饱和软黄土深基坑支护体系实践及开挖变形分析

饱和软黄土深基坑支护体系实践及开挖变形分析

高钰奇

中铁一局集团有限公司第三工程分公司    陕西省宝鸡市    721006

摘要：随着我国经济的飞速发展，我国国民生活水平也稳步提升，为了人民日益增长的美好生活需要，势必要对城市配套设施进行新一轮的改造与升级。本文研究了西安市碑林区某饱和软黄土深基坑工程的支护方案设计及基坑变形规律，依据基坑降水、开挖和支护方案及监测结果，发现通过止水帷幕和控制降水速率的共同作用，对饱和软黄土基坑的施工变形控制具有良好效果，可为类似工程条件的基坑支护设计及降水施工方案提供参考。

1. 项目概况

西安市碑林区某深基坑工程，紧邻场地西侧及北侧有已建建筑物，场地南侧及东侧为车流量较大的城市道路。基坑拟开挖面积超过20000m2开挖深度14.15-15.10m且项目附近存在兴庆湖及护城河两大地表水体，西安古城墙等历史文化建筑。项目所处地区为黄土洼地，位于两条地裂缝中间，拟施工场地土层复杂多样，力学性质较差。场地地下水位2.9-4.5m，埋深较浅，易对地表产生影响。因此，如何在保证不对周边建筑，环境造成破坏性影响的前提下，进行施工降水以保障项目基坑开挖的顺利进行，成为了项目推进过程中的关键难题。

2. 工程重难点分析

该项目场地周围既有建筑物众多，且距离基坑较近，拟建基坑西侧为多栋砖混结构2-7层建筑，距离基坑上口线直线距离8.41～18.01m不等，基坑北侧两栋建筑距离拟建基坑上口线20.40m ;基坑东、南侧道路距离基坑上口线直线距离8.70~17.60m ，道路中间有雨污水井、给水井以、通讯和燃气等市政管线，距离基坑上口线最近为5.14m。该场地地下水位较高，埋深2.90m~4.50m ，属潜水类型，场地第3层和第5层土为饱和软黄土层，且各土层土性差异较大，故而在基坑开挖过程中，极可能出现因施工及降水引起地层的不均匀沉降，导致地下管线破裂，周边建筑不均匀沉降等工程危害，需加强防范。已有的工程实践表明，饱和软黄土带来的施工问题主要包括，地层大幅沉降，地表不均匀沉降，易受扰动，孔隙水压力大等情况，以上问题都将成为基坑降水开挖，支护设计的重点考虑因素。

3. 基坑降水开挖及支护方案设计

根据拟建场地水文地质条件和工程特点，采用坑内疏干降水与坑外止水帷幕相结合的方法。止水体系采用单排三轴搅拌桩，在地下水位以下采用屏蔽式施工措施，防止地下水渗漏。止水帷幕外侧布置20口回灌井，坑内布置25口降水井。降水井施工与基坑支护及土方开挖前进行。为了确保安全，在降水工作启动之前，应测量各降水井及观测水位的情况，降水启动后，每1-2小时测定水位一次，当趋于稳定后，每台班测量一次。在降水过程中，控制基坑内水位线处于基底面一下1.0-1.5m，为了延缓控制施工降水引起的地面和周边建筑不均匀沉降，在降水过程中依据监测数据及时调整抽水井数量（分批启动降水井）。

本项目基坑土方开挖遵守分区，分层，分段，对称，均衡原则，下层土方的开挖严格确保上层支护结构强度达标后方可进行。当基坑变形速率加大，超过控制值时，及时调整开挖方案，必要时采取坑内回填反压坑壁确保稳定。

基坑围护体系主要采用钻孔灌注桩+旋喷锚索支护及双排桩的形式。止水体系采用单排三轴3Φ850@1200搅拌桩，水泥掺量不小于20%，施工深度为冠梁以下25m，厚度850mm形成止水帷幕，地下水位以下，锚桩采取屏蔽式施工措施，防止地下水渗漏。围护体系整体采用单排Φ800@1600钻孔灌注桩，特别的，在基坑西北角及正西侧，因受既有桩基础建筑的基础限制影响，锚索支护无法充分发挥作用，故而采用间距2.5m的双排桩以强化支护效果。灌注桩有效桩长18.40m，桩间采用挂Φ6@200钢筋网片喷射混凝土C20，厚度60mm，三轴止水帷幕施工完成后随即施工钻孔灌注桩。止水帷幕紧邻支护排桩，排桩与止水帷幕之间的净距150~200mm。

