被动区土体加固方式在武汉深厚软土地层深基坑支护中的应用实例

摘 要：：被动区土体加固是指对深基坑坑底一定深度内软土层采用水泥深层搅拌法进行处理，提高软土层的抗剪强度指标（c、φ值），从而改善坑底软弱土层的嵌固条件，以加强对支护桩的变形控制。本文作者是以武汉某深基坑支护工程为例，论述了被动区加固方式在深厚软土地层中的具体应用，该项目综合采用了放坡卸载+悬臂桩+被动区加固支护结构，支护桩采用钻孔灌注桩，被动区软土采用粉喷桩进行加固。既保证了基坑支护结构及周边环境的安全，实现了土方及地下室结构的便捷施工，又为建设单位节约了投入，可为类似基坑工程的设计与施工提供参考.

关键词： 被动区土体加固 深厚软弱土（淤泥、淤泥质土） 基坑支护

引 言：

随着经济的发展及城市化步伐的加快，在用地紧张的密集城市中心进行大型地下空间的开发利用成为一种必然，因此产生了大量的深基坑工程。另外，基坑周边环境越来越严峻、深度越来越大、开挖规模越来越大，导致基坑支护工程的设计和施工难度也越来越大。 基坑工程是一个复杂的系统工程，主要包括支护体系设计及施工和土方开挖两部分，即除了必须确保基坑侧壁及周边环境安全外，还应在安全可靠、经济合理的前提下最大限度地满足土方及主体结构施工便利的要求。 对于深厚软土地层深基坑支护工程，因其涉及因素众多，此方面的要求及矛盾更为突出。许多学者对深开挖课题中的支护结构计算方法、基坑稳定性、施工环境影响、优化设计等课题开展了大量的理论和数值分析研究，取得了大量成果.

一、工程概况

本项目位于武汉软土地区，地下1层，地上10层，基础采用钻孔灌注桩（后压浆）。地下室主要以单桩承台为主，承台截面尺寸小，布置稀疏，中部主楼承台距离基底边线较远，基坑支护设计开挖至地下室外墙基础梁垫层底，基底标高-7.1m，从坡顶自然地面起算设计开挖支护深度相应为6.4m。主楼中部电梯井坑按“坑中坑”计算考虑。基坑坡顶开口线周长约420m，基坑开挖面积约9160，基坑重要性等级为：二级。

二、基坑周边环境条件

拟建场地场地地势较平坦，地貌单元相当于长江Ⅲ级阶地中的低洼湖积区。基坑周边环境概况为：基坑东侧为已建的1#地下室（1#地下室基坑采用悬臂排桩+被动区加固支护结构），桩基础，主体结构已完成，还未交付运营，基坑坡顶线距离1#地下室外墙约10.2m；

基坑南侧为规划的1#、2#艺术家工作室，目前为待建空地，场地空旷；基坑西侧、北侧均为规划道路，尚未建设，目前为待建空地。

三、工程地质与水文地质条件

1、工程地质条件

拟建场地土类型为中软场地土，建筑场地类别为Ⅱ类。本场区与基坑支护相关的地层空间分布情况如下所述：

①素填土（Qml）：主要由灰褐色、黄褐色粘性土组成，夹少量碎砖、石块，结构松散，土石分级为Ⅰ类松土。层厚0.7～3.7m。

②层：粘土（Q4l）：灰黄色、灰褐色，可偏软塑。含少量Fe、Mn质氧化物及灰白色条带状粘土，属中偏高压缩性土，土石分级为Ⅰ类松土。该层局部分布，层顶埋深0.7～3.3m，层厚0～5.8m。

③淤泥（Q4l）：灰色，软-流塑。含有机物腐殖质而具臭味，属高压缩性土，土石分级为Ⅰ类松土。该层局部缺失，层顶埋深0.7～4.8m，层厚0～8.3m。

⑤淤泥质粘土（Q4l）：灰褐色，软-流塑。含有机物腐殖质，夹少量白色贝壳、螺壳，属高压缩性土，土石分级为Ⅰ类松土。该层局部缺失，层顶埋深5.7～9.6m，层厚0～15.6m。

