巖土工程中深基坑支護(hù)設(shè)計方法

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

［關(guān)鍵詞］巖土工程；深基坑；支護(hù)

巖土工程深基坑施工環(huán)境較為復(fù)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(shè)質(zhì)量，而且容易造成工期延誤和施工人員人身傷害等問題。基于此，有必要在深基坑施工初期階段開展基坑支護(hù)工作。規(guī)范化開展深基坑支護(hù)設(shè)計，從源頭上保證深基坑支護(hù)施工質(zhì)量，推動巖土工程項目建設(shè)工作的順利實施。

1巖土工程水理特性及深基坑支護(hù)特征

1.1水理特性

在巖土工程深基坑支護(hù)中，科學(xué)合理地進(jìn)行水理特性分析，能最大限度地發(fā)揮深基坑支護(hù)體系職能，提升基坑支護(hù)效果。結(jié)合巖土工程建設(shè)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(jìn)靜水后，靜水會破壞巖土土粒之間的連接結(jié)構(gòu)，此時巖土?xí)霈F(xiàn)崩散和解體現(xiàn)象，這不僅降低了巖土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)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(dāng)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(jié)構(gòu)產(chǎn)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(fù)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、安全性具有較大影響，深基坑項目建設(shè)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(shè)造成影響。

1.2深基坑支護(hù)特征

深坑支護(hù)本質(zhì)上屬于臨時工程范疇，但其在項目建設(shè)中起到關(guān)鍵作用，能為深基坑建設(shè)及巖土工程后期施工創(chuàng)設(shè)良好、安全的環(huán)境。巖土工程項目建設(shè)中，深基坑支護(hù)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(shè)地點不同時，巖土的物理特性、力學(xué)特性也存在較大差異，這使得巖土深基坑支護(hù)因地區(qū)不同而存在較大差異。基于此，在巖土工程深基坑支護(hù)初期階段，需系統(tǒng)開展勘察工作，掌握巖土地質(zhì)構(gòu)造、水質(zhì)情況等因素。（2）巖土工程深基坑支護(hù)受諸多因素影響，工程建設(shè)人員不僅要考慮深基坑支護(hù)技術(shù)應(yīng)用情況，而且需分析支護(hù)技術(shù)與工程環(huán)境、工程建設(shè)安全性等因素的關(guān)聯(lián)性，這使得項目建設(shè)出現(xiàn)了系統(tǒng)性、綜合性的特征。此外，巖土內(nèi)部結(jié)構(gòu)及性質(zhì)存在較大差異，這種差異導(dǎo)致工程項目建設(shè)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(shè)計施工階段，還需考慮工程多事故性的特征，科學(xué)合理地開展項目設(shè)計，為后期安全施工奠定良好基礎(chǔ)。

2深基坑支護(hù)設(shè)計關(guān)鍵問題

2.1設(shè)計計算

巖土工程深基坑設(shè)計具有較強(qiáng)的專業(yè)性、綜合性和復(fù)雜性，為從源頭上提升項目設(shè)計質(zhì)量，需系統(tǒng)考慮項目設(shè)計計算工作。（1）在巖土深基坑支護(hù)設(shè)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(guān)系。如在土層壓力計算中，應(yīng)基于多因素分析法進(jìn)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(hù)結(jié)構(gòu)受諸多因素影響，在完成基坑支護(hù)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(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，而這種變化會間接作用于支護(hù)體系。因此，在深基坑支護(hù)設(shè)計中，還需考慮巖土工程的漸變因素，提升支護(hù)體系設(shè)計質(zhì)量，滿足工程項目建設(shè)要求。

2.2空間效應(yīng)

深基坑支護(hù)設(shè)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(xiàn)缺陷，降低深基坑支護(hù)的可靠性?？梢?，深層次分析深基坑支護(hù)的空間效應(yīng)是巖土工程項目建設(shè)的內(nèi)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(hù)的穩(wěn)定性和安全性。因此，在基坑支護(hù)體系設(shè)計中，有必要將基坑的空間效應(yīng)納入考慮范圍，分析空間位移對項目支護(hù)體系造成的間接影響，以此來提升項目支護(hù)設(shè)計的綜合效益。

