深基坑侧壁大范围地质异常加固处理措施

李亚涛，李晓霖，周 创，薛盟盟

(1.北京城建设计发展集团股份有限公司，北京 100037； 2.国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心，北京 100160)

1 概述

随着城市基础设施的不断建设，地下管网、地下道路越来越密集，地下建构筑物相互之间的距离以及距建筑红线的距离越来越近。面对这种现状，深基坑工程就对设计者和施工者提出了更高的要求。受地层条件、场地环境等因素的限制，越来越多的深基坑设计、施工时须要从非对称基坑条件去设计考虑。金亚兵等[1]对不同类型非对称荷载基坑内力、变形进行了数值模拟和设计方法探讨；徐长节等[2]采用PLAXIS分析了基坑在非对称开挖工况下内力和变形分析，随着开挖深度增加基坑两侧变形、沉降、基坑隆起均有较大的差异。目前文献中对非对称基坑主要从非对称荷载、非对称开挖条件下基坑的内力和变形方面介绍，对基坑两侧地层差异较大条件下的支护形式和处理措施介绍较少。

本文以某新建片区综合管廊线性基坑工程为背景，基坑形式为桩撑支护，基坑宽度14.2 m、基坑深度为19 m。由于勘察单位在详勘阶段未完全揭露地层条件，在围护桩已施工完成、基坑开始开挖过程中，发现桩基侧壁处于素填土中，且素填土范围大、深度深、土质疏松，且受场地条件限制，无法修改原有的围护结构形式，基坑为非对称基坑；通过对相关场地条件、地层地质情况、原有支护形式、理正结构和Midas-GTS软件对非对称基坑综合分析，提出了有针对性的地层加固处理方案，保证了基坑安全和工程顺利进行。

2 工程概况

2.1 项目概述

某片区综合管廊深基坑支护形式为桩撑支护。综合管廊标准段采用三层箱型结构形式，由下向上分别为：主管廊层(电力舱、能源舱、综合舱、燃气舱)、多功能夹层、物流廊道层，结构内净尺寸(宽×高)为12.80 m×10.70 m，如图1所示，沿线有十字型、T型交叉节点；主管廊基坑深度为16 m～22 m，基坑宽度为14.2 m，围护形式如图2所示，十字型、T型交叉节点采用深浅坑异形围护结构形式，分支节点处基坑深度为2.8 m～13 m。综合管廊沿线地质情况从上到下主要为杂填土、粉土、粉质黏土、粉砂、细砂等。综合管廊基底主要处于④1粉质黏土。

2.2 基坑支护变形和沉降

本工程在施工期间有一区段长约150 m，由于勘察单位在勘察期间未完全揭露此部分地层情况，该范围基坑侧壁存在大范围素填土且埋深较深，施工单位桩基施工完成，基坑在开挖过程中周边施工便道发生沉降，边坡及部分冠梁阳角产生裂缝。此范围除综合管廊标准段围护结构外，还有十字、T型交叉节点异形围护结构形式；主管廊基坑深度为19 m，分支节点处基坑深度为2.8 m～13 m。原支护结构平面图和素填土范围见图3，十字型交叉节点横剖面图见图4。

2.3 周边环境

1)距离基坑边10 m处有施工便道，此便道为该片区主要运输通道，无法中断，且受周边环境及施工临建影响无法进行导改。

2)基坑周边距离较近处有施工塔吊、施工临建等等(如图5所示)。

2.4 勘察补勘

勘察单位在基坑边坡及部分冠梁阳角产生裂缝、支撑轴力超限处进行补勘并加密勘测孔，发现此区域存在填土坑且深度深、范围较大，局部区域伴有生活垃圾，如图6，图7所示。

根据勘察结果揭露，此范围内土质为：

杂填土①1层，杂色，松散，以建筑垃圾为主，层底深度2.5 m～18.7 m，层厚1.6 m～4.0 m；素填土①2层，黄褐色(褐黄色)以粉土为主，含少量粉质黏土，层底深度0.5 m～2.2 m，层厚0.5 m～19.8 m；杂填土(生活垃圾)，杂色，含大量砖块、混凝土块、植物根系、草木灰、电缆皮、塑料袋等，有腐臭味，层底深度15.8 m～18.7 m，层厚0.8 m～1.7 m。人工填土层厚度变化大，堆积时间短，结构松散，土质很不均匀，力学性质差，稳定性较差，对明挖基坑支护体系稳固、基坑侧壁变形控制会产生不利的影响，同时填土地层未经过有效处理一般不宜直接作为地基的持力土层。

