天津滨海新区响螺湾商务区基坑支护设计参数分析研究

2016-10-20黄艳萍李亚飞

天津建设科技 2016年1期

□文/黄艳萍李亚飞

□文/黄艳萍李亚飞

深基坑支护结构设计中的重要环节便是土压力的计算，其中土层抗剪强度指标的选取至关重要，直接关系到基坑工程的安全性和经济性。文章重点对天津滨海新区响螺湾商务区深基坑支护设计中最常采用的直剪快剪和固结快剪强度指标参数进行统计分析研究，初步查明该工作区不同土层直剪试验指标区域分布规律和特点，更好地指导工作区基坑支护设计工作，为其提供科学的抗剪强度指标参考依据，有效保证基坑工程的经济安全。

响螺湾商务区；基坑；支护；抗剪强度；直剪快剪；固结快剪；参数

随着天津滨海新区的开发开放，土地资源的充分利用愈加重要，城市建设呈现出“高”、“深”方向发展趋势，高层建筑和地下工程大量出现，因此基坑开挖边坡稳定性分析和基坑支护结构设计等工作的重要性越来越明显。特别是响螺湾商务区大量大型超高层项目的开发建设，其地下室大多为3～4层，基坑深度近20 m。深基坑支护结构设计中的重要环节便是土压力的计算，其中土层抗剪强度指标的选取至关重要，直接关系到基坑工程的安全性和经济性。因此开展了响螺湾商务区40 m以浅地基土基坑支护设计参数的分析研究。

本文重点对工作区深基坑支护设计中最常采用的直剪快剪和固结快剪强度指标参数进行统计分析研究。

1　工程地质条件

1.1地基土层序划分

40 m以浅地基土主要由第四系全新统（Q4）和上更新统（Q3）组成，属海陆交互沉积，岩性包括粘性土、淤泥质土和砂性土。该段地层结构松散，固结程度较低，岩性变化较大。依据DB/T 29-191—2009《天津市地基土层序划分技术规程》，综合考虑地层沉积环境特征及其物理力学性质，对地基土进行了统一的土性排序和编码，见表1。

表1　地层代号对照

1.2地质特征

工程地质第四纪地貌以冲积为主，40.0 m以浅地层岩性主要为人工填土、粘性土、淤泥质土和粉（砂）土。

3　抗剪强度指标统计分析

3.1抗剪强度指标汇总统计

在汇总分析大量岩土工程资料基础上，对地基土抗剪强度指标（粘聚力、内摩擦角）进行了归纳统计，为避免由于试验或人为因素造成试验指标误差过大，综合考虑数据的离散程度和已有的工程经验对子样进行了相应的取舍，分别提供了指标统计个数、最大值、最小值、平均值、变异系数和标准值，见表2；绘制工作区土层抗剪强度指标平均值随深度变化图及工作区典型钻孔土层抗剪强度指标随深度变化曲线，见图1和图2。

表2　4O.O m以浅土层抗剪强度指标统计

续表2

图1　工作区土层抗剪强度指标平均值随深度变化

图2　工作区典型钻孔土层抗剪强度指标随深度变化曲线

3.2工作区抗剪强度指标分析

经过对40 m以浅研究深度范围内主要地基土层抗剪强度指标（快剪指标φq、Cq和固结快剪指标φc、Cc）进行了详细统计和对比分析。由图1可以看出，40.0 m以浅粉质粘土抗剪强度指标内摩擦角值随深度略有增大，但变化幅度不大，φq平均值在10.7°～15.4°，φc平均值在14.3°～17.7°；饱和粉（砂）土内摩擦角值变化不大，φ平均值基本在26.0°～30.0°左右；素填土和第一海相层淤泥质土内摩擦角φ平均值一般＜10.0°。

