對工程建設(shè)中深基坑的支護(hù)與巖土勘察技術(shù)的探討

【摘要】從本世紀(jì)開始，隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)的飛速發(fā)展，地鐵站、地下停車庫、民防工程以及地下商場等一系列地下工程涌現(xiàn)出來，為人們的生活提供了許多便利，但是也產(chǎn)生了很多深基坑的設(shè)計(jì)與施工問題。本論文從分析深基坑支護(hù)過程中巖土勘察設(shè)計(jì)必要性開始，介紹了巖土勘察設(shè)計(jì)的技術(shù)以及常見深基坑支護(hù)的方案，最后結(jié)合實(shí)際工程案例，探討工程建設(shè)中深基坑的支護(hù)和巖土勘察技術(shù)，具有一定的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】工程建設(shè);深基坑;支護(hù);巖土勘察

1、深基坑支護(hù)過程中勘察工作必要性分析

在巖土工程設(shè)計(jì)中，開挖是深基坑施工第一個環(huán)節(jié)，不同于淺基礎(chǔ)的施工，深基坑開挖的本質(zhì)是破壞固結(jié)穩(wěn)定了幾十年甚至更久的巖土結(jié)構(gòu)，因此在開完前必須對基坑所在地的地址條件進(jìn)行全面的了解。

深基坑工程是一個極其復(fù)雜的系統(tǒng)工程，深基坑的施工與工程所在地的工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工工序、地基穩(wěn)定性、現(xiàn)場施工管理等多方面緊密聯(lián)系。實(shí)踐表明，基坑工程的實(shí)踐常常超過理論的發(fā)展，是一項(xiàng)典型的實(shí)踐引導(dǎo)理論的工程，深基坑的理論研究離不開勘察工作獲取的參數(shù)，因此巖土工程勘察工作對于基坑設(shè)計(jì)理論的發(fā)展具有深刻的意義和價(jià)值。上述顯現(xiàn)表明，在深基坑設(shè)計(jì)和施工過程中，做好巖土勘察工作，為深基坑的支護(hù)設(shè)計(jì)提供可靠的參數(shù)資料具有巨大的必要性。

2、巖土勘察技術(shù)

巖土勘察是深基坑工程中重要的工作，為了給基坑支護(hù)方法提供有效的參考，巖土勘察范圍必須滿足基坑邊坡穩(wěn)定性評價(jià)與計(jì)算等條件，一般來說，基坑周邊勘探孔的深度不宜小于基坑深度的兩倍。巖土勘察的主要內(nèi)容一般包括是三個方面的內(nèi)容：第一，巖土層基本性質(zhì)。巖土層的基本性質(zhì)主要包含其分布特征、力學(xué)性能、巖層剖面特征、地下水位以及腐蝕狀況等，這些性質(zhì)是支護(hù)方案設(shè)計(jì)與計(jì)算不可缺少的參數(shù)。第二，巖性與穩(wěn)定性分析。巖性資料主要包括風(fēng)化狀況、地質(zhì)構(gòu)造條件、節(jié)理描述以及巖石軟化度等。分析巖性資料可以全面了解工程所在地的地質(zhì)狀況，確定工程施工的不利因素，從而采取針對性的防護(hù)措施。第三，根據(jù)巖土性質(zhì)和地下水埋深情況，給出不同條件下的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。如：三軸固結(jié)不排水抗剪強(qiáng)度指標(biāo)、直剪固結(jié)快剪抗剪強(qiáng)度指標(biāo)或者有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)等。當(dāng)基坑需要降水時(shí)，還應(yīng)給出各含水層的滲透系數(shù)。

3、基于巖土勘察工作的深基坑常用支護(hù)措施

3.1 地下連續(xù)墻

地下連續(xù)墻支護(hù)是指通過挖槽設(shè)備在地面上沿著基坑周邊，在泥漿護(hù)壁狀態(tài)下開挖深槽，然后澆筑鋼筋混凝土槽段，連接槽段之后形成整體擋墻結(jié)構(gòu)，起到擋土、截水和防滲的作用。地下連續(xù)墻支護(hù)方式具有整體性好，剛度較大等優(yōu)點(diǎn)，但是其缺點(diǎn)在于造價(jià)高，施工工藝復(fù)雜。一般適用于黏土、軟土、砂礫土，且地下水位比較高的深基坑工程，也可作為地下商場、車庫等地下結(jié)構(gòu)的一部分以降低工程造價(jià)。

