泉州丰泽某软弱土场地岩土工程勘察与基坑支护设计探究

林华彬

随着近些年我国城镇化的加快，我国建筑行业获得了快速发展的机会，为了充分的利用城市土地发挥最大的利用率，很多城市对地下空间开发的力度正在逐渐的扩大，地下商场、车库等建筑兴建于建筑林立的闹市区当中，这些地区地下管线交错，对环境的保护要求较高，这给基坑施工作业带来了很大的麻烦，尤其是在软土地质的地区，如何让天然含水量高、压缩性强、抗剪能力较差、易发生变形和失稳的软土地基保持稳定，成为了很多设计和施工单位头痛的问题。想要做好软土地区的施工，首先应该高度重视岩土工程勘察，根据勘察报告的内容和工程实际情况，做好对基坑内支护体系方案的设计，这样才能在保证施工安全的前提下建设出高质量的稳定建筑，这能够保障建筑使用者的生命和财产安全。

1 工程概况简述

华大创业园项目位于泉州市丰泽区泉秀东街南侧，建筑结构为框架结构，项目建设用地面积约为4285.8m2，建筑占地面积为1020.0m2，总建筑面积约为7570.09m2，10层，框架结构，设有一层地下室，其中地上建筑面积为4998.90m2，地下建筑面积为2571.19m2。

拟建工程采用桩基，根据国家标准《岩土工程勘察规范》，拟建工程的重要性等级为二级，场地复杂程度为二级，地基复杂程度为二级，岩土工程勘察等级为乙级。按照《建筑抗震设计规范》进行划分，拟建物的抗震设防类别为丙级，属于标准设防类型。

2 岩土工程勘察

本次岩土工程勘察主体建筑与基坑工程一同进行，主要查明场地地基土的稳定性、地层结构、持力层以及下卧层的工程特性，查明地下水的赋存条件及渗透性，准确的提供满足设计以及施工要求的相关岩土参数，确定地基承载能力，将地基变形情况进行合理的预测，为地基基础施工、基坑支护、工程降水以及施工方案的确定提供合理建议，并针对建设场地不良地质情况，提出建筑物防治的相关建议。

2.1 勘察工作布置

根据甲方提供拟建物的总平面布置图，沿拟建物轮廓线及主要柱列线位置布置勘探孔16个，编号为ZK1-ZK16。取土试样钻孔按钻探孔总数的1/3以上，计8个均为控制孔。由于拟建场地的距离已建建筑较近，无空间可施工，未布置基坑外围孔，主要参照主楼孔的数据及收集资料进行综合分析，均进入中风化花岗岩岩不少于6～8m。

2.2 具体勘察方法

本次勘察手段采用收集资料、钻探取芯、取土样室内测试、现场原位测试等综合手段进行。结合勘察技术要求及拟建构筑物的特性本次勘察主要思路及重点：①岩土空间展布：钻探采用全孔取芯；②岩土层物理力学性质指标：取I级、原位测试；③水文地质、水位观测、抽水试验。

2.2.1 钻探

本次勘察外业钻探施工采用XY-100型液压回转工程钻机配合优质泥浆和套管护壁、回旋钻进、干钻取芯和“无泵投球”取芯钻进，各岩土层回次进尺、岩芯采取率均符合规范要求，基坑开挖深度范围内采用全孔取芯，查明上部各岩土层结构。

2.2.2 取样及标贯

采取的原状土试样质量等级为I级。取样时，软土原状土样采用薄壁取土器配合钻机以快速静力连续压入法取样，可～硬塑黏性土原状土样采用三重管单动回转取土器取样，取样间距约2.0m，取样孔径不小于108mm。扰动土样在标贯器或岩芯中采取，其中砂类土扰动样不少于1kg。岩石样使用金刚石钻头岩芯管采取。采取的岩土试样密封后均置于温度及湿度变化小的环境中。原状土样运送前采用专用土样箱包装，土样之间用软柔缓冲材料填实。一箱土样总重不超过40kg。并采用小型汽车及时送达实验室进行试验。

地下水试样按不同含水层分层采取。取样前，用拟取的地下水反复冲洗容器不少于3次，每组水样各取2件（每件水量不少于500ml），其中1件在现场取出后加入大理石粉摇匀密封，并及时送往室内试验。