2.3土體取樣及參數(shù)選擇

在巖土工程深基坑支護(hù)設(shè)計之初，規(guī)范化地開展項目測量，選取有代表性的土樣進(jìn)行土體力學(xué)特征分析，能為后期設(shè)計工作開展奠定良好基礎(chǔ)，從源頭上保證基坑支護(hù)設(shè)計的科學(xué)性、合理性。深基坑土體取樣過程中，要求具有豐富經(jīng)驗的工作人員按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行取樣，在考慮深基坑土體結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的基礎(chǔ)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(yīng)結(jié)合樣品檢測的實際情況選擇力學(xué)參數(shù)，并通過該參數(shù)開展工程支護(hù)體系設(shè)計，確保設(shè)計的支護(hù)體系具有較強(qiáng)承載能力，能實現(xiàn)項目施工過程的有效支撐和保護(hù)。

3深基坑支護(hù)技術(shù)設(shè)計

3.1土層錨桿支護(hù)

土層錨桿支護(hù)技術(shù)是巖土工程深基坑支護(hù)中的常用方式，該支撐體系下，錨桿的一側(cè)銜接支護(hù)結(jié)構(gòu)，另一側(cè)插入結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的巖土中。從支護(hù)體系設(shè)計效果來看，錨桿支護(hù)技術(shù)在連接禁錮錨桿、土層灌漿的基礎(chǔ)上，將深基坑巖土結(jié)構(gòu)連接成一個整體，有效地提升了設(shè)備基坑支護(hù)設(shè)計的質(zhì)量，為后期項目施工奠定了良好基礎(chǔ)。要進(jìn)一步深化土層錨桿支護(hù)技術(shù)應(yīng)用水平，在初期設(shè)計階段必須考慮以下因素。（1）土層錨桿支護(hù)設(shè)計受巖土工程建設(shè)區(qū)域環(huán)境的影響，為準(zhǔn)確掌握巖土工程建設(shè)區(qū)域的地質(zhì)、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(shè)結(jié)構(gòu)、工程特征，然后規(guī)范化地進(jìn)行工程建設(shè)區(qū)域的土樣提取、參數(shù)選擇和數(shù)據(jù)計算。（2）將錨桿材料規(guī)格、性能等參數(shù)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(hù)體系建設(shè)及應(yīng)用需要。（3）在土層錨桿支護(hù)細(xì)節(jié)設(shè)計層面，應(yīng)從施工準(zhǔn)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(shè)計，并且在設(shè)計中需做好錨桿關(guān)鍵參數(shù)的計算分析，為后期項目施工提供有效指導(dǎo)（表1）。

3.2土釘支護(hù)技術(shù)

巖土工程土層結(jié)構(gòu)不同，在深基坑支護(hù)體系設(shè)計中必須結(jié)合土層特征，差異化地選擇支護(hù)技術(shù)。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(hù)技術(shù)進(jìn)行項目基坑支護(hù)設(shè)計。就土洞支護(hù)技術(shù)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(hù)體系，土釘支護(hù)技術(shù)具有技術(shù)優(yōu)越、造價低廉、施工便捷的特征。土釘支護(hù)技術(shù)要點設(shè)計包括2個方面。（1）應(yīng)注重土釘支護(hù)技術(shù)應(yīng)用形態(tài)的設(shè)計，先錨后噴、先噴后錨是該技術(shù)應(yīng)有的2種基本形態(tài)，應(yīng)結(jié)合基坑挖土特性的設(shè)計情況選擇支護(hù)方式。（2）機(jī)械成孔是土釘支護(hù)施工的常用技術(shù)，在此項技術(shù)設(shè)計中，應(yīng)從鉆孔、注漿、安裝鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土面等環(huán)節(jié)開展設(shè)計，通常在噴射混凝土設(shè)計中，應(yīng)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(jié)合工程實際可知，深基坑土釘墻施工中，鉆孔機(jī)抽出環(huán)節(jié)容易出現(xiàn)坍孔，應(yīng)采用套管成孔和擠壓成孔方式進(jìn)行處理，確保土釘支護(hù)技術(shù)適應(yīng)工程建設(shè)需要。另外，混凝土噴射是土釘支護(hù)技術(shù)設(shè)計的關(guān)鍵內(nèi)容，在混凝土噴射技術(shù)參數(shù)設(shè)計中，要求采用空壓機(jī)作業(yè)時，設(shè)計空壓機(jī)的風(fēng)量保持在9m3/min，且壓力需大于0.5MPa；土釘墻孔位偏差設(shè)計中，要求孔位偏差保持在150mm以內(nèi)，鉆孔傾角保持在3°以內(nèi)。

