權(quán) 威 朱浦棟

（中南勘察基礎(chǔ)工程有限公司，湖北武漢 430080）

0 引言

我國(guó)城市地下空間開發(fā)的規(guī)模逐漸加大，城市深基坑工程日益增多。對(duì)于含深厚淤泥的基坑工程，開挖過程中支護(hù)結(jié)構(gòu)變形較大是基坑支護(hù)關(guān)注的首要問題，研究表明[1-4]，對(duì)于含深厚軟土的基坑，對(duì)基坑被動(dòng)區(qū)加固能顯著改善支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力及變形，而攪拌樁作為主要方法之一[5-6]，在基坑工程中得到了普遍應(yīng)用。

眾多學(xué)者對(duì)被動(dòng)區(qū)加固的變形控制效果進(jìn)行了分析，馬海龍等[7]、秦愛芳等[8]、屈若楓等[9]研究了被動(dòng)區(qū)深度和寬度對(duì)支護(hù)體系受力與變形的作用，且給出了合理的建議值；侯新宇等[10]總結(jié)了加固體對(duì)超大深基坑的作用，最終顯示，攪拌樁加固能減小27%的支護(hù)結(jié)構(gòu)變形，且能明顯抑制坑底隆起；鄭俊杰等[11]、熊春寶等[12]針對(duì)不同的被動(dòng)區(qū)形式進(jìn)行了研究，得到了不同加固方式的加固效果并給出工程意見。但多數(shù)研究重點(diǎn)關(guān)注加固深度和寬度以及加固方式帶來的影響，未綜合考慮加固體寬度與基坑尺寸存在明顯空間效應(yīng)時(shí)被動(dòng)區(qū)加固體的效果。

以武漢白沙洲長(zhǎng)江大橋西側(cè)老關(guān)村K3 地塊基坑工程為例，基于二維數(shù)值模擬，介紹攪拌樁加固體作為“暗撐”結(jié)構(gòu)在基坑工程中的應(yīng)用。不同于常規(guī)被動(dòng)區(qū)加固結(jié)構(gòu)作用長(zhǎng)度有限，大型狹長(zhǎng)型基坑的攪拌樁直接從基坑支護(hù)樁的一側(cè)通向基坑的另一側(cè)支護(hù)樁，形成基底以下具有一定強(qiáng)度的連續(xù)水泥土墻，提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的被動(dòng)區(qū)抗力，類似一道看不見的支撐。實(shí)踐證明，該方法可以彌補(bǔ)深厚軟土基坑土方挖運(yùn)困難、支撐結(jié)構(gòu)層數(shù)過多、被動(dòng)區(qū)抗力過小等不足，充分發(fā)揮攪拌樁加固的優(yōu)點(diǎn)，豐富了長(zhǎng)江Ⅰ級(jí)階地上的基坑支護(hù)方法，具有一定借鑒意義。

1 基坑工程概況及特點(diǎn)

1.1 工程概況

老關(guān)村K3 地塊位于武漢市漢陽區(qū)長(zhǎng)江路老關(guān)村，項(xiàng)目含2 棟34～40 層辦公樓，5 棟45～55 層住宅樓、3 層裙房及整體2 層地下室?；A(chǔ)形式為樁筏板基礎(chǔ)，持力層落于中等風(fēng)化巖。

基坑開挖面積約45600 m2，周長(zhǎng)約1300 m，東西向?qū)挾?44 m，南北向長(zhǎng)度572 m。主體結(jié)構(gòu)±0.000=+26.650 m，基坑分為機(jī)械車位區(qū)域和普通車位區(qū)域，機(jī)械車位區(qū)域基坑普挖標(biāo)高-12.750 m，電梯坑中坑標(biāo)高-15.150～-18.950 m；普通車位區(qū)域基坑普挖標(biāo)高-10.150 m，電梯坑中坑標(biāo)高-12.550 m。場(chǎng)地東南角地勢(shì)高，整個(gè)場(chǎng)地整平標(biāo)高+23.500～+25.500 m?；由疃?.00～11.60 m，基坑安全性等級(jí)為一級(jí)。基坑周邊環(huán)境圖及監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置圖見圖1。

