軟弱土場地巖土工程勘察與基坑支護(hù)

盧 俊 鄭玉濤

南京勘察工程有限公司 江蘇南京 210000

近年來，隨著我國快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化的推進(jìn)速度也在不斷加快，城市人口數(shù)量呈爆炸式增長，城市擁堵日益加劇。因此對地下空間進(jìn)行有效開發(fā)具有非常重要的現(xiàn)實意義，巖土工程作為工程建設(shè)中涉及巖石、土體及地下水的土木工程形式，成為我國對地下空間進(jìn)行開發(fā)的主要途徑[1-2]。在此背景下，以某工程G 為例，對軟弱土場地巖土工程勘察與基坑支護(hù)方法進(jìn)行研究，通過彌補常規(guī)方法的不足，實現(xiàn)巖土工程勘察與基坑支護(hù)方法的整體優(yōu)化，從而提升我國軟弱土場地巖土工程的實際價值。

1 軟弱土場地巖土工程概況

軟弱土具有特殊的物理力學(xué)特質(zhì)，在實際工程建設(shè)中呈現(xiàn)出特別的工程性質(zhì)。軟弱土的特點是土體孔隙較大、天然含水量高、壓縮系數(shù)高、滲透系數(shù)低且抗剪強度較低，當(dāng)外部荷載作用過高時，軟弱土地基較低的地基承載力會導(dǎo)致地基變形變大且呈現(xiàn)出變形不均勻、穩(wěn)定歷時長的特點。工程G 地處我國軟弱土分布較多的沿海地區(qū)，工程建設(shè)場地地勢總體較為平緩，局部地形起伏程度偏大，涵蓋部分河流沖積平原區(qū)域。軟弱土場地工程G 地質(zhì)分層情況較為復(fù)雜，進(jìn)行巖土工程勘察及基坑支護(hù)時應(yīng)充分考慮工程區(qū)具體的地質(zhì)情況，合理進(jìn)行巖土工程的勘察，為穩(wěn)定的基坑支護(hù)提供可靠的依據(jù)。

2 軟弱土場地巖土工程勘察

在對軟弱土場地巖土工程進(jìn)行勘察的過程中，合理選擇勘探孔布置位置并確定其深度是勘察工作的核心和重點，其主要通過計算軟弱土場地巖土工程區(qū)地基的附加應(yīng)力來實現(xiàn)。附加應(yīng)力是指工程區(qū)中建筑物或其他外載體對地基所產(chǎn)生的作用力，是導(dǎo)致地基壓縮變形的主要因素，其具體計算公式見式（1）。

式中：η——工程區(qū)地基的附加應(yīng)力；

f0——地基的自重應(yīng)力；

y1、y2——軟弱土場地巖土工程中外載體作用點與建設(shè)地基間的夾角。通過對地基附加應(yīng)力的計算，可得出軟弱土場地巖土工程中地基附加應(yīng)力的分布情況如圖1 所示。

圖1 軟弱土場地巖石工程地基附加應(yīng)力分布情況

觀察圖1 中曲線可知，軟弱土場地巖石工程的地基附加應(yīng)力呈環(huán)形分布，且考慮軟弱土場地的土層特征，通常選擇地基附加應(yīng)力數(shù)值為0.2～0.3 作為巖土工程勘察探孔的最佳深度區(qū)域，即圖1 中的陰影區(qū)域。因此當(dāng)對軟弱土場地巖石工程進(jìn)行勘察時，為確保勘察探孔的均衡性，應(yīng)盡量提升其布置的對稱性，并將其孔深控制在地基附加應(yīng)力數(shù)值的最佳區(qū)間，從而優(yōu)化巖土工程勘察的效果，為設(shè)定基坑支護(hù)方案提供前提和基礎(chǔ)。

3 軟弱土場地巖土基坑支護(hù)

3.1 選取基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)

軟弱土場地具有其特有的巖土工程特性，土層內(nèi)部孔隙較大且可壓縮系數(shù)較高，導(dǎo)致軟弱土場地巖土工程中的基坑變形穩(wěn)定控制難度較高，尤其當(dāng)基坑的坑底土層為軟弱土土層時，因基坑的被動區(qū)土層承載力和抗力不足，支護(hù)結(jié)構(gòu)需要有足夠的插入深度，才能確保基坑工程的相對穩(wěn)定，且基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的插入深度還會受到工程地質(zhì)條件、周圍建筑體形式及場地地勢特點等因素的影響。軟弱土場地條件下的基坑工程較良好地質(zhì)條件地區(qū)的基坑工程更易引發(fā)工程事故，因此要合理選取基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，首先要對基坑支護(hù)排樁墻體前后的土層壓力進(jìn)行計算，其具體公式見式（2）。

式中：yZ——土層底部對基坑支護(hù)排樁墻體產(chǎn)生的主動土壓力；

yb——土層底部對基坑支護(hù)排樁墻體產(chǎn)生的被動土壓力；

sx——地表傳遞到第x 層土層的荷載力；

hj——第j 層土層底部的天然重度；

dj——厚度；

ωx——第x 層土層的內(nèi)摩擦角；

Nx——第x 層土層的土黏聚力。

蒙古族的整個篇章中，也基本是在一個固定的場景里——蒙古包，此處用逆光位置上的傳統(tǒng)成像切割燈，將蒙古包中的八個坐席用光斑切割出長方形來拼成“八”字，一是將演區(qū)突出，二是從視覺的角度上，用長方形拼合而成的“八”字形剛好形成了一個室內(nèi)場景的區(qū)域，讓觀眾一看到此場景立刻就能有一種身臨其境被包裹在其中的感覺。隨著篇章的進(jìn)行，“八”字形區(qū)域時而強調(diào)時而弱化，在情節(jié)以及時間轉(zhuǎn)換上都很好地起到了錦上添花的作用。