⑥-1粘土（Q4l）：灰褐色、灰黄色，可塑。含少量Fe、Mn质氧化物及灰白色条带状粘土，属中偏高压缩性土，土石分级为Ⅱ类普通土。该层局部分布，层顶埋深4.0～21.5m，层厚0～6.0m。

⑥-2粘土（Q4l）：灰褐色、灰黄色，可偏硬塑。含少量Fe、Mn质氧化物及灰白色条带状粘土，属中等压缩性土，土石分级为Ⅱ类普通土。该层仅局部分布，层顶埋深6.0～20.0m，层厚0～7.0m。

⑥-3粘土（Q4l）：灰黄色、灰褐色，硬塑。含少量Fe、Mn质氧化物及灰白色条带状粘土，属中偏低压缩性土，土石分级为Ⅲ类硬土。该层仅局部分布，层顶埋深5.8～21.0m，层厚0～8.0m。

⑧粘土（Q4l）：灰褐色，可偏软塑。含少量Fe、Mn质氧化物及灰色粘土条纹，属中偏高压缩性土，土石分级为Ⅰ类松土。该层仅局部分布，层顶埋深17.0～22.4m，层厚0～4.8m。

根据拟建项目岩土工程勘察报告，以及湖北省地标《基坑工程技术规程》（DB42/159-2004）相关规定，确定与基坑支护设计有关的土层参数列表如下：

2、水文地质条件

根据勘察报告，拟建场地地下水类型为上层滞水，赋存于表层填土层中，其主要补给来源为大气降水，受季节和气候影响。勘察期间实测场地地下水稳定水位为自然地面下0.2～1.1m。

四、支护方案优选与设计思路

㈠基坑特点：

1、基坑平面形状不太规则，基坑周长约420m，基坑开挖范围约9160。基坑设计开挖支护至地下室外墙基础梁垫层底，设计开挖支护深度6.4m。

2、基坑东侧为书本项目的1#地下室，桩基础，主体结构已完成，还未交付运营，基坑坡顶线距离1#地下室外墙约10.2m；基坑南侧为规划的1#、2#艺术家工作室场区，目前为待建空地，场地空旷；基坑西侧、北侧均为规划道路，尚未建设，目前为待建空地。

总体上看，本基坑周边环境较为宽松，仅东侧有已建的1#地下室（桩基础，且1#地下室布置有其基坑支护桩），南、西、北三侧目前均为待建空旷场地，周边环境宽松。本基坑周边具备一定的放坡条件，但需考虑放坡开挖对周边规划道路、其它建筑的影响。

3、基坑土层条件极差，场区埋藏有深厚的流塑～软塑状的淤泥、淤泥质土，最厚处从地面下1.5m～16.1m均为淤泥、淤泥质土；基底主要位于（3）层淤泥底部，基坑侧壁及坑底埋藏有深厚、强度底、流塑状淤泥，极不利于基坑边坡的稳定，特别不利于对深厚软弱土层中工程桩基的保护，极大的威胁着基坑边坡、坑内工程桩基及环境的安全。

4、拟建场地地下水类型为上层滞水，赋存于表层填土中，其主要补给来源为大气降水，受季节和气候影响。拟建场地位于城郊空旷地带，周边无居民生活区和地下管网渗漏补给，上层滞水易于疏排，采用明排处理即可。

5、基坑重要性等级：本基坑设计开挖支护深度为6.4m，基坑周边环境较宽松，地层条件差，埋藏有深厚软弱土层，地下水对基坑影响较小，坑内有工程桩需要保护。

根据基坑开挖深度、周边环境、工程地质水文条件，按照《湖北省基坑工程技术规程》（DB42/159-2004）4.0.1相关规定，并考虑本项目之重要影响程度，经综合分析确定本基坑重要性等级为：二级。