圖1 基坑周邊環(huán)境及監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置圖

1.2 工程特點(diǎn)

（1）基坑大

基坑開挖面積45600 m2，周長(zhǎng)約1300 m，深度7.00～11.60 m，屬深大基坑。

（2）基坑周邊環(huán)境緊張

基坑西側(cè)臨楊泗港貨運(yùn)鐵路專線，本項(xiàng)目剪力墻與鐵軌最近處3.7 m；東側(cè)臨長(zhǎng)江80 m 堤防保護(hù)線，南側(cè)臨天然基礎(chǔ)磚混民房，鐵路及磚混民房對(duì)于基坑引起的地面沉降較為敏感。

（3）深厚軟弱土層

項(xiàng)目地處長(zhǎng)江左岸Ⅰ級(jí)階地，支護(hù)坑壁范圍內(nèi)存在平均厚度約14 m 的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，深厚軟土孔隙比大，含水量高，靈敏度高，抗剪強(qiáng)度低，工程性質(zhì)差。

（4）施工工期緊，施工組織考驗(yàn)大

項(xiàng)目位于長(zhǎng)江防洪控制區(qū)，緊貼堤防保護(hù)線，基坑施工與開挖需考慮長(zhǎng)江豐水期停工對(duì)整體工期安排的影響。

（5）土方挖運(yùn)量大，挖運(yùn)困難

因基坑面積大，深度深，坑底土質(zhì)軟弱，土方外運(yùn)工程量大，且基坑整體為狹長(zhǎng)型，不便于設(shè)置下坑坡道，從而造成土方挖運(yùn)困難。

2 場(chǎng)區(qū)環(huán)境地質(zhì)條件

場(chǎng)地地貌單元為長(zhǎng)江左岸Ⅰ級(jí)階地。各土層的參數(shù)見表1 及典型土層剖面見圖2。

表1 土層物理力學(xué)參數(shù)表

圖2 典型地質(zhì)剖面圖

根據(jù)埋藏條件、地下水動(dòng)力特征，地下水類型主要分三類：上層滯水、孔隙承壓水、基巖裂隙水。

上層滯水無統(tǒng)一自由水面，水量不大；孔隙承壓水主要賦存于中部的互層及圓礫層中，富水性較強(qiáng)，接受地下徑流側(cè)向補(bǔ)給，與長(zhǎng)江水有一定的水力聯(lián)系，該承壓水的水頭高程約為地面下3 m。基巖裂隙水賦存于下部粉砂質(zhì)泥巖的裂隙中，按其埋藏條件屬弱承壓水，對(duì)基坑開挖影響較小。

3 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 基坑支護(hù)方案

本基坑周邊環(huán)境條件及工程地質(zhì)條件復(fù)雜，基坑設(shè)計(jì)方案的關(guān)注點(diǎn)在于對(duì)西側(cè)楊泗港鐵路的保護(hù)，以及長(zhǎng)江豐水期時(shí)政策要求停工對(duì)于整體項(xiàng)目工期的影響。

根據(jù)《普速鐵路線路修理規(guī)則》，線路軌道靜態(tài)幾何不平順容許偏差管理值（V≤80 km/h“計(jì)劃維修”）中軌距、水平、高低容許變化值在6 mm 以內(nèi)。鑒于此種情況，基坑支護(hù)總體方案可考慮明挖順做（鉆孔灌注樁+一道混凝土內(nèi)支撐+被動(dòng)區(qū)加固支護(hù)體系）。同時(shí)基坑根據(jù)建設(shè)方的整個(gè)施工規(guī)劃安排分成兩期施工，一期為南側(cè)的23#-27#住宅樓，二期為北側(cè)的21#-22#商業(yè)樓?；訃o(hù)平面圖及各區(qū)段灌注樁設(shè)置情況見圖3 和表2。

表2 不同區(qū)段開挖深度與支護(hù)樁型號(hào)統(tǒng)計(jì)表

圖3 基坑支護(hù)平面圖

3.2 攪拌樁加固體“暗撐”的設(shè)計(jì)