标准贯入试验在粘性土、砂土及全～强风化岩等层中进行，竖向测试间距1.0---2.0m，重型圆锥动力触探试验在杂填土层中进行。试验采用自动落锤装置，锤质量为63.5kg，落距为76cm，钻杆直径42mm。

2.2.3 室内试验

室内土工试验主要执行国标《土工试验方法标准》（GB/T 50123-2019）。

（1）原状土样以常规试验为主，测定出土的物理指标、强度指标、压缩性指标等，软土进行三轴试验（不固结不排水），岩土抗压试验。

（2）砂土进行颗粒分析。

（3）场地水腐蚀性分析，根据国家标准《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001，2009年版）等有关规范，判定地下水和地下水位以上的土对混凝土和钢结构的腐蚀性。

2.3 地形地貌、周边环境及岩土层结构特征

拟建场地位于泉州市丰泽区泉秀东街南侧，拟建场地地貌属海陆相冲淤积平原地貌单元，地基土为人工回填、冲（海）积、风化残积成因类型，后因建设需要经人工平整成现状，场地较平坦开阔，勘察期间测得各钻孔标高为4.11～4.68m。

拟建场地周边为已建建筑，场地北侧基坑距红线约5.0m，红线外为一幢已建16F的单身公寓，东侧基坑距红线约5.0m，红线外为一幢已建3F教学楼，南侧基坑距红线约5.50m，红线外为一幢已建3F的体育馆，西侧基坑距红线约5.0m，红线外为两幢已建19F住宅楼，周边建筑基础均采用桩基，红线周边场地东侧、西侧均分布有雨、污水及电力管线等地下埋藏物。

根据钻孔揭示，本场地主要分布的土层主要为表层人工填土①、粉质粘土②、淤泥③、粉细砂④、淤泥⑤、淤泥质粘土⑥、中细砂⑦、砂土状强风化花岗岩⑧、碎块状强风化花岗岩⑨、中风化花岗岩⑩，基坑开挖区内土层主要为上部的人工填土①、粉质粘土②、淤泥③、粉细砂④层。代表性的地层剖面详见下图：

图1 代表性地质剖面图

2.4 场地地下水类型、埋藏条件及抽水试验

地下水主要为上部土层孔隙型潜水，中部第四系冲海积层孔隙型承压水及下部岩体风化层孔隙裂隙承压水三大类型，各含水层具体埋藏与赋存条件分述如下：

（1）上部土层孔隙型潜水

主要赋存于浅层分布的杂填土①层中，富水性及透水性较差，主要接受地表水体及大气降水的入渗补给，靠蒸发及沿地势向低处排泄。水位受季节影响较大，年水位变幅约1.00～1.50m。

（2）中部第四系冲海积层孔隙型承压水

主要赋存于粉细砂④、中细砂⑦，空隙连通性好，透水性强，主要接受含水层侧向迳流补给，沿地势向低处排泄。含水层水位受季节影响不大，年水位变幅约0.50m。其中中细砂⑦孔隙型承压水与下部岩体风化层孔隙裂隙承压水具一定的水力联系。

（3）下部岩体风化层孔隙裂隙承压水

主要赋存于砂土状强风化花岗岩⑧、碎块状强风化花岗岩⑨、中风化花岗岩⑩层孔隙裂隙中，其孔隙裂隙发育程度不均，其透水性和富水性很不均匀。砂土状强风化花岗岩⑧、碎块状强风化花岗岩⑨、中风化花岗岩⑩层裂隙较发育，连通性较好，水量受裂隙发育程度的影响，并且具有各向异性和不均匀性，透水性一般弱-中等，富水性弱-中等。以上含水带具直接水力联系。主要接受含水层侧向迳流补给，水位受季节影响变化较小，年水位变幅一般小于0.50m。

场地地下水在勘察期间测得的地下水稳定水位埋深变化在1.80～2.70m（标高1.51～2.59m），初见水位埋深变化在1.50～2.40m。勘察期间，于ZK6进行分层水位观测，测得陆地钻孔粉细砂④、中细砂⑦层承压水位埋深分别为6.20m、24.70m，水位标高分别为-1.73m、-20.23m，根据该区域的水文地质资料及拟建场地的地质情况，经踏勘时了解拟建场地段及临近场地的地质资料，不同季节、条件场地地下水位将有所升降，升降幅度约1.0m左右，近3～5年的地下最高水位标高约为2.50～3.50m，历史最高水位标高约为4.0m，场地室外地坪标高的改变将改变现状水文地质条件，而引起地下水位改变。

