随着城市建设的发展, 高层建筑大量涌现, 其建造必然会导致大量深基坑工程的产生, 且经常存在在软土中开挖深基坑的情况, 这对软土地区深基坑的设计与施工提出了新的要求。

　　 软土是指滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然细粒土, 具有天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、灵敏度高、扰动性大、透水性差、土层层状分布复杂、各层之间物理力学性质相差较大等特点^[1]。由于软土的性质不同于其他土类, 基坑的设计及施工时需密切注意其特殊性质。

　　 李琳^[2]研究了软土地区深基坑变形特性, 建立了抗隆起稳定安全系数与围护体的最大位移和墙后最大地面沉降之间的关系。郑刚^[3]对基坑施工全过程可能产生的稳定问题进行了分析, 提出了基坑支护结构体系的冗余度设计概念和分类。徐勇等^[4]对深基坑止水帷幕失效原因进行了分析, 指出常规止水措施的局限性, 并针对具体工程提出了处理措施。曹立桥^[5]总结了基坑开挖降水过程中基坑坑底隆起的基本规律, 并得出了软土深基坑开挖过程中工程桩对坑底隆起变形有明显的抑制作用的结论。本文结合某基坑工程, 采用理正深基坑V7.0 (理正深基坑支护结构设计软件) 进行了基坑深层水平位移和坑顶水平位移及内支撑轴力的计算, 并将计算结果与实测结果进行对比分析, 探讨深基坑设计和施工时需注意的问题, 指出软土地区基坑会产生整体位移及扭转变形。

　　 海富力盈凯广场项目位于珠海市横琴新区, 拟建场地西北侧9-9, 10-10区段 (图1) 为市政工程道路堆载, 其余各处基本为一平地。

　　 场地西北侧为拟建兴盛二路, 兴盛二路在基坑施工前正在进行堆载预压, 设计道路边线距地下室外边线约13m, 西北侧地下室外边线距离用地红线10m。场地东北侧为空地, 地下室外边线距离用地红线3m。场地西南及东南侧为拟建兴盛一路, 拟建道路边线距离地下室外边线约14.2m。基坑周边环境及支护平面布置见图1。

　　 基坑深度约16m, 支护结构采用1 400@1 600混凝土灌注桩+三道钢筋混凝土内支撑的支护形式, 内支撑截面尺寸为1 400×1 200, 1 200×1 000, 1 000×1 000三种。桩间止水的原设计方案为采用850@1 200三轴水泥土搅拌桩。后因基坑周边有较多道路地基处理时所留下的水泥粉煤灰碎石桩, 致使三轴水泥土搅拌桩无法施工, 1-1~5-5区段、10-10区段止水方案修改为采用600@1 600双管旋喷桩, 见图2。坑内6.1m宽采用500@400单轴水泥土搅拌桩加固, 见图3。为使基坑开挖能顺利进行, 坑内其他区域采用500@2 000×2 000梅花状布置的单轴水泥土搅拌桩进行了地基处理, 见图4。

　　 拟建场地在区域上处于横琴岛的北缘, 属滨海平原区地貌区, 整体地势较低, 地面标高多在2.0~3.0m之间, 地形较为平坦开阔。

　　 根据场地24个钻孔揭露, 场地地层自地表向下依次为:第四系人工堆积成因 (Q^ml) 素填土;海陆交互沉积相 (Q^mc) 的中砂、淤泥、粉质黏土、粗砂、淤泥质粉质黏土、砾砂及残积成因 (Q^el) 的砾质黏性土层;下伏基岩为燕山二期 (γ₅^2-2) 全风化及强风化花岗岩。设计采用土层物理力学参数见表1。

　　 由于基坑周边存在道路地基处理时遗留下的水泥粉煤灰碎石桩, 桩间距约2 000×2 000, 呈梅花状布置, 致使原设计的三轴水泥土搅拌桩无法施工, 改为双管旋喷桩之后施工效果也不佳, 现场漏水严重, 且因桩间未施工挂网和喷C20混凝土, 造成局部有较多土体从桩间流出, 见图5。

　　 为防止土体继续通过桩间向坑内流动, 经设计方与施工方研究, 决定在基坑外侧采用袖阀管注浆加固, 并在支护桩间200mm空隙内重新施工双管旋喷桩, 此双管旋喷桩桩径为600mm, 桩长要求不小于30m且穿过粗砂层不少于1.5m。袖阀管套壳料的重量配合比为水∶灰∶泥粉=1.88∶1∶1.55。固管料的重量配合比为水∶灰=0.45~0.5。注浆材料重量配合比为水∶灰∶泥粉=1.88∶1∶1.55。注浆材料为水泥+化学材料。水泥为42.5R普通硅酸盐水泥。注浆采用分段分序跳孔注浆, 注浆分段的段高为0.33m, 每孔注浆次数为3~5次, 每米累计注浆的水泥用量根据现场实际确定, 以灌满孔洞为准, 灌浆时压力不大于1MPa。