3.2 錨桿支護(hù)

錨桿支護(hù)施工時(shí)首先在巖土層中傾斜成孔，插入錨桿之后，向空中注漿，通過錨桿與巖土之間的摩擦力和握裹力來承受巖土對支護(hù)結(jié)構(gòu)的土壓力。錨桿支護(hù)一般用于土體本身的抗剪以及抗拉強(qiáng)度較低的土體，通過錨桿與土體形成一個整體來提高土體的抗剪和抗拉強(qiáng)度，從而提高土體的穩(wěn)定性。

3.3 土釘墻支護(hù)

土釘墻支護(hù)是指將土釘埋入邊坡中，通過土釘與土體中間的粘結(jié)和摩擦，來達(dá)到穩(wěn)定土體的目的。土釘支護(hù)與錨桿支護(hù)的區(qū)別在于一方面錨桿一端是自由段，另一端是受力段，而土釘全長受力;另一方面錨桿通過預(yù)應(yīng)力主動受拉而土釘只在土地發(fā)生位移時(shí)才會被動受拉。土釘支護(hù)一般適用于地質(zhì)條件比較好，周圍建筑物比較少的基坑支護(hù)。

3.4 排樁支護(hù)

對于開挖深度在6～10米之間的深基坑，當(dāng)受現(xiàn)場條件限制無法采用攪拌樁或放坡支護(hù)時(shí)，一般采用排樁支護(hù)。排樁支護(hù)一般在開挖之前在基坑周圍設(shè)置樁排，通過澆筑冠梁形成聯(lián)系。排樁支護(hù)的剛度較大，適用性較廣，其造價(jià)比連續(xù)墻較低，但是比土釘墻較高。

3.5 放坡支護(hù)

放坡支護(hù)是在在基坑開挖設(shè)計(jì)中，通過設(shè)置合理的基坑邊坡坡度，來保證土體在沒有加固和外界支撐的作用下，依靠自身強(qiáng)度以及在新的受力平衡過程中保持穩(wěn)定。放坡支護(hù)適用于地質(zhì)條件好，基坑深度較低，現(xiàn)場場地足夠大以及地下水位較低的情況。但是放坡支護(hù)需要注意防水，雨天通過覆蓋土工膜或彩條布來防止邊坡被雨水沖塌，從而影響邊坡的穩(wěn)定。

3.6 鋼板樁擋墻

鋼板樁擋墻一般適用于5～10m的深基坑，是一種常見的支擋式結(jié)構(gòu)。根據(jù)其截面形狀可以分為Z型和U型。鋼板樁之間相互連接，能夠起到止水和擋土的作用，一般用于坑壁支護(hù)和圍堰支護(hù)，具有承載能力強(qiáng)、施工簡單以及可重復(fù)使用等特點(diǎn)，有良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

4、工程案例

4.1 工程概況及巖土勘察

4.1.1項(xiàng)目簡述

本項(xiàng)目是安徽某跨河大橋橋墩施工的圍堰設(shè)計(jì)，該河流通航等級為V級，凈空不小于5m，航道斷面尺寸兼顧500t級船舶通航要求，橋梁15號墩基坑深度為11.45m。

4.1.2環(huán)境及巖土性質(zhì)

該橋所在位置屬于平原區(qū)，地勢平坦開闊，附近環(huán)境較好，交通方便，地面標(biāo)高26.1～26.5m，橋梁跨越河間防洪堤，周圍多分布旱地，多為雜草。通過地質(zhì)勘察，橋址地基地層自地表向下依次是：人工填土、新近沉積粉土、粉質(zhì)黏土、中密至密實(shí)粉土、粉砂、可硬塑黏土，地層分布穩(wěn)定、均勻。

