仅4.2 m，距站房2层挑梁边缘仅1.9 m，基坑支护结构施工空间狭小。此处基坑开挖深度为9.76 m，坑底位于淤泥质土层及粉砂层。采用“排桩＋1道内支撑＋止水帷幕”的支护模式。支护排桩采用φ1 000 mm@1 200 mm钻孔灌注桩，桩端嵌于强风化花岗岩层，桩长约32 m。支撑采用竖向钢斜撑，规格为2φ609 mm×16 mm钢管，支撑水平间距约8 m，支撑牛腿设于先期施工的基础底板上。由于基坑开挖深度大，仅设1道支撑，故在钢管支撑拆除前加设H400 mm×400 mm型钢斜换撑。止水帷幕采用φ850 mm@600 mm高压旋喷桩，桩端穿过渗透性较大的粉砂层不少于2 m。为控制基坑变形，采用φ800 mm@600 mm高压旋喷桩进行坑内裙边加固，加固平面宽度为5 m，加固深度为坑底之下5 m。典型支护剖面如图6所示。

主要施工次序如下：

1）场地平整至设计标高之下，止水帷幕、支护灌注桩、立柱桩施工，坑内加固施工。

2）坑内1∶2两级留土放坡，喷射混凝土护坡，冠梁施工，先期基础底板施工。

3）架设钢管支撑，开挖坑边留土、施工剩余基础底板及底板传力带。

4）型钢斜换撑施工，拆除钢管支撑，地下室结构施工，基坑侧壁土方回填，割除型钢斜换撑。

该典型剖面的主要计算结果如下：最大水平位移21 mm，最大弯矩910 kN·m，整体稳定系数2.89，坑底抗隆起系数2.97，墙底抗隆起系数18.71，抗倾覆稳定系数1.47，支撑内力250 kN，型钢斜换撑内力90 kN。

4 结语

深大基坑施工是一个系统工程，在确保基坑开挖安全的前提下，如何做到经济合理、保质按期、绿色环保及尽可能减少开挖对周边建（构）筑物、市政管线的影响是一项重要工作。

本文以平潭高铁站前城市综合体项目深基坑工程为背景，分析了该项目周边环境的复杂性、多样性。论述了复杂环境下深大基坑采用大坑盆式开挖、多种支护方式组合应用的可行性，得出如下结论：

1）大型基坑周长大，各边环境与开挖深度不一，采用不同支护方式是必要且可行的。

2）当基坑面积较大，采用1～2道竖向钢斜撑，利用先期完成的主体结构作为支点，可有效地确保基坑稳定，减少支撑工程量。

3）在砂性软土地区，当场地开阔时，深度7 m左右的基坑可采用两级放坡的开挖方式。

4）在砂性软土地区，深度9 m左右的基坑可采用1道竖向钢斜撑结合坑内加固及换撑的支护模式。