填海造陆区基坑支护设计_周若云.pdf

223填海造陆区基坑支护设计周若云1林永庆21.湖南水利水电职业技术学院湖南长沙4101312.大连市市政设计研究院有限责任公司辽宁大连116000摘 要：某沿海地区机场的工作地道基坑工程位于填海造陆区域，北通道基坑开挖深度内存在尚未完成自重固结的吹填砂与欠固结淤泥层，通过分析场地工程地质条件等因素对常用的支护结构设计方案进行选型，并对软土层进行地基处理，确定了主体段采用 SMW 工法桩+混凝土支撑+钢支撑的形式，开挖较深段落采用钢筋混凝土桩+混凝土支撑+钢支撑的形式，并说明了结构设计要点、施工要点和施工工序，对类似项目具有一定的借鉴参考意义。关键词：基坑支护；吹填砂；SMW 工法桩DOI:10.19569/119313/tu.202318075填海造陆地区往往采用吹填土成陆的方式，且开挖范围内存在一定厚度的软土层，基坑设计一般需进行地基处理和基坑支护综合设计1，此类地区可供参考的基坑支护方案有钢筋混凝土灌注咬合桩+混凝土支撑2，高压旋喷桩、复合土钉墙结合深井降水支护3等；结合地基处理的支护综合设计有搅拌桩处理地基后实施桩锚、放坡+重力式挡墙、双排桩支护4，真空预压后实施多级放坡+水泥搅拌桩重力式挡墙支护5等。本文以沿海地区某机场的北通道基坑工程支护设计为例，探讨填海造陆地区基坑支护综合设计方案选型、结构设计要点和施工等问题。1 工程概况本项目位于某机场西进场路航站区，项目为用于连接空港工作区与机场航站区之间的北工作地道，总体呈东西走向，道路等级为城市支路。北通道基坑工程长约748m，宽约23.4m,主体结构形式为挡墙+U型槽+框架结构+U型槽+挡墙。基坑深度主体约9.511.0m，局部泵房段可达15m。基坑主体安全等级为三级，局部泵房段为一级。基坑范围内土层以吹填砂、残积砂质黏性土为主，中间夹有一层13m厚砂混淤泥层，依据该机场填海造陆要求，吹填砂需进行专门地基处理，以消除饱和砂土液化影响。地下水位稍高，项目周边无地下管线，附近无重要建筑物。2 场地工程地质条件2.1 地层岩性根据本次勘察钻探取样鉴别、原位测试及室内相关试验结果，将拟建场地勘察深度范围内地基岩土层按时代、成因等自上而下分层如下：吹填砂1、吹填砂2；中细砂1、淤泥3；粉质黏土；残积砂质黏性土；全风化花岗岩、散体状强风化花岗岩1、碎裂状强风化花岗岩2、中风化花岗岩，主要压缩土层的特征描述见表1。土层名称地层厚度（m）(kN/m3)c(kPa)()特征描述吹填砂11.0010.2018.31水上 32.6水下 27.3成分主要由中粗粒石英颗粒、贝壳等回填而成,粘粒含量约 10%-20%，以中粗砂颗粒为主，均匀性差，硬杂质含量5%,颗粒级配较差,磨圆度较差，呈次棱角状，未见明显湿陷性吹填砂24.9016.7018.51水上 32.4水下 27.1中细砂10.804.5018.53水上 31.6水下 28.2主要由石英颗粒组成,含泥量约 20%30%,颗粒级配较好,磨圆度一般，呈次棱角状砂混淤泥20.706.1018.15水上 32.7水下 28.2主要由石英颗粒、贝壳组成,粘粒含量约 20%40%,，具腥臭味，颗粒级配较差,磨圆度较差，呈次棱角状淤泥20.806.7016.211.22.9成分主要为粘、粉粒组成，无侧限抗压强度原状土=14.3 19.6kPa，属于中灵敏度地基土粉质黏土0.7016.8017.82917.6成分主要由粘、粉粒组成，土质不均匀，石英砂粒含量约 5%10%，干强度中等，韧性中等2.2 不良地质现象场地表层存在厚度较厚的填土层吹填砂1、吹填砂2，吹填砂1属于新近回填土，未完成自重固结，地震液化较为严重，在后期可能引起大范围的地面沉降问题，故上部的吹填砂应进行地基加固处理，以能满足交地标准。