滨海软土深基坑变形分析与控制研究

滨海软土深基坑变形分析与控制研究

罗臣立,黄德贝

珠海市轨道交通有限公司 广东珠海 519000

摘要： 在滨海地区，软弱富水地层对深基坑施工带来了安全挑战。本文通过理论分析和工程实例，探讨了滨海软弱地层对深基坑稳定性的影响，并针对可能出现的风险和问题，提出了相应的对策。

一、引言

随着沿海城市的快速发展，由于人口密集度越来越高，土地资源越来越稀缺，滨海地区地下空间的开发的工程建设项目逐渐增多。然而，滨海地区的软弱地层，土力学性能较差，给深基坑施工带来了极大的挑战。因此，对滨海软弱地层深基坑施工进行分析，提出相应的对策，对于保障施工安全、提高工程质量和环境保护具有重要意义。

二、滨海软弱地层的特点

滨海软弱地层位于海岸线附近，多由素填土、淤泥、黏土、泥炭、粉细砂等松散地质构成的地层。比起内陆的普通软弱地层，其主要特点包括以下几点：

1.压缩性强：软弱地层由松散的沉积物组成，具有较高的压缩性，使得地层稳定性较差。

2.承载能力低且灵敏度高：软弱地层的承载能力较低，尤其是当含水量较高时，承载能力更低， 除此以外，还具有较高的灵敏度。

3.含水量高：滨海软弱地层通常处于饱和状态，含水量较高，这进一步降低了地层的稳定性。

4.力学性质上的各向异性：软弱地层的力学性质受到多方面的影响，如地质历史、沉积环境等，具有较大的各向异性。

5.富含气体：在第四系全新统～上更新统海陆交互相的淤泥质粉质黏土、含砂量较高的粉质黏土中，往往含有古生物及动植物化石，有机质含量较丰富，使其形成有利的含气层。

三、滨海软弱地层对深基坑稳定性的影响

在滨海地区，软弱地层的特性对深基坑工程稳定性的影响表现在以下几个方面：

1.地层沉降：软弱地层在荷载作用下易发生沉降，导致地表出现裂缝、基坑周边管道断裂、基内土体隆起等问题。

2.基坑围护结构变形：软弱地层的主动水土压力较大，基坑支护结构的强度如果不足以支撑深基坑外侧的压力，易导致基坑变形甚至坍塌，对周围环境和建筑物造成不良影响。

3.地下水流失：在深基坑土方开挖过程中，软弱地层易发生地下水流失，形成流沙，造成地层变形等，严重影响施工安全。在沿海地区，地下水的流失甚至可能导致海水入侵，影响工程稳定性及周围环境的生态环境。

4.侵蚀作用：沿海地区的软弱地层可能受到海水侵蚀，这会进一步加剧地层的腐蚀性，降低稳定性，增加工程的风险。

5.工程水文条件复杂：在滨海地区，工程水文条件也是需要考虑的重要因素。例如海水涨潮和退潮时，可能会对基坑产生较大的压力，增加基坑的变形风险。

四、提高滨海软弱地层深基坑稳定性的对策

针对滨海软弱地层对深基坑稳定性的影响，可采取以下几种对策：

1.强化地质勘探：在施工前，应对滨海软弱地层进行详细的地质勘探，准确获取软弱地层的土体力学性质和变形特征，以制定合理的施工方案。

2.优化设计方案：针对软弱地层的特性，优化深基坑的支护结构，提高其稳定性和安全性。例如，可采用微型桩、预应力锚索等先进的支护技术。

3.地层加固：采用注浆加固、降水固结、压桩加固等方法，提高软弱地层的稳定性，降低其压缩性和沉降量。通过在地层中增加支撑柱、支撑墙等结构，增强地层的承载能力。

4.优化施工工艺：合理安排开挖顺序和时间，降低地下水流失等不利因素对工程的影响。在施工过程中，应选择合适的施工设备和技术，避免对地层造成过大的压力和冲击。

5.采用新型支护结构：根据工程实际情况选择合适的支护结构形式和材料，如采用轻型支护结构、桩基等。通过采用新型材料和技术，提高支护结构的稳定性和耐久性。

6.防止海水侵蚀：采取防侵蚀措施，如设置防侵蚀壁、使用耐侵蚀材料等，以保护软弱地层的稳定性。防止海水侵蚀是保护软弱地层的重要措施之一，可以采用耐侵蚀的材料和工艺来增强结构的防腐性能。