在對主動土壓力及被動土壓力進(jìn)行計算后，對其做不斷疊加，尋求第一個基坑坑底土層壓力為0 的節(jié)點，并將其設(shè)定為點k0，則其距基坑坑底的距離為k，能夠得出下面的基坑支護(hù)排樁墻體的入土深度計算公式（式3）。

式中：r——排樁墻體嵌入土層的實際深度；r0——基坑支護(hù)排樁墻體入土深度的預(yù)期數(shù)值。

即使對于同一個基坑工程，其支護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇方案也較為多樣，以對基坑支護(hù)排樁墻體嵌入土層的實際深度為依據(jù)，對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)模式進(jìn)行選擇，的幾種基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)模式如圖2 所示。

圖2 幾種常見的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖

如圖2 所示，基坑工程能夠產(chǎn)生的土壓力是呈三角形分布的，當(dāng)基坑工程坑底土層為軟弱土地質(zhì)條件時，其基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)排樁墻體多選擇懸臂式排樁，在坑底外土層主動土壓力的作用下，推動排樁向基坑內(nèi)側(cè)方向發(fā)生傾移，下半部分呈現(xiàn)反方向作用。懸臂式排樁的支護(hù)結(jié)構(gòu)能夠在軟弱土地質(zhì)條件下，維持排樁墻體所受的作用力的平衡狀態(tài)，從而為基坑支護(hù)工程提供穩(wěn)定性方面的保障。

3.2 計算基坑支護(hù)排樁變形程度

在軟弱土場地基坑支護(hù)工程中，插入排樁承受的作用力是基坑支護(hù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)力的主要部分，在上一節(jié)對基坑支護(hù)排樁入土深度進(jìn)行計算并選取基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)模式后，應(yīng)對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的排樁變形程度進(jìn)行計算，以體現(xiàn)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)力是否處于平衡狀態(tài)，其具體計算公式見式（4）。

α——軟弱土地質(zhì)層有效的內(nèi)摩擦角；

r——排樁墻體嵌入土層的實際深度；

y——基坑坑底土層對基坑支護(hù)排樁墻體的主動土壓力及被動土壓力之和。

通過計算，當(dāng)基坑支護(hù)排樁嵌入土層深度變大時，排樁的變形程度會相應(yīng)降低，或是當(dāng)基坑坑底土層對基坑支護(hù)排樁墻體的主動土壓力及被動土壓力之和下降時，排樁的變形程度也會相應(yīng)降低。因此，合理設(shè)定基坑支護(hù)排樁插入的深度能夠有效控制排樁的變形程度，從而維護(hù)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的平衡和穩(wěn)定，為軟弱土場地巖土工程安全穩(wěn)定提供保障。

4 實例分析

在對軟弱土場地巖土工程勘察與基坑支護(hù)方法進(jìn)行研究后，將分別對工程區(qū)G 進(jìn)行巖土工程勘察及基坑支護(hù)的模擬測試，以驗證本次研究的軟弱土場地巖石工程勘察與基坑支護(hù)方法的實際效果如何。第一階段將在工程區(qū)G 中選取五個測試區(qū)，進(jìn)行巖土工程勘察準(zhǔn)確度測試，選取傳統(tǒng)勘察方法作為對照組，分別記錄兩組的準(zhǔn)確度數(shù)值，通過結(jié)果對比體現(xiàn)本次研究的效果，具體實驗結(jié)果數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 軟弱土場地工程區(qū)G工程勘察準(zhǔn)確度驗證結(jié)果

觀察上表中實驗數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，實驗組的探孔深度較穩(wěn)定，處于23～25cm，其勘察準(zhǔn)確度均超過98%，平均準(zhǔn)確度為99.2%；對照組探孔深度浮動較大，處于20～28cm，其勘察準(zhǔn)確度均低于95%，平均值為94.0%。通過對比，實驗組的平均勘察準(zhǔn)確度較對照組提高5.2%，滿足研究要求。

第二階段在工程區(qū)G 中選取五個測試點，對基坑支護(hù)排樁的變形程度進(jìn)行測試，選取傳統(tǒng)支護(hù)結(jié)構(gòu)作為對照組，分別記錄兩組的排樁變形程度，具體數(shù)據(jù)如表2 所示。由表可見，實驗組排樁變形程度均低于0.2，其平均值為0.13；對照組排樁變形程度均高于2.5，平均變形程度為3.06。通過計算可得，實驗組平均的排樁變形程度較對照組降低2.93，達(dá)到預(yù)期效果。

表2 基坑支護(hù)排樁變形程度測試結(jié)果

5 結(jié)語

對軟弱土場地巖土工程勘察與基坑支護(hù)的研究在改善傳統(tǒng)方法的不足和基礎(chǔ)上，提升巖土工程勘察探孔深度的合理性，選取恰當(dāng)?shù)幕又ёo(hù)結(jié)構(gòu)，以降低基坑支護(hù)排樁的變形程度，確保整體工程的安全穩(wěn)定。但由于軟弱土地質(zhì)土層條件較為復(fù)雜，在工程勘察及基坑支護(hù)中精確分割土層的難度較高，可能會使探孔深度的確定產(chǎn)生誤差。今后應(yīng)提升對土層性質(zhì)檢測的技術(shù)及能力，控制誤差，優(yōu)化軟弱土場地巖土工程勘察及基坑支護(hù)的效果。