巖土工程中深基坑支護設計方法

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［摘要］巖土工程深基坑施工環(huán)境復雜，規(guī)范化地開展深基坑支護設計，能為后期深基坑支護施工及其他項目建設奠定良好基礎。在闡述巖土工程水理特性及深基坑支護特征的基礎上，就巖土工程深基坑支護設計的關鍵問題和設計要點展開分析，并指出提升巖體工程深基坑支護設計質量的方法，期望能進一步提升深基坑支護設計質量，促進巖土工程的持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展。

［關鍵詞］巖土工程；深基坑；支護

巖土工程深基坑施工環(huán)境較為復雜，在項目施工中，基坑滲水、巖土崩塌等都可能對項目施工造成影響，這不僅影響了項目建設質量，而且容易造成工期延誤和施工人員人身傷害等問題?；诖耍斜匾谏罨邮┕こ跗陔A段開展基坑支護工作。規(guī)范化開展深基坑支護設計，從源頭上保證深基坑支護施工質量，推動巖土工程項目建設工作的順利實施。

1巖土工程水理特性及深基坑支護特征

1.1水理特性

在巖土工程深基坑支護中，科學合理地進行水理特性分析，能最大限度地發(fā)揮深基坑支護體系職能，提升基坑支護效果。結合巖土工程建設實際可知，除崩解性外，巖土工程本身還具有膨脹性的特征。（1）巖土工程崩解性代表了巖土的濕化能力，即巖土中滲透進靜水后，靜水會破壞巖土土粒之間的連接結構，此時巖土會出現崩散和解體現象，這不僅降低了巖土結構的強度，而且影響了巖土的穩(wěn)定性。工程實踐表明，巖土工程自身崩解性直接影響深基坑施工，當崩解性越高時，深基坑施工所受到的影響就會更加明顯。（2）地下水會對巖土的體積結構產生作用，即巖土中滲入地下水時，自身的體積會有所膨脹，但是隨著水分的流失，早期發(fā)生膨脹的巖土又會逐漸恢復原來的體積，在巖土工程中，這一特性被稱為巖土的膨脹特性。膨脹特性對于巖土結構穩(wěn)定性、安全性具有較大影響，深基坑項目建設中，巖土膨脹特性會引起基坑裂縫、突起、坍塌等。值得注意的是，巖土工程本身還具有溶水、持水、透水的特性，這些特性均會對深基坑項目的建設造成影響。

1.2深基坑支護特征

深坑支護本質上屬于臨時工程范疇，但其在項目建設中起到關鍵作用，能為深基坑建設及巖土工程后期施工創(chuàng)設良好、安全的環(huán)境。巖土工程項目建設中，深基坑支護具有區(qū)域性、綜合性、不確定性和多事故性的特征。（1）工程項目建設地點不同時，巖土的物理特性、力學特性也存在較大差異，這使得巖土深基坑支護因地區(qū)不同而存在較大差異?；诖?，在巖土工程深基坑支護初期階段，需系統(tǒng)開展勘察工作，掌握巖土地質構造、水質情況等因素。（2）巖土工程深基坑支護受諸多因素影響，工程建設人員不僅要考慮深基坑支護技術應用情況，而且需分析支護技術與工程環(huán)境、工程建設安全性等因素的關聯(lián)性，這使得項目建設出現了系統(tǒng)性、綜合性的特征。此外，巖土內部結構及性質存在較大差異，這種差異導致工程項目建設存在較大的不確定性，增加了項目施工的危險性，故在深基坑設計施工階段，還需考慮工程多事故性的特征，科學合理地開展項目設計，為后期安全施工奠定良好基礎。

2深基坑支護設計關鍵問題

2.1設計計算

巖土工程深基坑設計具有較強的專業(yè)性、綜合性和復雜性，為從源頭上提升項目設計質量，需系統(tǒng)考慮項目設計計算工作。（1）在巖土深基坑支護設計中，需系統(tǒng)考慮土體支撐力與土層受力情況，明確支撐體系與土層之間的關系。如在土層壓力計算中，應基于多因素分析法進行各要素影響效果的計算，消除單純分析主動、被動、靜止條件等極限狀態(tài)所帶來的片面性。（2）深基坑支護結構受諸多因素影響，在完成基坑支護后，隨著時間的推移及后期項目施工，土層含水率會因外界環(huán)境的影響而變化，這在一定程度上會對土體的力學性質發(fā)生變化，而這種變化會間接作用于支護體系。因此，在深基坑支護設計中，還需考慮巖土工程的漸變因素，提升支護體系設計質量，滿足工程項目建設要求。

