宁波软土深基坑开挖技术问题的探讨

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摘要本文以宁波轨道交通某车站欠固结的深厚淤泥深基坑为研究对象，内容涉及基坑开挖方法（无支撑暴露时间）及其关键控制技术确定、基坑开挖变形分析及控制措施等，通过对该基坑开挖过程中存在的若干具体问题和教训的总结，对类似软土深基坑的开挖会有一定的借鉴意义。

关键词软土深基坑，变形控制，关键技术

Abstract: Taking Ningbo rail transit station in a consolidation of deep silt deep foundation as the research object, content involves the excavation method (without the support of exposure time) and key control techniques to determine, foundation pit excavation deformation analysis and control measures, through the excavation process in the presence of a number of specific issues and lessons, for similar soft soil deep foundation pit excavation will have certain reference significance.

Key words: deep foundation pit in soft soil, deformation control, key technology

中图分类号：TU471.8 文献标识码： A 文章编号：

1工程概况

1.1工程概述

本基坑全长为303.1m，标准段宽度为19.9m，开挖深度为16.5m；西端头井宽度为24m，开挖深度为17.8m；东端头井为不规则的扇形，最宽处为43.4m，开挖深度为20.6m。

车站采用地下连续墙围护结构，墙深34m～42m，插入比在1：0.91～1：1.25之间；墙厚800mm，接缝处采用锁扣管柔性接头。

车站基坑端头井段基底采用三轴深层搅拌桩网格式加固，标准段采用抽条加裙边加固（每条加固区宽3m，间距6m），强加固范围为基底以下3m，水泥掺量20%；三轴搅拌加固区与连续墙间隙之间采用三重管旋喷桩密贴加固，深度为基底以下3m，设计加固强度为1.2 Mpa。

图1-1 基底加固平面布置图

西端头井及标准段支撑体系采用第一道砼支撑、第二～五道钢支撑型式，东端头井采用第一～五道砼支撑型式。

1.2工程地质及水文地质条件

1.2.1工程地质

基坑开挖范围内的地层从上到下主要由①1-1层杂填土、①2层灰黄色粘土、①3层灰色淤泥质粘土、②2-1层灰色淤泥、②2-2层灰色淤泥质粘土。粉砂土、粉质粘土夹砂层组成，地层分布较为复杂。具有 “天然含水量大于或等于液限、孔隙比大于或等于1.0、压缩性高、强度低、地基承载力低、灵敏度高、透水性低”等典型的软土地质特征。

1.2.2水文地质条件

场区地基土存在③1层粉砂、③2层粉质粘土夹粉砂、⑤3层砂质粉土层及⑥2-T层砂质粉土层，上下部均为粘性土相对隔水层，应考虑为场区的微承压含水层[7]。其中③1层、③2层相互联通，车站主体结构基坑开挖已经揭穿该层，围护已经将该层全部隔断，作为一个封闭的基坑，采用坑内降水，设置33口疏干井，水位控制在开挖面以下0.5～1.0m。

对于承压井设计，通过对基坑底板的稳定条件[6]验算：基坑底板至承压含水层顶板间的土压力应大于安全系数下承压水的顶托力。即：Σh・γs ≥ Fs・γw・H [1] ，通过验算，本基坑需设置7口承压井。

图1-2 东、西端头井及标准段地质剖面图

2基坑开挖控制关键技术

2.1遵循“时空效应”的基坑开挖方式

“时空效应”原理：在软土基坑开挖中，适当减小每步开挖土方的空间尺寸，并减少每步开挖所暴露部分的基坑挡墙未支撑前的暴露时间，是考虑时空效应、科学地利用土体自身控制地层位移的潜力，是解决软土深基坑稳定和变形问题的基本对策。

基于“时空效应” [2]原理的开挖施工特征：根据基坑工程设计所选定的主要施工参数，按基坑规模、几何尺寸、支撑形式、开挖深度和地基加固条件，提出详细的可操作的开挖与支撑的施工程序及施工参数。开挖与支撑的施工工序基本是按“分层、分步、对称平衡”的原则来控制的，最主要的施工参数是分层开挖的层数、每层开挖深度，以及基坑连续墙被动区土体开挖后，未支撑前的暴露时间和暴露的宽度及高度[3]。

本车站基坑开挖过程中，提出单个土块无支撑暴露时间的概念，根据“时空效应”原理，对于整个基坑分层、分块，并对每单个土块进行编号，同时要求单个土块允许一次性开挖长度为6米（2根钢支撑位置），开挖高度为该层钢支撑中心标高下500mm，不得超挖。对于单个土块无支撑暴露时间测算，通过建立理论计算模型（如下图）：土块宽度6米，长度22米，高度3.5米，

图2-1单个土块无支撑暴露时间计算模型

T0时间=中间掏槽时间（掏槽9米宽度土方，两侧各预留6米土方）；

T1时间=开挖暴露时间（开挖两侧预留6米土块）；

T2时间=钢支撑牛腿焊接时间；

T3时间=钢支撑架设及施加预应力时间；

无支撑暴露时间T= T1+ T2+ T3 。

根据目前基坑开挖管理及技术水平，对第一层、二层土方单个土块开挖无支撑暴露时间已基本能控制在8～10小时以内；第三、四层土方可以控制在10～12小时以内；收底层土方可以控制在12～14小时以内。