4.1.3水文條件

橋址區(qū)為平緩的平原工程地質(zhì)區(qū)，地表水主要為所跨河流、河邊水塘等，分布于橋梁中部。其水位受上游水位的影響，水深一般0～7.0m，場地內(nèi)汴河歷史最高洪水位為27.1m，十年最高洪水位為27.4m。根據(jù)鉆孔觀測，地下水位埋深約2.2～2.3m。地下水較發(fā)育，主要為第四系孔隙水，富水層主要為3-4粉細(xì)砂層。地下水位受季節(jié)影響變化較大，補(bǔ)給主要為大氣降雨及地表水徑流，排泄為蒸發(fā)及地下徑流。

4.2 支護(hù)設(shè)計(jì)

綜合考慮施工作業(yè)空間、圍檁寬度、模板尺寸等因素，擬定圍堰平面尺寸為19.3×10.3m，采用拉森Ⅳ鋼板樁配合雙拼工字鋼圍檁內(nèi)撐的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行基坑支護(hù)，截面為400x170x15.5mm，材料為Q345B，第一、二層圍檁內(nèi)撐采用HN400x200雙拼工字鋼;第三層圍檁內(nèi)撐采用HW400x400雙拼工字鋼，如圖1所示。

4.3 鋼板樁圍堰施工

4.3.1鋼板樁施工

采用履帶吊配合振動錘插打鋼板樁。插打時(shí)，在單樁的鎖口內(nèi)均勻涂抹黃油混合物油膏，以減少插打時(shí)的摩阻力并加強(qiáng)防滲性能。插打過程中，嚴(yán)格控制垂直度，發(fā)現(xiàn)傾斜，及時(shí)調(diào)整，以保證鋼板樁順利合龍。垂直度出現(xiàn)偏差時(shí)需將樁向上拔出一段距離后重新插入，以控制垂直度，鋼板樁垂直度允許偏差 1%。鋼板樁的插打從上游開始，往兩個相反方向前進(jìn)，最后直到下游合龍。合龍段選擇符合同一標(biāo)準(zhǔn)尺度的鋼板樁插打。在鋼板樁施工剩余約5m距離時(shí)，開始計(jì)劃施工合龍樁位置。精確測量已施工鋼板樁距離首樁的詳細(xì)距離，計(jì)算是否能順利合龍，若計(jì)算距首樁位置距離不能滿足整根樁合龍要求，可采用制作異形樁的方式以滿足合龍要求。

4.3.2土方開挖

根據(jù)本工程周圍的環(huán)境條件，本基坑土方開挖采用明挖方式。為確保土方開挖的安全，防止基坑失穩(wěn)，土方開挖過程中嚴(yán)格遵循“時(shí)空效應(yīng)”理論，按照“分段、分層、隨挖隨撐、平衡對稱”的原則進(jìn)行開挖和支護(hù)，做好基坑排水，減少坑底暴露時(shí)間。以長臂挖掘機(jī)為主，人工為輔挖泥，挖出的淤泥用自卸汽車運(yùn)輸至指定棄土坑。嚴(yán)禁在基坑周圍堆放土體。

4.3.3支護(hù)與封底混凝土施工

鋼板樁合龍后，施工圍檁內(nèi)撐：在8m處設(shè)置第一層圍檁內(nèi)撐;圍堰內(nèi)抽水挖土至4.5m，在5.0m處安裝第二層圍檁內(nèi)撐;圍堰內(nèi)抽水挖土至1.5m，在2.0m處安裝第三層圍檁內(nèi)撐;圍堰內(nèi)抽水挖土至坑底后，整平基底，并將澆筑混凝土高度內(nèi)的鋼板樁壁粘泥盡可能清除，確保混凝土的效果。最后澆筑混凝土，完成混凝土墊層施工。

總結(jié)：

總而言之，深基坑是一項(xiàng)重大的巖土工程，由于其復(fù)雜性和重要性，深基坑的支護(hù)必須基于細(xì)致精密的巖土勘察。深基坑的支護(hù)措施多種多樣，需要根據(jù)工程現(xiàn)場的實(shí)際情況選擇一種合理有效的措施或者幾種措施的組合。深基坑設(shè)計(jì)不僅保證了工程項(xiàng)目的順利進(jìn)行，同時(shí)也促進(jìn)了基坑設(shè)計(jì)理論的發(fā)展，因此本論文具有一定的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。

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作者簡介：

程軍（1969.12-）男，漢族，安徽明光人，本科，目前職稱：高級工程師，目前主要從事：巖土工程勘察、地基處理。