2.2空間效應

深基坑支護設計中，若僅考慮水平支撐力，忽視對基坑空間效益的分析，會使整個支撐體系出現缺陷，降低深基坑支護的可靠性?？梢?，深層次分析深基坑支護的空間效應是巖土工程項目建設的內在要求。工程實踐表明：在多種因素作用下，巖土工程深基坑在空間層面會發(fā)生位移，這種位移變化會使項目支撐體系失穩(wěn)，降低基坑支護的穩(wěn)定性和安全性。因此，在基坑支護體系設計中，有必要將基坑的空間效應納入考慮范圍，分析空間位移對項目支護體系造成的間接影響，以此來提升項目支護設計的綜合效益。

2.3土體取樣及參數選擇

在巖土工程深基坑支護設計之初，規(guī)范化地開展項目測量，選取有代表性的土樣進行土體力學特征分析，能為后期設計工作開展奠定良好基礎，從源頭上保證基坑支護設計的科學性、合理性。深基坑土體取樣過程中，要求具有豐富經驗的工作人員按照相關規(guī)范進行取樣，在考慮深基坑土體結構復雜性的基礎上實施多點取樣，確保所選擇的土壤樣品具有代表性。另外，在完成土體取樣后，還應結合樣品檢測的實際情況選擇力學參數，并通過該參數開展工程支護體系設計，確保設計的支護體系具有較強承載能力，能實現項目施工過程的有效支撐和保護。

3深基坑支護技術設計

3.1土層錨桿支護

土層錨桿支護技術是巖土工程深基坑支護中的常用方式，該支撐體系下，錨桿的一側銜接支護結構，另一側插入結構穩(wěn)定的巖土中。從支護體系設計效果來看，錨桿支護技術在連接禁錮錨桿、土層灌漿的基礎上，將深基坑巖土結構連接成一個整體，有效地提升了設備基坑支護設計的質量，為后期項目施工奠定了良好基礎。要進一步深化土層錨桿支護技術應用水平，在初期設計階段必須考慮以下因素。（1）土層錨桿支護設計受巖土工程建設區(qū)域環(huán)境的影響，為準確掌握巖土工程建設區(qū)域的地質、水文環(huán)境，要求開展施工區(qū)域的系統(tǒng)勘察，并在具體勘察中考慮巖土工程的建設結構、工程特征，然后規(guī)范化地進行工程建設區(qū)域的土樣提取、參數選擇和數據計算。（2）將錨桿材料規(guī)格、性能等參數納入考慮范圍，尤其是要做好鋼管、鋼絲等材料性能的分析，確保桿體材料能滿足項目基坑支護體系建設及應用需要。（3）在土層錨桿支護細節(jié)設計層面，應從施工準備、成孔、拉桿安裝、灌注、張拉錨固等環(huán)節(jié)開展錨桿支撐體系設計，并且在設計中需做好錨桿關鍵參數的計算分析，為后期項目施工提供有效指導（表1）。

3.2土釘支護技術

巖土工程土層結構不同，在深基坑支護體系設計中必須結合土層特征，差異化地選擇支護技術。譬如在地下水位較低的粘土、砂土、粉土地基中，可選擇土釘支護技術進行項目基坑支護設計。就土洞支護技術而言，其不僅包括密集的土釘群，而且涉及混凝土面層和防水系統(tǒng)。相比于其他支護體系，土釘支護技術具有技術優(yōu)越、造價低廉、施工便捷的特征。土釘支護技術要點設計包括2個方面。（1）應注重土釘支護技術應用形態(tài)的設計，先錨后噴、先噴后錨是該技術應有的2種基本形態(tài)，應結合基坑挖土特性的設計情況選擇支護方式。（2）機械成孔是土釘支護施工的常用技術，在此項技術設計中，應從鉆孔、注漿、安裝鋼筋網、噴射混凝土面等環(huán)節(jié)開展設計，通常在噴射混凝土設計中，應盡可能地使用C20混凝土，并確保噴射混凝土厚度維持在80~100mm。結合工程實際可知，深基坑土釘墻施工中，鉆孔機抽出環(huán)節(jié)容易出現坍孔，應采用套管成孔和擠壓成孔方式進行處理，確保土釘支護技術適應工程建設需要。另外，混凝土噴射是土釘支護技術設計的關鍵內容，在混凝土噴射技術參數設計中，要求采用空壓機作業(yè)時，設計空壓機的風量保持在9m3/min，且壓力需大于0.5MPa；土釘墻孔位偏差設計中，要求孔位偏差保持在150mm以內，鉆孔傾角保持在3°以內。