7.加强监测与监测反馈：实施全面的施工监测，包括地表沉降监测、地下水位监测、支撑应力监测等，及时获取施工过程中的各项数据，以便及时调整施工方案，确保施工安全。通过安装自动监测设备，对深基坑进行实时监测，及时获取数据并进行分析和处理，以便及时发现和解决问题。

8.优化施工方案，包括合理设置临时钢支撑结构、控制土体的卸载和回填顺序，以减少土体的变形和地面沉降。

9.合理安排施工进度：考虑到季节性因素和海水潮汐的影响，应合理安排施工进度。比如避开雨季施工，降低地层含水量；合理安排作业时间，避免在涨潮期间进行可能影响基坑稳定的作业。

10.引入新技术：关注行业内的新技术和方法，如数字化施工、全自动机械化施工、人工智能、大数据等。通过引入新技术，可以提高施工效率，降低风险，为深基坑施工提供更优的解决方案。

五、工程实例

以某沿海城市的跨海隧道建设项目为例，该项目的明挖段隧道深基坑位于海岸线附近，该地区的软土具有如下的工程特性:含水量高:天然含水量平均值为61.58%；压缩性高:孔隙比平均值为2.32，压缩系数平均值为2.59MPa-1，属高压缩性土；承载力低:无侧限抗压强度平均值为13.60kPa；渗透系数小:kv平均值为2.78x10

-7cm·s，kh平均值为2.29x10-7cm·s，降水效果较差，排水预固结速率很慢，强度无法提高；结构性:灵敏度平均值为6.58，属灵敏性，具有很强的结构性，一旦受到扰动，其强度将迅速降低。在开挖卸载及围护墙挤压作用下发生隆起，加剧基坑变形；流变性:软土地基重力式基坑支护结构在水平荷载稳定情况下发生明显的水平位移；欠固结特性:统计室内试验结果，淤泥层先期固结压应力pc的平均值为73.77kPa，软层的自重压应力一般超过100kPa。

该深基坑土方开挖对围护结构地连墙变形的影响很明显。一旦开挖，地墙变形陡增，达到5~9mm/天；内支撑架设完成后速率下降至1~3mm/天，底板结构施工完成后，测斜变形速率0.15~1.2mm/天。

施工过程主要采取以下加强措施：

1.除坑内疏干井、降压井降水以外，在基坑两侧施工便道上打井进行淤泥质地层真空降水，降低淤泥质地层含水量和降低水压，主动提高坑外土体的C值和Ø值，降低坑外土体的侧压力系数。

2.加强支撑体系，（1）垫层加厚，并设置双层钢筋网片。（2）调整支撑体系，部分φ609支撑调整为φ800支撑，第五道钢支撑调整为砼支撑（见图一），提高支撑体系抗变形能力。（3）开挖过程中，预拼好钢支撑，必要时在底板开挖面下掏槽，支顶钢支撑，快速浇筑垫层，提高基地抗变形能力。（4）采用φ850 SMW工法桩，其内插型钢由插一跳一调整为密插。（5）地下连续墙槽壁加固由单轴搅拌桩调整为三轴搅拌桩，先施工槽壁加固和坑底加固，后施工地下连续墙，以确保坑底加固与地下连续墙之间密贴。

3.快速回筑底板，底板分9~12m一段，便于快速绑扎完成钢筋，进行底板回筑，保证36小时完成钢筋绑扎、立端模，进行底板浇筑。

图一 钢支撑调整为砼支撑

六、结论

滨海软弱地层深基坑施工面临着复杂的自然环境和地质条件，需要通过合理的对策来保证施工的安全和效率。本文探讨这些对策有助于提高滨海深基坑施工的质量和效率，实现更安全的施工效果，为类似工程提供了有益的参考。

参考文献：

[1] 陈馈, 洪晓林, 王松臣,等. 软弱地层中深基坑的施工技术研究[J]. 建筑技术, 2018, 49(5):55-59.

[2] 张成, 魏强, 王晓东. 软土地区深基坑开挖过程中的数值模拟[J]. 岩土力学, 2017, 38(6):102-107.

[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 建筑深基坑工程施工安全技术规范(JGJ 311-2013)[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2014.

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