表1 主要压缩土层的特征吹填砂2已进行初步地基加固处理，稳定性较好；在场地下部局部地段存在淤泥3，属于欠固结软土。2.3 地下水类型与赋存条件根据钻探揭露，场地地下水主要赋存和运移于填砂土木工程224层（吹填砂1、吹填砂2）的中下部；中细砂1、砂混淤泥2、残积土、全风化、强风化（散体状）岩的孔隙、网状裂隙及强风化（碎裂状）岩、中风化岩的岩体裂隙中。3 基坑支护方案3.1 方案比选本项目特点主要有以下3方面：（1）挖深较大：本基坑大部分段落开挖深度不大于10m，局部泵房段开挖深度约15m。（2）地层特殊：根据地勘资料可知，本基坑开挖范围内属于填海造陆区，地层岩性主要为吹填砂1、吹填砂2、中细砂1、砂混淤泥2、淤泥3，其中吹填砂1尚未完成自重固结，超孔水压消散未完全，对施工成桩效果和支护结构侧压力有影响，而砂混淤泥2和淤泥3需要预先进行地基处理以减小工后沉降和提高坑底土体强度。（3）周边环境较简单：据现场调查可知，基坑周边2H范围内不存在受控制的构筑物、管线。考虑支护结构的适用条件、周边环境要求、施工速度、养护时间及造价等因素，比选了水泥土搅拌桩重力式挡墙、SMW工法桩支撑、灌注桩+支撑、地下连续墙支撑共4种方案如表2所示。根据以上因素，综合考虑节约基坑支护造价的因素，基坑支护主体确定采用SMW工法桩+混凝土支撑+钢支撑的形式，局部泵房开挖较深段落采用钢筋混凝土桩+混凝土支撑+钢支撑的形式，两端开挖深度较浅位置采用放坡开挖的形式，由于开挖主要土层为砂层，因此开挖坡率采用1:1.5，同时考虑地下水影响，坡顶外侧设置三轴搅拌桩止水帷幕。基坑支护的某典型剖面如图1所示。支护结构适用条件周边环境要求施工速度养护时间造价(元/m)水泥土搅拌桩重力式挡墙常用于挖深为 6m 以内的软黏土或砂类土基坑一般一般较长15000SMW 工法+支撑软黏土或砂类土基坑、深基坑一般一般较长18000灌注桩支撑地层较差，坑深 8 20m 的基坑较高较慢较长20000地下连续墙+支撑工程地质情况复杂，挖深较大的基坑高较慢一般40000表2 基坑支护结构比选图1 基坑支护典型剖面3.2 坑底软土地基处理已知北通道基坑范围内存在一层淤泥、砂混淤泥软土层，该层层厚约13m，大部分处于主体结构的开挖范围内，仅在两端U型槽及埋深较浅位置处于基底位置或形成软弱下卧层。根据基坑开挖深度、结构基底的软土布置情况，在两端U型槽基底淤泥有一定埋深的段落采用水泥搅拌桩处理，水泥搅拌桩桩径为0.5m，采用正方形布置，桩间距为1.1m。基底淤泥层较薄的段落采用换填中粗砂的处理方式。3.3 基坑支护结构设计要点与施工要点(1)SMW工法桩SMW工法桩采用850600三轴深层搅拌桩内插 H7003001324 的 H 型钢，采用“密插型”的方式，见图2。水泥强度等级42.5级，水泥掺量不小于20（重量比），28d桩体无侧限抗压强度标准值不小于1.5MPa，墙体渗透系数不大于1.010-7cm/s。搅拌桩桩体垂直度不大于1/200，桩位偏差不大于50mm，桩径允许偏差10mm，桩底标高允许偏差不大于50mm。图2 SMW工法“密插型”布桩(2)钢筋混凝土桩泵房基坑处围护结构采用 C30 钢筋混凝土灌注桩，桩径 1m，桩间距1.2m，桩间土采用挂8 钢筋网(1515)+8cm厚 C20喷射混凝土支护。围护桩外侧设置三轴水泥搅拌桩作为止水帷幕，搅拌桩规格为850600 三轴搅拌桩。根据围护桩所处的地层，土木工程225施工时宜采用钻孔灌注桩。(3)止水帷幕泵房段基坑止水帷幕采用850600三轴深层搅拌桩。桩身材料与成桩要求同SMW工法桩一致。(4)桩顶冠梁钢 筋 混 凝 土 桩 桩 顶 通 长 设 置 冠 梁，冠 梁 尺 寸 为1.2m1.0m，冠梁采用C30钢筋混凝土浇筑。施工前，破除桩头，并将桩顶浮浆及破碎部分清除；冠梁施工应采用立模浇筑。