　　 注浆袖阀管采用特制加密袖阀管, 袖阀管长度与旋喷桩相同, 外套膜在0.3MPa压力下被穿透。

　　 由于岩土工程的特殊性, 计算结果与工程实测结果不一定能完全对应, 岩土设计师要对各种土的性质有所了解, 正确认识两种结果不同的原因, 实际设计时应根据现场反馈数据进行动态设计^[6]。

　　 设计计算采用的软件为理正深基坑V7.0。计算所采用参数及其取值见表1。图6为基坑开挖至底时支护桩深层水平位移计算结果与实测结果的对比。通过对比发现, 支护桩桩顶往下0~9m, 计算水平位移比实测水平位移约小6mm;桩顶往下10~15m, 计算水平位移比实测水平位移约大4.5mm;桩顶往下15~21m, 计算水平位移比实测水平位移约小4mm, 距离桩顶21m往下计算水平位移与实测水平位移才接近一致。这说明了岩土工程计算结果的不确定性^[7]。设计师需要认真研究勘察报告给出的试验数据, 结合工程经验, 取最符合实际的土层参数及其数值进行设计。

　　 支护桩承受水平方向土压力较大, 导致其会产生较大水平位移, 且内支撑同时受到水平及竖向力作用, 上述两种因素导致内支撑在与冠梁及腰梁的连接处产生弯矩, 基坑支护设计者不可忽视此弯矩, 实际设计时需充分考虑到各种不利因素, 以保证基坑在使用过程中的安全。

　　 设计计算采用的软件为理正深基坑V7.0。计算所采用参数及其取值见表1。图7为基坑开挖至坑底后三道内支撑轴力计算值与实测值的对比 (因为现场施工过程中图1中部分测点遭到破坏, 没有测得此部分测点数据, 故图7中测点编号不连续) 。结果显示, 内支撑轴力实测结果普遍比计算结果偏大;第一道内支撑测点1, 3, 5, 6轴力实测值比计算值约大3 500~4 000k N;第二道内支撑测点1, 3, 5, 6轴力实测值比计算值约大2 700~4 000k N;第三道内支撑测点1, 3, 5, 6轴力实测值比计算值约大3 500k N, 这是由于测点1, 3, 5, 6所处区段的基坑边线外侧有5m高道路堆载, 此处的实际土压力传递方式与基坑设计时所采用常规土压力分布模式假设不一致所导致。另外, 土层计算参数取值的选取与实际也不一定能完全一致, 这也会导致轴力计算结果与实测结果也会有一定偏差。其余测点的内支撑轴力实测值较计算值一般大1 000~2 500k N。实际基坑设计时将软件的计算结果作为参考, 结合横琴地区以往工程经验将轴力进行了放大, 对内支撑截面相应也进行了加大。实测最大轴力为第三道内支撑的测点5的轴力处, 约19 000N。内支撑设计结果合理。

　　 基坑支护设计时需充分考虑到参数取值等各方面的因素, 对计算参数、计算假设等所计算出的结果要进行充分的预估, 以免导致工程事故的发生。

　　 图8为第三道内支撑拆除后基坑顶部水平位移平面图, 图中曲线为基坑顶部产生的水平位移边线, 为表达清晰, 绘图时将水平位移放大了200倍。由图8可见, 基坑顶部测点S1, S2, S5~S7, S12, S13的水平位移朝向坑内, 坑顶其余测点水平位移朝向坑外。测点S8, S9, S11产生朝向坑外的水平位移是由于坑外土体通过支护桩间200mm的空隙向基坑内部流动, 从而造成支护桩后面的土体漏空, 且支撑传来较大的水平力所致。基坑顶部测点S5, S6的水平位移朝向坑内, 且测点S6的最大水平位移为90mm, 为本基坑坑顶最大水平位移, 初步分析这是由于基坑施工时混凝土泵送车在测点S6处朝基坑内部浇筑混凝土, 产生了较大的土压力所致。且由于支撑压力较大, 造成坑顶测点S4的水平位移朝向坑外, 由此可见, 支撑所受压力较大。