根據(jù)湖北省地標(biāo)《建筑地基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》（DB 42-242-2014）中第10.1.1.12 條要求：“采用灌注樁的高度超過50 m 的高層建筑，當(dāng)承臺(tái)下存在厚度大于2 m 的淤泥或fak＜60 kPa 飽和軟土?xí)r，應(yīng)對(duì)承臺(tái)下和承臺(tái)間軟土進(jìn)行加固或換填處理。承臺(tái)間和承臺(tái)下可采用攪拌樁格構(gòu)式加固，承臺(tái)下處理深度不用小于2 m，加固范圍為承臺(tái)周邊外不少于1 m”。本項(xiàng)目主樓筏板底需進(jìn)行攪拌樁加固處理，結(jié)合基坑空間形狀呈狹長(zhǎng)型的特殊性，被動(dòng)區(qū)加固與主樓加固近乎相連。出于對(duì)軟土基坑開挖的安全性把控以及項(xiàng)目工期的嚴(yán)格要求，通過再次增設(shè)加固體，被動(dòng)區(qū)加固協(xié)同主樓筏板加固、坑中坑高差加固等共同形成以主樓為核心，基坑?xùn)|西向連通的地下加固“暗撐”受力體系，在增加被動(dòng)區(qū)抗力的同時(shí)，有效降低支護(hù)結(jié)構(gòu)變形，減小樁徑，降低配筋率，形成上部混凝土支撐+下部攪拌樁“暗撐”的聯(lián)合支撐體系。攪拌樁采用粉噴樁支護(hù)，樁徑500 mm@400 mm×400 mm，實(shí)樁部分水泥摻入量15%，空孔部分水泥摻入量7%。見圖4-圖6。

圖4 基坑加固體平面圖

圖5 普通區(qū)域基坑典型剖面圖（單位：mm）

圖6 加固體暗撐區(qū)域典型剖面圖（單位：mm）

4 有限元計(jì)算分析

4.1 有限元模型

采用MIDAS GTS 軟件建立了不同樁徑（D=0.8～1.7 m）下不采用“暗撐”和采用“暗撐”的有限元模型，對(duì)“暗撐”的加固效果進(jìn)行分析。所選剖面為臨近鐵路，變形監(jiān)測(cè)最大的區(qū)域，即圖1 中監(jiān)測(cè)點(diǎn)CX25 所對(duì)應(yīng)的位置。

不同分析工況下有限元模型如圖7 所示，土體采用修正莫爾-庫(kù)侖模型，支護(hù)結(jié)構(gòu)采用理想彈塑性本構(gòu)模型[13-15]。土層及支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。

圖7 有限元模型

4.2 有限元對(duì)比計(jì)算結(jié)果分析

不加固（坑底不做處理）時(shí)的支護(hù)樁水平方向變形及受力如圖8 所示，被動(dòng)區(qū)加固時(shí)支護(hù)樁水平方向變形及受力如圖9 所示，施加“暗撐”時(shí)支護(hù)樁水平方向變形及受力如圖10 所示，不同工況下支護(hù)樁最大水平位移及最大彎矩對(duì)比如圖11 和12 所示。