基坑支护结构均为锚拉排桩体系，根据不同场地条件采取不同支护强度，基坑面层采用挂Ψ6@200双向钢筋网及C20喷射砼。除围护桩支护结构外，基坑东侧设置三道旋喷锚索，锚索标高分别为，407.3m，403.8m，400.3m，锚索长度分别为20m，19m，17m，内置4s15.2钢绞线，倾角设置为20°，外侧使用22b双拼工字钢腰梁。基坑北侧为某桩基础楼体地下车库，支护方案如图4（b），由上至下共三道旋喷锚索，第一道锚索标高408.3m，后续每3.5m设置一道锚索。锚索长度均为9m，孔径φ400mm@1600，内置4s15.2钢绞线，倾角设置为15°，外侧使用22b双拼工字钢腰梁。基坑南侧为某城市道路，由上至下共三道旋喷锚索，第一道锚索标高408.3m，后续每3.5m设置一道锚索。锚索长度分别为19m，18m，16m，孔径φ400mm@1600，内置4s15.2钢绞线，倾角设置为23°，外侧使用22b双拼工字钢腰梁。基坑西侧为某老旧小区既有建筑，锚索长度均为9m，孔径φ400mm@1600，内置4s15.2钢绞线，倾角设置为15°，外侧使用22b双拼工字钢腰梁。

4. 基坑水平位移变化情况

沿基坑周边共布设21个基坑变形观测点，由于施工道路及遮挡，得到18个监测点数据。在基坑降水开挖的全过程中，对基坑变形和地下水位变化进行了严密的施工监测，基坑沉降，水平位移及地下水位监测结果如图1-图3所示。

图1基坑水平位移曲线

图2基坑沉降曲线

分析图1和图2可知，基坑水平位移和沉降监测由6月20日开始，至7月18日监测点全部布设完成。从整体上看，所有基坑监测点变形曲线基本平行，斜率一致。在8月15日前，变形和沉降曲线均较为平缓，这一阶段基坑变形发展较慢，从8月15日至9月12日这一阶段，曲线斜率增大，位移变化量明显增大，说明在这一时期内基坑变形和沉降进入了加速发展的时期。从9月29日开始至监测结束，位移曲线再度放缓，这足以说明该阶段基坑水平变形趋于稳定，各监测点位移进入平缓时期。

从整体监测结果来看，基坑水平位移和沉降曲线均呈现出加速-平缓-再加速-再平缓这一特性，这是由于基坑开挖过程中侧向土体卸载及支护结构发挥作用所共同影响产生的现象。在监测初期，地层降水开始，施工开挖刚刚进行，由于土体受到侧向卸载及地下水位降低的共同作用，所以其水平位移和沉降均发展较快，随着施工开挖的进行，第一道基坑侧向支护施工完成后，受到支护结构的抵抗作用，基坑变形明显放缓，随着开挖和降水的持续进行，主动土压力不断增大，一道基坑支护对基坑侧向变形的限制作用逐渐减弱，变形速率再次加快，待第二道支护施工完成，又再次趋于稳定，如此往复直到整体开挖完成，基坑侧向水平位移和沉降才最终趋于稳定。

图3地下水位变化表

从图3可以看出，地下水位波动降低，表明了本工程所采用止水帷幕的有效性。在整个施工过程中，降水主要在8月11日前进行，从8月11日之后，基坑地下水位趋于稳定。特别注意到在6月30日各监测点位出现了一次水位骤然抬升，其原因是项目场地遭遇大暴雨，排水不畅导致各点位水位骤然上升，之后水位迅速恢复正常，对整体工程降水并未产生较大影响。从整体来看，在施工前期，地下水位较高，降水速度较快；后期地水位较低时，降水速度较慢。

9月中旬，基坑开挖至设计标高，基坑水位保持稳定，基坑变形也趋于稳定。在整个降水施工过程中，基坑各监测点位沉降速率，累积沉降值，变形速率，累积变形量远小于规范及设计要求，说明了该饱和软黄土基坑防水、支护及开挖方案的合理性。

5. 结论

项目场地基坑开挖深度大、周边既有建筑多且离基坑近，地层情况复杂，通过合理的降水措施和差别化的支护方案，可以较好的控制基坑变形和周边建筑物的沉降，保证基坑安全。 

（1）降水速度与地表沉降发展呈正相关，降水速度越快，地表沉降和基坑变形速率越大。

（2）在相同的降水条件下，饱和软黄土地层的变形和沉降大于一般常见的Q3黄土。

（3）针对周边环境重要性设置差异化支护结构方式，结合阶段性降水方案可以有效控制变形发展。

参考文献

[1]张亚龙,张玉峰,宋奇昱,张书敏.西安饱和软黄土高水位核心区基坑降水技术[J].施工技术,2021,50(04):91-94.

[2]张亚龙,张博望,张书敏,宋奇昱.饱和软黄土高水位地区深基坑钢支撑轴力监测与分析[J].施工技术,2021,50(04):87-90.

[3]高翔,宁波,高涵.饱和软黄土降水效果对比分析研究[J].科技创新导报,2019,16(18):69-73.DOI:10.16660/j.cnki.1674-098X.2019.18.069.

[4]高虎艳,邓国华.饱和软黄土的力学与工程性质分析[J].水利与建筑工程学报,2012,10(03):38-42.

[5]于文龙,亢佳伟,邓国华.饱和软黄土停止降水后变形规律及应对措施研究[J].水利与建筑工程学报,2022,20(04):197-203.