　　 基坑监测结果还显示:基坑顶部不仅产生了水平位移, 还产生了沿冠梁切向方向的切向位移, 最大切向位移在测点S7, S8处, 达到16.6mm, 其余测点也都产生了切向位移, 数值约10mm, 说明基坑整体产生了扭转。表明了软土地区深基坑整体位移的复杂性。由于岩土工程是一门经验性极强的学科, 现阶段由于理论及计算软件的局限性, 较难真实地模拟基坑整体位移的状态^[8], 此问题有待继续研究。

　　 立柱桩采用旋挖成孔法施工, 由于立柱桩浇筑混凝土时, 淤泥进入桩体, 造成断桩, 土体开挖后, 立柱桩因开始承受上部支撑传下来的重力及弯矩而不堪重负, 从而产生水平位移及竖向沉降^[9]。从图9可看出, 与立柱桩连接的支撑也产生了水平位移及竖向沉降, 实测内支撑的最大水平位移为36mm, 竖向沉降为61mm。后经查询施工记录证实, 施工单位在施工至立柱桩桩顶下约2.5m处时, 未连续浇筑混凝土, 后续浇筑混凝土时未及时清除桩顶淤泥, 从而造成了此次事故。

　　 经设计及施工单位研究, 给出了图10的补救措施。此措施主要是将立柱桩断桩部分截面加大, 重新浇筑混凝土, 并将上部内支撑截面加高。加固后, 经现场监测, 未见该立柱桩及与之相连接的内支撑产生水平位移及竖向沉降。

　　 由于现在一般建设工程的工期都较为紧张, 施工单位在施工时都尽一切可能来缩短工期。在软土地区基坑工程中, 因赶工期所引起的事故也不在少数^[10], 如施工内支撑时, 超挖支撑两侧模板外的土方, 从而引起支撑产生较大水平位移及竖向沉降等。

　　 图11中编号为 (1) 的支撑在浇筑混凝土后产生最大水平位移为26cm, 竖向沉降为20cm。这是由于施工单位为缩短工期将其支撑两侧地面挖成了斜坡, 然后在斜坡的坡顶上进行该支撑的支模, 浇捣混凝土后坡顶超载较大, 坡体发生滑移所导致。后经设计复核, 对此支撑进行了加固 (图12) , 但因此既延长了工期又增加了造价。

　　 软土由于其特殊的工程性质 (流动性较强) , 在软土地区开挖基坑不同于在其他地区开挖基坑, 挖掘机在软土上挖土, 极易下陷, 虽事先在基坑内采用500@2 000×2 000单轴水泥土搅拌桩进行了地基处理, 但是开挖时难度还是较大。经过实践对比, 决定采取如下措施:在挖掘机行走的路线下铺砖渣, 砖渣上部铺钢板, 且采用几部挖掘机接力的方式进行挖土。这减小了挖掘机及运土车在坑内软土上行走的距离, 实践证明效果良好, 对软土地区基坑开挖有一定借鉴意义。

　　 深基坑工程具有较强的时空效应^[11]。由于软土土体含水量较高且强度低, 有很大的蠕变性, 因此基坑的设计和施工应考虑时空效应。基坑开挖会引起地下水位的改变以及周围土体应力场的变化, 这将对基坑周围环境产生较大影响, 进而对基坑工程本身产生影响。基坑开挖应遵循以下的原则:分层、均衡、对称开挖, 不得超挖;开挖时需保护支护结构、止水帷幕等不受损害。

　　 对于软土地区基坑, 基坑支护监测是一项必不可少的工作。施工时要针对监测反馈的数据调整施工进度。如发现支护结构变形过大、裂缝及位移持续发展的情况, 须及时报告建设单位、设计单位及施工单位, 各单位共同研究后采取安全措施, 以确保基坑工程的安全。

　　 (1) 软土地区基坑由于土体性质的特殊性 (流动性强) , 施工难度大, 稍有不慎便会引起工程事故。施工单位需考虑在软土地区开挖基坑与在较好土体中开挖基坑的不同, 事先要做好施工预案和各种应急措施。

　　 (2) 通过监测结果可以发现:软土地区深基坑在各种复杂应力作用下有可能发生整体位移或扭转, 但在此方面的研究现阶段还不成熟, 有待科研工作者在此方面继续深入研究, 使基坑支护设计及施工朝着科学化、合理化的方向发展。

　　 (3) 软土地区施工, 需保证支护结构及止水帷幕的施工质量, 以免土体通过支护结构间的空隙流动至基坑内, 从而影响基坑支护结构的安全。