为查明含水层的渗透性能，给基坑降水设计等提供水文地质参数，对基础施工有影响的含水层进行抽水试验。

勘察期间对施工有影响含水层主要有杂填土①及粉细砂④，杂填土①富水性及透水性较差，受季节性影响较大；粉细砂④为强透水层。野外钻探选择有代表性的ZK9钻孔，对粉细砂④进行抽水试验，按三次降深要求进行，降深主要考虑基坑开挖的最大深度和含水层底板的深度等因素，稳定水位延续时间不小于8h（流量、抽水孔水位、观测孔的水位均为稳定）。试验时用三角堰观测抽水孔的涌水量，钻孔内水位用带有刻度的专用测绳配万用表进行测量，抽水试验设备采用深井潜水泵。

根据抽水试验成果，确定场地的粉细砂④渗透系数为8.3*10-2cm/s。

2.5 软土震陷及砂土液化判别

拟建场地处于抗震设防烈度七度区，根据波速测试报告，淤泥③、淤泥⑤剪切波速Vs大于90 m/s，因此在七度地震力作用下可不考虑震陷影响。

依据国标《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）（2016版）第4.3.3条规定，对粉细砂④、中细砂⑦层进行初步液化判别，粉细砂④、中细砂⑦层属于第四系全新世沉积，在7度地震时可能产生液化，其中中细砂⑦埋深≥20m可不进行液化判别。经计算，粉细砂单孔液化指数为4.76～14.40，单孔液化指数平均值为9.05，拟建场地为中等液化场地。地基液化等级为中等时，应进行基础和上部结构处理，或更高要求的措施。

3 基坑支护设计

本工程设一层地下室，拟建建筑设计室内地坪标高±0.00=4.90m，现有场地地面黄海高程按4.200m左右平整。地下室底板面设计标高为-0.10m，纯地下室底板厚300mm，底板下垫层100mm，纯地下室基坑底板垫层底的标高约为-0.50m，开挖深度约4.70m，主楼区承台基坑开挖至标高约为-1.50m，开挖深度约5.70m。本基坑工程的安全等级为二级，工程重要性系数取γ=1.00。本基坑支护工程为临时性结构，使用期限为一年。

结合该场地的周边环境及岩土特征，本项目基坑支护的重点是止土与止水，此外应控制支护结构变形，以保证周边管线、

建筑物的正常使用。从本工程的地层分布、地下水赋存及分布情况、开挖深度、结合周边的环境情况，本项目选用支护桩方案，从“钢板桩”、“SMW工法桩”、“灌注桩”等进行技术、经济比选后采用了“SMW工法桩”，为了控制开挖变形量，基坑采用了SMW工法桩+钢筋混凝土结构的内支撑体系，具体实施如下：上部1.5m采用1：1.5坡率放坡，坡面采用挂6.5钢筋间距250mm*250mm布置，喷射C20砼60mm形成护面结构。基坑四周均采用单排SMW工法桩支护，前、后排桩相切，搅拌桩内插型钢HM488*300*11*18，放坡坡脚处采用三轴搅拌桩为650@450，经验算，三轴搅拌桩桩长14.5～17.5m，搅拌桩内插型钢HM488*300*11*18桩长15～18m。支护剖面如下：

图2 支护剖面图

根据《华大创业园岩土工程勘察报告》填土①上部土层孔隙型潜水，受大气降水影响较大，勘察期间地下水标高在1.51～2.59m；粉细砂④中的孔隙承压水，水位标高0.20m～-1.73m左右。基坑开挖至地板标高为淤泥③层，经验算，基坑开挖至坑底会产生突涌，因此，需要采取降水措施降低粉细砂④的承压水头高度。