3.3深層攪拌樁技術(shù)

就深層攪拌樁而言，其采用水泥充當(dāng)固化劑，然后在深層攪拌機(jī)械的作用下，將軟土或砂等與固化劑強(qiáng)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(shè)具有積極作用。在巖土工程深基坑支護(hù)設(shè)計中，除淤泥、砂土地質(zhì)外，淤泥質(zhì)土、泥炭土和粉土均可使用深層攪拌樁技術(shù)進(jìn)行支護(hù)。基于該技術(shù)開展巖土工程深基坑支護(hù)設(shè)計時，應(yīng)注意以下幾點。（1）應(yīng)系統(tǒng)考慮樁機(jī)定位、對中、調(diào)平設(shè)計，要求移動攪拌樁機(jī)到達(dá)指定樁位后，采用水準(zhǔn)儀設(shè)備進(jìn)行對正調(diào)平，設(shè)計攪拌樁機(jī)定位偏差保持在5cm以內(nèi)，樁架的垂直度偏差不大于1%，導(dǎo)向架垂直度小于1.0%樁長。（2）漿液配比設(shè)計是深層攪拌樁技術(shù)設(shè)計的重要內(nèi)容，其直接關(guān)系著攪拌樁成樁的質(zhì)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(yīng)結(jié)合土質(zhì)環(huán)境，一般設(shè)計深層攪拌樁水泥用量不少于50kg/m。在攪拌沉樁作業(yè)設(shè)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(fù)攪拌下沉、重復(fù)提升、關(guān)閉攪拌機(jī)、攪拌機(jī)移至下一樁位的流程進(jìn)行作業(yè)。在具體作業(yè)參數(shù)設(shè)計中，設(shè)計攪拌沉樁機(jī)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(xiàn)漿液和土體充分拌和。隨后規(guī)范開展樁體搭接及質(zhì)量檢查設(shè)計，要求樁體搭接時間超過24h時，應(yīng)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(zhì)量建設(shè)設(shè)計中，要求重視檢查樣本抽取方法設(shè)計，同時做好夾心層及斷漿等問題檢測方法的設(shè)計，這樣能為后期施工提供有效指導(dǎo)，實現(xiàn)巖土基坑的有效圍護(hù)。

3.4地下連續(xù)墻支護(hù)技術(shù)

當(dāng)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(hù)技術(shù)進(jìn)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(jìn)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(hù)技術(shù)的應(yīng)用，還應(yīng)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(jìn)行施工。（2）在實際澆筑中，應(yīng)嚴(yán)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(jìn)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(yīng)加強(qiáng)連續(xù)墻的養(yǎng)護(hù)管理，在養(yǎng)護(hù)中，嚴(yán)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(hù)時間應(yīng)控制在14d左右，這樣能有效提升防護(hù)墻的整體強(qiáng)度，保證巖土工程深基坑防護(hù)效果。

4提升巖土工程中的深基坑支護(hù)設(shè)計質(zhì)量的方法

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

5結(jié)束語

規(guī)范化地開展深基坑支護(hù)設(shè)計，能從源頭上實現(xiàn)深基坑支護(hù)施工質(zhì)量控制，為巖土工程項目建設(shè)奠定良好基礎(chǔ)。只有充分認(rèn)識到巖土工程水理特性和深基坑支護(hù)特征，深層次分析巖土工程深基坑支護(hù)設(shè)計的關(guān)鍵問題，并加強(qiáng)深基坑支護(hù)技術(shù)設(shè)計和設(shè)計過程方法把控，才能有效地提升深基坑支護(hù)設(shè)計水平，促進(jìn)深基坑及巖土工程建設(shè)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(shù)有限公司