圖8 坑底未加固時(shí)支護(hù)樁的水平位移及彎矩圖（D=1.1 m）

圖9 被動(dòng)區(qū)加固時(shí)支護(hù)樁的水平位移及彎矩圖（D=1.1 m）

圖10 暗撐加固時(shí)支護(hù)樁的水平位移及彎矩圖（D=1.1 m）

圖11 支護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移

由圖8-圖12 可以看出：基坑坑底被動(dòng)區(qū)施加 “暗撐”相比于被動(dòng)區(qū)加固，相比不施加“暗撐”，可以有效減小支護(hù)樁的水平位移和彎矩，且隨支護(hù)樁徑的變大，支護(hù)樁的水平位移逐漸減小，彎矩逐漸變大。當(dāng)被動(dòng)區(qū)不加固時(shí)，樁徑1.1 m 對(duì)應(yīng)的最大水平位移為15.5 mm，最大彎矩為1040.8 kN·m；被動(dòng)區(qū)加固時(shí)，樁徑1.1 m 對(duì)應(yīng)的最大水平位移為8.57 mm，最大彎矩為609.3 kN·m；施加“暗撐”時(shí)，樁徑1.1 m 對(duì)應(yīng)的最大水平位移為5.24 mm，最大彎矩為534.8 kN·m。在位移控制相當(dāng)?shù)那闆r下，施加“暗撐”比被動(dòng)區(qū)加固和不加固所需的樁徑及彎矩都要小，因此在基坑坑底施加“暗撐”可以有效減小支護(hù)樁的直徑和配筋率。

圖12 支護(hù)結(jié)構(gòu)最大彎矩

5 基坑監(jiān)測(cè)

5.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)項(xiàng)目及布設(shè)原則

（1）沿基坑周邊每隔20 m 設(shè)置一處水平和豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，鐵路處沿基坑邊方向全長(zhǎng)加密布置。

（2）沿基坑周邊每隔25 m，特別中部、陽角及代表性的部位設(shè)置圍護(hù)樁深層水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

（3）支撐軸力監(jiān)測(cè)，布置在支撐長(zhǎng)度的1/3 處，每種支撐截面不少于3 個(gè)。

（4）道路沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，沿基坑邊道路每隔25 m布置一監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

現(xiàn)場(chǎng)施工見圖13。

圖13 現(xiàn)場(chǎng)施工圖片

5.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果

圖14、圖15、圖16 展示基坑開挖至設(shè)計(jì)基底標(biāo)高時(shí)，鐵路處水平變形和沉降實(shí)測(cè)結(jié)果以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移變形實(shí)測(cè)結(jié)果。結(jié)果表明：鐵路側(cè)沉降量最大為D25 監(jiān)測(cè)點(diǎn)，最大值為4.86 mm；鐵路側(cè)水平變形量為D25 監(jiān)測(cè)點(diǎn)，最大值為4.50 mm；支護(hù)樁深層水平位移最大為CX18 監(jiān)測(cè)點(diǎn)，最大為8.15 mm。由圖可知，樁撐結(jié)構(gòu)在基坑運(yùn)行過程中，能夠很好地控制水平位移?；訃o(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移趨勢(shì)與設(shè)計(jì)計(jì)算變形趨勢(shì)一致，變形曲線整體趨勢(shì)為“上下小，中部大”。基坑監(jiān)測(cè)結(jié)果均沒有達(dá)到設(shè)計(jì)提出的預(yù)警值，基坑處于安全狀態(tài)，且監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均滿足相關(guān)規(guī)范要求。

圖14 鐵路水平變形值

圖15 鐵路沉降量值

圖16 支護(hù)樁樁身水平變形值

6 結(jié)論

（1）本工程結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)、周邊環(huán)境保護(hù)要求、場(chǎng)地空間等，在整體選擇樁撐支護(hù)的前提下提出攪拌樁加固作為“暗撐”的支護(hù)措施，可有效提高軟土區(qū)域被動(dòng)區(qū)抗力，減小支護(hù)樁樁徑，降低支護(hù)樁配筋率，提高支護(hù)體系抗變形能力。最終監(jiān)測(cè)顯示，基坑的整體變形效果控制較好，圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形與鐵路變形均在規(guī)范允許規(guī)定值以內(nèi)。

（2）加固體“暗撐”的順利施工，不僅有效解決基坑開挖過程中土方車運(yùn)輸問題，同時(shí)也可保證已施工工程樁的安全，降低深厚軟土區(qū)域基坑開挖的隱形風(fēng)險(xiǎn)。

（3）本工程是深厚軟土區(qū)域的深基坑支護(hù)，后續(xù)可進(jìn)一步研究“暗撐”剛度以及間距等工作性狀對(duì)基坑的影響，對(duì)類似地質(zhì)、環(huán)境、工程規(guī)模條件下的基坑方案設(shè)計(jì)、施工建設(shè)等提供借鑒。