2.2纵向开挖放坡控制

现场纵向开挖放坡坡度应控制为1:4（高：长），单个土块开挖小坡度应控制在1:1.5。

图2-2基坑开挖放坡情况

2.3钢支撑轴力预加及复加控制

基坑开挖过程中，钢支撑架设后，发现力损失较为严重，现场管理人员应通过对钢支撑预加轴力和轴力施加后的损失情况，查找轴力损失原因，并结合连续墙体变形情况，合理确定预加及复加轴力值。

本基坑设计预加轴力值应达到为设计值的70%~80%；实际预加轴力值为设计预加轴力值120%~150%。轴力损失后，在不超过钢支撑的极限应力情况下，复加轴力可以达到预加轴力值的150%～200%。

2.4开挖前地基加固质量控制

对于软土地层开挖施工，前期必须对欠固结土体进行改良，现场一般采用降水或是地基加固方式；就软土地质情况而言，本基坑开挖范围主要是②2-1层灰色淤泥、②2-2层灰色淤泥质粘土，这两种土质渗透性系数室内试验值(1.0×10-7cm/s) [7]，在降水效果不是很理想的情况下，对于软土基坑的地基加固质量显得尤其重要。

（1）加固水泥用量过大，基底强加固区土体坚硬，小挖机难以挖除，甚至需要人工用风镐凿除，延长开挖时间； （2）加固质量较差，尤其是连续墙与三轴搅拌桩之间的旋喷桩密贴加固不到位，将起不到暗撑作用，影响基坑变形。

3 开挖变形情况分析及控制措施

由于本基坑长条形基坑“ 角点效应” 、“长边效应”明显，基坑底板浇筑完毕后，基坑测斜累计变形量全部超变形控制值，呈现两头小，中间大的趋势；东、西端头开挖至底板浇筑后，连续墙测斜累计值分别为74.16mm/60.84mm，标准段累计最大变形量为137.32mm，最大日变量达到13.7mm/d；同时，根据对于周边建筑物、地面、管线监测数据，单日最大变形值及累计最大变形值亦出现在基坑标准段中部位置。其中地表沉降累计量最大值为270.95mm，超过报警值（35mm）。

3.1本基坑主要变形规律：

（1）在基坑开挖前，对东端头井基坑设计方案采取了优化措施，支撑体系采用五道砼支撑，围护结构为厚度1m的地墙，围护及支撑体系整体刚度及稳定性较强，虽然东端头井为不规则的扇形，且开挖面积较大，开挖宽度最大为43.3m，开挖深度为20.8m。开挖完成后的最大地墙累计测斜变形量为75mm。在工况不利的条件下，其累计变形量要小于标准段的变形量。即混凝土支撑体系的稳定性远远强于钢支撑体系。

（2）西端头井为最先开挖的区域，其有支撑暴露时间最短，开挖第一层土方至开挖到底仅用了35天时间，因此其地墙测斜累计变化量最小，开挖完成后的最大地墙累计测斜变形量为60mm，其累计变形量远远小于标准段的变形量。即基坑“边角效应”，快挖快撑理论突出。

（3）由于本基坑长度为303m，开挖周期长达半年之久，且整个基坑未设置封堵墙，虽然标准段开挖深度较浅，但由于在开挖过程中，有支撑暴露时间过长及基坑长边效应显著，根据监测数据显示，基坑中部标准段的地墙累计测斜变形量最大，变形最大值达138mm。即基坑长边效应非常显著。

3.1开挖变形较大原因及措施措施：

表1：主要原因及控制措施

四、束语：

宁波软土地层较之华东地区地质具有更强的压缩性和流变性，施工之前，应对基坑结构风险进行了静态分析与评估，并对基坑设计方案进行了优化，合理设置变形控制指标，在施工过程中，应通过采取一系列技术、管理手段来实现快挖快撑，控制基坑变形量，经济、合理的确保基坑开挖安全。

参考文献

[1]姚天强，石振华．基坑降水手册[M]．北京：中国建筑工业出版社， 2006：4-6．

[2]刘国彬，王卫东．基坑开挖手册[M]．北京：中国建筑工业出版社， 2009：11-9．

[3]高大钊．深基坑工程[M] ．北京：机械工业出版社，2003：3-14．

[4]江正荣．建筑地基与基础施工手册[M]．北京：中国建筑工业出版社，2005：6-8．

[5]JGJ120-99 建筑基坑支护技术规程[S]．北京：中国建筑科学研究院，1999．

[6] JGJ/T111-98V建筑与市政降水工程技术规范[S] ．北京：建设部综合勘查设计研究院，1999．

[7]宁波地铁专项抽水试验报告[R]． 宁波，2009：10-1

【作者简介】李世佳，广州轨道交通建设监理有限公司，专业监理工程师

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。