本工程基坑采用三轴水泥搅拌桩隔水与管井降水法相结合,形成封闭状止水帷幕，并在坑内布置降水井和降压井，同时在基坑坑内周边布置适量集水坑用于疏干基坑积水。根据地层分布情况和承台分布特点,在基坑内部共布置9口疏干井,井深约15～18m,要求降水管井穿透粉细砂④,并进入下卧层⑤淤泥层不少于1.0m；布置10口降压管井,井深约15～18m,要求降水管井穿透粉细砂④,并进入下卧层淤积层不小于1.0m。同时为防止周边临近建筑沉降，沿基坑外围布置了13口回灌井。在降水期间加强水位监测,在满足施工要求的前提下,尽可能的少抽取地下水,以保持基坑外围合理的地下水位,根据水位及变形监测情况,同时预留回灌措施。

4 监测点布置、施工及监测情况

4.1 监测点布置

在基坑支护施工前，要布置监测点对基坑周边建筑物、道路的沉降情况进行观测，同时还要对支护结构水平方向的位移情况进行观测，做好支撑梁应力监测、支护桩测斜以及立柱沉降等。

布置监测点位置的时候，要充分结合工程的性质、周边环境以及地下管线分布等相关的因素。应力监测点应该布置在支护结构中的最不利位置和断面处，例如在最大变形处以及最大应力处。在多项监测同时进行的时候，应该将监测点布置与时间和空间进行有机结合，让一个监测点能够同时对多处物理变化量进行反映，使其能够观测到内在的联系和变化规律。监测点应该重点在降水以及挖掘土方影响最大的区域进行设施，能够对支护结构变形情况、建筑物变形情况以及地下水位情况进行观测。此外监测点布置还要和施工方法和施工流程相结合，考虑施工过程对监测点产生的影响。

4.2 施工及监测情况

本项目基坑支护施工于2019年10月9日开始施工，于2020于6月24日基坑支护完工并回填至整平标高，达到勘察设计的要求。

根据本次在基坑结构、建筑物周边布置的监测点进行了监测，结果如下：

监 测 项 目 监 测 成 果 设计预警值1、深层土体位移监测累计最大变形量范围值为10.53～30.79mm，累计最大变形量为C11孔：30.79mm。各孔变形量正常，未超出设计预警值。变化速率大于3mm/d或累计超过40mm。2、坡顶水平位移监测累计最大位移量范围值为11.0～24.0mm，累计最大位移量为J11：24.2mm，未超出设计预警值。变化速率大于3mm/d或累计超过35mm。3、坡顶竖向位移监测累计最大沉降量范围值为15.0～21.1mm之间，最大值为J11：21.1mm，未超出设计预警值。变化速率大于3mm/d或累计超过30mm。4、围墙沉降监测累计最大沉降量范围值为3.6～11.8mm，最 大 值 为Q11：11.8mm，未超出设计预警值。变化速率大于3mm/d或累计超过30mm。5、周边建筑沉降最大累计沉降量范围值为0.3～1.5mm，最 大 值 为Q11：1.5mm，未超出设计预警值。变化速率大于2mm/d或累计超过30mm。6、周边道路沉降累计最大沉降量范围值为3.5～18.8mm之间，最大值为D13：18.8mm，未超出设计预警值。变化速率大于2mm/d或累计超过30mm。7、地下水位监测累计最大位变形量在18～22cm之间，最大值为W3：22cm，未超出设计预警值。变化速率大于500mm/d或累计值为1000mm。8、立柱竖向位移各观测点变化量均未超出设计预警值。变化速率大于2mm/d或累计超过25mm。9、圈梁、支撑梁钢筋应力监测应力变化量均未超出设计预警值。 （65%）*f1

监测结果表明，本项目基坑支护工程各项指标均未达到预警的条件，满足设计要求。

5 结语

软弱土地基基坑施工存在地基土易变性、开挖难度大的问题，在施工的过程中，首先应该保证施工及周边条件的安全，为施工提供充足的共建。通过对华大创业园工程的施工过程和经验总结可以得出如下结论：1、软弱土地区基坑支护的重点是需要将软弱土层内部的力学特性以及夹层的情况进行查明，核实地下水赋存的情况之后，再设计相关的基坑支护体系，工法桩施工的方式对于基坑体积较小深度较浅的情况，有着非常良好的应用效果。2、对于相近似的地质、水文及周边条件，采用用SWM工法桩是确实可行的。