海相沉积地层抗剪强度指标粘聚力值变化不大，Cq平均值一般在15.0～20.0 kPa左右，Cc平均值一般在16.0～21.0 kPa左右；陆相层岩性以粉质粘土为主，粘聚力值随深度略有增大，Cq平均值在20.0～25.0 kPa左右，CC平均值一般在27.0～30.0 kPa左右。

综上所述，同时结合本区工程建设特点，确定该区对基坑稳定性易产生不利影响的软弱土层主要是第一海相层淤泥质土。该土层呈软塑或流塑状态，压缩性高，顶板埋深在9.0 m左右，厚度较大，在5.0 m左右，抗剪强度指标φq和φc值一般＜10.0°，Cq和CC值在15.0～20.0 kPa左右。

4　不同岩性土层抗剪强度指标特征及选取方法

4.1素填土

受填垫土料和堆填方式等因素的影响，该层土的抗剪强度指标差异较大，本文提供的抗剪强度指标未考虑填垫年限和堆填方式等因素，在基坑支护设计计算时，其抗剪强度指标应进行折减使用。对经过特殊处理的人工填土，应进行专项土工试验。

4.2淤泥质土

淤泥质土广泛发育且厚度较大，是典型的软弱土层，工程性质较差，灵敏性高、抗剪强度低，承载力低，在饱水状态下还具有触变和流变性等特点，是造成基坑变形的重要层位，建议在基坑支护设计中该土层采用直剪快剪抗剪强度指标标准值。

4.3粉质粘土

40 m以浅粉质粘土成因类型复杂，包括河床～河漫滩相、浅海相和沼泽相沉积，成因类型不同，抗剪强度指标有所差异。粉质粘土颗粒一般较细，孔隙小而多，透水性弱，具有膨胀、收缩等特点。在基坑开挖过程中一般不易受扰动，建议在基坑支护设计计算中采用直剪快剪强度指标标准值。

4.4粉（土）砂

粉（土）砂抗剪强度指标差异不大，在纵向上随深度的增加有一定的增大。粉（土）砂颗粒间粘聚力较小，结构松散，透水性相对较好。在基坑开挖过程中容易受到动力和地下水渗流力的影响而扰动，建议在基坑支护设计计算中采用水土分算，抗剪强度指标采用固结快剪强度指标标准值。

5　结论

基坑支护设计人员在选用土层参数时应慎重，要综合各种因素，只有在设计参数选取合理且符合客观实际的情况下，才能保证基坑工程的安全性与经济性，同时应重视基坑支护工程的监测分析工作，不断积累区域性土层抗剪强度指标、经验值，掌握不同地区、不同成因的土层力学参数特点及其分布规律。本文初步查明工作区不同土层直剪试验指标区域分布规律和特点，更好地指导工作区的基坑支护设计工作，为其提供科学的抗剪强度指标参考依据，有效保证基坑工程的经济安全。

本文属于区域性研究成果，可作为工作区基坑支护初步设计概算的依据，不能直接作为基坑支护结构设计依据，需针对具体工程做专门的岩土工程勘察。

［1］天津市地质矿产局.天津市区域地质志［M］.北京：地质出版社，1992.

［2］《工程地质手册》编委会.工程地质手册［M］.4版.北京：中国建筑工业出版社，2007.

［3］刘国彬，王卫东.基坑工程手册［M］.2版.北京：中国建筑工业出版社，2009.

［4］黄绍铭，高大钊.软土地基与地下工程［M］.2版.北京：中国建筑工业出版社，2005.

［5］史佩栋.深基础工程特殊技术问题［M］.北京：人民交通出版社，2004.

［6］GB 50021—2001，岩土工程勘察规范［S］.

［7］JGJ 120—99，建筑基坑支护技术规程［S］.

［8］DB 29-20—2000，岩土工程技术规范［S］.

［9］DB/T 29-191—2009，天津市地基土层序划分技术规程［S］.

［10］JBJ 89—92，原状土取样技术标准［S］.

［11］GB/T 50123—1999，土工试验方法标准［S］.