㈡基坑支护方案比较与选择

本基坑周边环境较宽松，具有一定的放坡卸载空间，但不宜过多的放坡，以免因放坡占用过多的场地，超出用地红线和影响周边其它规划建筑物；地层条件极差，场区普遍埋藏有厚度大、强度低、流塑状的淤泥质土层，极不利于基坑边坡的稳定，特别是深层滑移和坑底隆起，需要采取加固处理措施确保基坑边坡及坑内工程桩的安全。

本基坑工程可供选用的支护结构类型有：大放坡卸载+主动区或被动区加固支护，桩+主动区或被动区加固支护，桩+内支撑结构等。

根据本基坑地层条件、开挖深度、周边环境，结合武汉类似基坑工程经验，从安全可靠、技术可行、经济适用等方面综合比选，确定本基坑支护方式选择为：放坡卸载+悬臂桩+被动区加固支护结构，支护桩采用钻孔灌注桩，被动区采用粉喷桩进行加固，放坡坡面、卸载平台及支护桩间均采用土钉挂网喷砼支护。

㈢支护设计思路：

本基坑周边环境较宽松，具有一定的放坡卸载空间，但不宜过多的放坡，尽可能将放坡范围控制在用地红线范围以内，以免因放坡占用过多的场地，导致基坑开挖范围超出用地红线和影响周边其它规划建筑物。考虑到深厚软弱土层中对已施工桩基的保护和后期地下室基础施工的安全，须采用安全可靠的支护结构，确保基坑边坡稳定安全和控制变形，确保坑外环境和坑内工程桩的安全。

经过多方对比分析，最终确定基坑支护结构形式为：放坡卸载+悬臂桩+被动区加固支护结构。支护桩顶采取一定的放坡卸载，减少主动区土压力；坑内被动区加固，提高被动区抗力，确保基坑边坡深层滑移、坑隆起满足要求。

㈣地下水处理

1、基坑坡顶、坡底设置排水沟、集水井进行明排。

2、基坑支护桩外侧壁设置2排粉喷桩隔渗帷幕进行止水，同时防止基坑侧壁的淤泥从桩间挤出，起到挡土的作用；卸载边坡坡面及支护桩间采用土钉挂网喷砼进行封闭，边坡设置导水管排泄土体中的滞水。

五、基坑支护设计

㈠设计计算：

本工程采用钻孔灌注桩基础，地下室主要以单桩承台为主，承台截面尺寸小，布置稀疏，中部主楼承台距离基底边线较远，根据湖北省《基坑工程技术规程》（DB42/159-2004）规定，本基坑设计计算深度取地下室外墙基础梁垫层底，基底标高-7.1m，设计支护深度6.4m。主楼中部电梯井坑（坑底标高-9.05m）按“坑中坑”模式进行计算。

根据基坑形状、地层分布及支护方式将本基坑划分为1-1～5-5共5个剖面段，坑边1.0米以外超载按15kPa考虑，采用《天汉2005.1支护设计软件》进行稳定性计算，支护结构安全系数满足规范要求，计算结果详见计算书。

六、.结束语

被动区加固宜在基坑土方开挖前完成，不得在基坑大部分或全部开挖后再进行被动区加固，应采取措施确保加固土体与支护桩有效密贴。

武汉地区支护结构不允许超过红线，处于深厚软土地区的深基坑工程，加固被动区软土，结合其它支护方式能较好地解决深厚软土层深层滑移、坑底隆起问题，对被动区软土进行加固，可大大减小悬臂支护桩桩长，节约投入成本。该深基坑工程在支护施工及维护期间，支护结构、边坡土体沉降、位移等监测指标均满足设计要求，施工顺利。目前该项目已竣工验收。