3.3深層攪拌樁技術

就深層攪拌樁而言，其采用水泥充當固化劑，然后在深層攪拌機械的作用下，將軟土或砂等與固化劑強制拌和，這樣原先的軟土地基將得到硬化，這對于巖土工程項目建設具有積極作用。在巖土工程深基坑支護設計中，除淤泥、砂土地質外，淤泥質土、泥炭土和粉土均可使用深層攪拌樁技術進行支護?；谠摷夹g開展巖土工程深基坑支護設計時，應注意以下幾點。（1）應系統(tǒng)考慮樁機定位、對中、調平設計，要求移動攪拌樁機到達指定樁位后，采用水準儀設備進行對正調平，設計攪拌樁機定位偏差保持在5cm以內，樁架的垂直度偏差不大于1%，導向架垂直度小于1.0%樁長。（2）漿液配比設計是深層攪拌樁技術設計的重要內容，其直接關系著攪拌樁成樁的質量，一般選擇C42.5水泥作為固化劑，同時要求漿液水灰比控制在0.45~0.50。此外，應結合土質環(huán)境，一般設計深層攪拌樁水泥用量不少于50kg/m。在攪拌沉樁作業(yè)設計中，要求按照場地平整、樁基就位、攪拌下沉、拌制水泥漿、注漿攪拌提升、重復攪拌下沉、重復提升、關閉攪拌機、攪拌機移至下一樁位的流程進行作業(yè)。在具體作業(yè)參數設計中，設計攪拌沉樁機鉆桿提升速度保持在0.5~0.8m/min，注漿泵出口壓力控制在0.4~0.6MPa，實現漿液和土體充分拌和。隨后規(guī)范開展樁體搭接及質量檢查設計，要求樁體搭接時間超過24h時，應增加第2根樁體的注漿量，確保第2根樁體注漿量超出第1根20%。在樁體質量建設設計中，要求重視檢查樣本抽取方法設計，同時做好夾心層及斷漿等問題檢測方法的設計，這樣能為后期施工提供有效指導，實現巖土基坑的有效圍護。

3.4地下連續(xù)墻支護技術

當巖土工程深基坑施工存在較大滲水時，可采用地下連續(xù)墻支護技術進行處理。施工實踐中，基坑深度低于地下水位、巖土工程施工地點存在砂土層等問題時，均可采用該方法進行處理。從施工過程來看，地下連續(xù)墻施工的振動性較小，且墻體剛度較大，此外，其能有效提升土石項目的防滲效果，施工效果較好。在實際施工中，針對地下連續(xù)墻支護技術的應用，還應注重以下要點。（1）地下連續(xù)墻多采用混凝土澆筑施工方式，施工體量較大，可采用分層連續(xù)澆筑或推移式連續(xù)澆筑的方式進行施工。（2）在實際澆筑中，應嚴格遵守邊澆筑、邊振搗的工藝要求，要求振搗器垂直插入的深度不小于500mm，在振搗順序管理中，按照自后向前的順序進行施工。此外，完成地下連續(xù)墻施工后，為確保良好的施工效果，還應加強連續(xù)墻的養(yǎng)護管理，在養(yǎng)護中，嚴格控制墻體表面溫度、濕度，確保地下連續(xù)墻整體完整性。地下連續(xù)墻養(yǎng)護時間應控制在14d左右，這樣能有效提升防護墻的整體強度，保證巖土工程深基坑防護效果。

4提升巖土工程中的深基坑支護設計質量的方法

現階段，巖土工程建設環(huán)境越發(fā)復雜，工程項目深基坑建設施工的難度不斷增大。出于提升項目施工質量考慮，在項目建設初期階段，需系統(tǒng)開展深基坑支護設計。為進一步提升巖土工程深基坑設計質量，在項目具體設計中，需重視以下幾點。（1）應做好工程項目設計部門與勘察部門、施工部門的溝通。巖土工程深基坑支護設計并非一個完全獨立的作業(yè)過程，其需項目勘察數據作為支撐，同時設計結果對于后期施工質量具有深刻影響，故在開始設計時，就必須深化設計部門、勘察部門與施工部門的聯(lián)系，科學合理開展項目設計，消除設計誤差，為后期施工創(chuàng)造良好環(huán)境。（2）將深基坑支護方案應用于巖土工程深基坑作業(yè)，需大量材料設備作為支撐，故項目初期設計階段須考慮施工材料應用因素，做好材料規(guī)格、類型選擇，并對材料的數量、質量和性能進行控制，以此來實現項目設計與項目材料應用的統(tǒng)一。此外，巖土工程設計專業(yè)性較強，在具體設計中需考慮較多的信息數據，大幅增加了項目設計的難度，對此應深化信息技術在項目設計中的應用，提升項目設計的效率和質量。

5結束語

規(guī)范化地開展深基坑支護設計，能從源頭上實現深基坑支護施工質量控制，為巖土工程項目建設奠定良好基礎。只有充分認識到巖土工程水理特性和深基坑支護特征，深層次分析巖土工程深基坑支護設計的關鍵問題，并加強深基坑支護技術設計和設計過程方法把控，才能有效地提升深基坑支護設計水平，促進深基坑及巖土工程建設工作的有序開展。

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作者:張中龍 單位:中冶沈勘工程技術有限公司