3 支护变形原因分析

经勘察、设计现场踏勘及勘察补勘揭露地质情况，原基坑支护形式发生变形、施工便道沉降主要有以下原因：

1)勘察勘测时未揭露此处有大范围素填土，基坑桩基单侧处于大范围素填土中，由于素填土自稳能力差，造成基坑单侧土压力大，基坑局部开挖时边坡及部分冠梁阳角产生裂缝。

2)距基坑边10 m处有施工便道，并且施工便道处于素填土之上且有施工重型车辆行驶，造成施工便道沉降。

3)施工便道在施工期间进行洒水，并且施工期间多次降水造成素填土含水量加大，施工重型车辆碾压造成施工便道沉降，并对基坑边坡和基坑围护结构存在影响。

4 填土处理方案

原围护结构形式受地层条件变化基坑变为非对称基坑，若按原支护形式继续开挖，无法保证基坑安全；邵广彪等[3]介绍了基坑处于深度杂填土时采用桩锚和预应力联合钢格构梁支护方案；朱红等[4]对紧邻地铁的深厚回填区采用全断面注浆加固的措施；张学飞等[5]对深度约10 m的基坑局部处于回填约3年的杂填土基坑采用压密注浆+插筋形成的加筋水泥土墙的支护形式；由于本基坑已按原有的结构条件设计，受功能和周围环境限制结构尺寸无法压缩，围护形式无法修改为桩锚、放坡等支护形式；结合基坑支护形式、周边环境、勘察结果，并基于Midas GTS 2-D软件对本非对称基坑进行受力分析、多方案(坑内外土体均不加固；加固坑外素填土；坑内素填土及坑外素填土同时加固；只加固坑内素填土)对比计算，选择对坑外素填土加固处理，并综合考虑经济及《建筑基坑支护技术规程》[6]对基坑内力、变形等要求，基于计算对坑外土体加固范围进行合理确定；采用以下地层处理方案：

1)分支口结构底板存在素填土的处理措施为：采用高压旋喷桩地层加固，加固深度为素填土以下1 m。

2)主管廊、十字型、T型桩基侧壁存在素填土处理措施为：采用高压旋喷桩+三轴搅拌桩地层加固措施，加固水平距离为桩基侧壁5 m范围内土体，深度为地表以下5 m至素填土以下1 m；局部素填土伴有生活垃圾处增加三轴搅拌桩水泥掺量。

3)桩基外侧存在素填土处采用三轴搅拌桩地层加固，由于三轴搅拌桩无法与既有围护结构桩密贴施工，在围护结构桩和三轴搅拌桩之间增设高压旋喷桩用于两者之间密贴。

根据勘察揭露填土范围、填土深度，结合已施工桩基对此区域深基坑地层分段、分区域处理(见图8，图9)。

5 结语

通过对本基坑及非对称基坑研究，得出以下结论：

1)基坑两侧地层差异较大的情况下，采用桩撑支护形式的不对称基坑，对基坑支护结构受力和变形影响较大，不能采用常规规范规定的方法进行分析，需要采用反映地层与支护结构共同作用的分析方法。

2)非对称基坑变形、支护结构内力受地层条件影响，不同于对称基坑的受力分析。

3)采用地层加固措施，可改善非对称基坑受力不利的情况，改善基坑变形、支护结构受力，须综合考虑结构安全及经济因素合理确定加固范围。

目前基坑已按本方案加固处理，且主体结构已施工完成，施工时基坑变形、围护桩内力等各项指标都在可控范围。本文的研究成果可为类似工程的设计和施工提供借鉴和参考。