围护桩主筋应深入冠梁内，主筋混凝土净保护层厚度不小于5cm。冠梁的钢筋均应通长设置，钢筋连接宜用焊接，焊接长度为单面10d（双面 5d），直径大于等于 22mm 的钢筋连接宜采用机械连接，接头须满足规范要求。未标注钢筋锚固长度均为 30d。(5)内支撑设置 23 道内撑的段落，第一道支撑采用 C30 钢筋混凝土支撑，平面间距一般为6m，支撑间设置 C30 钢筋混凝土系梁，支撑断面为 0.8m0.8m，系梁断面为 0.6m0.6m。第 2、3 道支撑及设置一道内撑的段落，支撑采用609 钢支撑，平面间距一般为4m，局部位置适当调整。基坑端头及部分围护结构变化处设置斜支撑。(6)立柱与立柱桩立柱采用格构柱，立柱中心与桩基钢筋笼中心应在同一轴线上，定位误差不大于 20mm，成桩后立柱垂直度应满足不大于 1/300。立柱桩采用钢筋混凝土钻孔灌注桩，桩径1m；主体结构设置抗浮桩的段落，利用主体结构桩基作为立柱桩。灌注桩钢筋接头直径22mm的钢筋连接宜采用机械连接,直径小于22mm的钢筋连接宜采用焊接，接头须满足规范要求。施工过程应控制桩底标高，桩底沉渣厚度50mm，垂直度偏差小于 0.5。(7)放坡开挖基坑两端开挖较浅段落支护主要采用放坡开挖方案，坡面采用挂钢筋网喷射混凝土护面。开挖坡率：放坡段开挖深度最大约为4m，开挖土层主要为吹填砂，且现场场地较开阔，采用 1:1.5 的缓坡率开挖。挂网喷射混凝土：坡面设置喷射混凝土进行护面，在坡面适当布置泄水孔，喷射混凝土层内设置钢筋网。钢筋网采用 HPN300钢筋，钢筋直径为8mm，钢筋网间距为1515cm；喷射混凝土采用C20喷射混凝土，厚度为8cm，钢筋网保护层厚度不小于20mm。止水帷幕：坡顶外侧1m处设置三轴水泥搅拌桩作为止水帷幕，同时结合坑内降排水，确保施工期间基坑边坡稳定。4 施工工序以SMW工法桩支护段为例，施工工序分为7道：（1）场地围蔽及平整，施工临时迎坡护面及临时排水内，施工结构底板桩基及基坑立柱，施工SMW工法桩，在基坑开挖前施作降水井，确保坑内水位释低到设计要求深度后开始基坑开挖。（2）施做冠梁后开挖土体至第一道支撑中心线下方50cm处，及时施做第一道支撑及系梁。（3）分层开挖土体至第二道支撑中心线下方50cm处,及时施做第二道支撑及系梁。（4）分层开挖土体至基坑底标高处，及时施做坑底排水盲沟，平整基坑内壁并浇筑主体结构底板。（5）拆除第二道支撑后浇筑主体结构侧墙。（6）拆除第一道支撑及临时立柱后浇筑剩余主体结构侧墙，而后拆除冠梁，拔除型钢并拆除临时排水沟，最后回填至设计标高。5 结语本文依托填海造陆区某机场的北工作地道基坑工程项目，进行了地基处理和基坑支护综合设计。通过对场地工程地质条件分析，综合环境适用性、工期和造价等因素优选了最适合的支护方案，确定并给出了详细的结构设计要点、施工要点和施工工序，为同类型基坑支护工程提供参考。参考文献：1 刘树明，王四根，朱峰.南沙港区陆域软土基坑支护方案设计与实现J.河北工业科技，2021，38(4):7.2 陈锦江.深圳市后海湾填海造陆区某软土深基坑支护工程设计优化研究D.成都理工大学，2021.3 陈永杰.吹填土地基深基坑支护施工技术J.山西建筑，2021，47(14):54-57.4 李志旭.多种基坑支护形式在新近吹填软弱地基条件下的配套技术实践J.建筑监督检测与造价，2022，15(2):43-47+52.5 方伟，袁保军，张虎平.吹泥造陆场地结合地下空间开发的地基处理方案J.水运工程，2019，2:150-154.作者简介：周若云，研究生，湖南水利水电职业技术学院，助教，研究方向：地基处理技术。林永庆，本科，大连市市政设计研究院有限责任公司，助理工程师，研究方向：公路市政基坑支护设计。土木工程