基于巖土勘察的地質工程基坑支護設計研究

李 娜

(中國建筑材料工業地質勘查中心黑龍江總隊,黑龍江 哈爾濱 150040)

1 巖土勘察分析

在地質工程巖土勘察工作中，主要包含巖土勘察和環境勘察兩部分內容。開展巖土勘察工作，需要對土質特性、軟化度等展開分析，獲得精確數據。在掌握地層狀況、水文分布等信息的情況下，能夠深入研究施工條件，根據分析結果制定科學支護方案。勘察環境，需要對工程所在區域環境展開調研，確認現場建筑物分布狀況，做到精準測量各種建筑物與施工場地的距離[1]。與此同時，需要對周圍土質進行測量，掌握地下管道、線纜埋設情況。將勘察獲得的數據匯總，然后對工程地質展開評價，才能統籌安排施工。作為復雜工程，巖土勘察可以采用多種技術手段對復雜巖土結構展開分析，并通過嚴格檢驗確認能否滿足施工要求，直接關系到基坑施工質量和安全。使用先進技術開展勘察工作，并完成數據合理分析，才能出具科學的勘察報告，確保施工人員全面認識工程的地質條件、土層結構、土壤狀況等，做到合理進行基坑支護設計，做好支護結構施工安排，保證工程建設取得理想效果。

2 巖土勘察與地質工程基坑支護設計要點

2.1 把握基坑勘察要求

地質工程基坑支護設計需要做到因地制宜，因為不同場地地質條件和不同土層巖土性質等都存在差異，而基坑施工將同時受到土壤性質、地下水位和周圍環境等多種復雜因素影響。想要為支護設計提供科學數據依據，需要做好前期勘察工作，避免施工期間出現安全或質量問題。根據基坑開挖復雜度，可以確定勘察工作布點要求，因為隨著開挖程度從簡單變化為復雜，各勘察點距離需要從50 m減小至10 m，以便獲得更全的地質數據[2]。在調查土壤性質時，需要確定土層下是否存在軟土層或含水層等特殊土層。通常情況下，特殊土層位置較深，在深基坑施工期間可能與這些土層產生接觸，因此應做好土層勘察。在雨季施工，基坑支護容易受地下水影響，需要對地下水位置及其變化情況等相關情況展開勘察。根據基坑開挖具體情況，才能明確巖土勘察目標，合理進行勘察內容安排，并做好勘察技術選擇，保證勘察工作高效開展。在勘察過程中，需要進行鉆探作業，應提前查找有關資料確認勘察區域內地下構筑物及管線分布情況，并根據以往水文地質資料加強土層分布情況把控，編制詳細勘察綱要。確保綱要內容與工程建設方案相符，要求勘察深度達到開挖深度2～3倍，遇到堅硬黏土、碎石土等可以適當減少勘察深度，遇到軟弱土層應增加勘察深度和范圍，才能保證勘察結果全面、準確。

2.2 選擇合理結構參數

伴隨著地質工程基坑支護技術發展，出現了擋土墻、連續墻、噴錨等各種支護形式，擁有各自結構特點，要求做好結構受力分析，確保結構整體穩定，能夠為基坑開挖提供安全保障。在結構分析階段，受土體粘聚力、摩擦角等因素影響，不同位置結構受力存在差異，未能做好力學參數選擇將造成結構安全性能下降。為保證支護結構穩定，需要引進先進設計理念，通過建立反饋系統提出完善支護設計方案。但實際巖土工程結構復雜，需要根據場地地形地貌、周圍環境條件等展開分析，因此要求根據精準的勘察數據進行土層參數選擇，對垂直支護體系進行建模分析[3]。在基坑設置內支撐的情況下，可以采用有限元分析軟件簡化分析過程，在各剖面輸入不同土層參數，完成基坑深度設定，分析得到基坑周圍荷載，選擇適合支護形式。在實際設計時，由于支護結構多架設在側壁巖土層中，對勘察數據精確性提出了較高要求。在地質勘察存在偶然性的情況下，需要適當增加支護結構整體強度，確保結構擁有足夠承載力，有效避免安全事故發生。在深基坑支護過程中，為保證支護方案科學性，需要對土壤性質開展動態觀察，通過與以往性質報告比對掌握土壤性質變化情況，做到合理選擇結構力學參數，從而有效提高基坑支護技術水平。

2.3 科學處理開挖問題

在基坑開挖階段，可能遭遇邊坡失穩問題，與開挖作業引發的空間效應有關。在基坑長度較大的情況下，這一問題較為突出，應通過改進支護結構加強平面應變，確保長度方向產生一致開挖效應，有效避免邊坡失穩問題發生。在基坑支護設計實踐中，應根據場地情況做好變形設計，合理預測變形范圍，并根據氣候環境做出適當改進。根據基坑安全等級，可以確定變形控制參數，如表1所示，H為基坑深，可知基坑安全等級越高，需要控制的變形量越大。根據基坑安全系數，可以對支護構件承載力展開分析，在構件抗力和外力比值超出安全系數時，說明結構相對安全，能夠達到基坑開挖施工要求[4]。作為臨時工程，基坑支護應加強安全設計，在周圍環境或巖土性質復雜的情況下，應適當增加結構承載力。在深基坑支護中，為保證結構安全，可以采用有限元分析軟件對結構受力情況進行驗算，確定支撐體系強度，在不同工況條件進行模擬施工，確定結構深層位移和側向位移變化情況，提出有效支護方案。在保證結構安全的基礎上，選擇經濟性較佳的支護方式，能夠達到較高基坑支護設計水平。

表1 基坑支護結構變形控制參數

3 基于巖土勘察的地質工程基坑支護設計實踐

3.1 工程概況

某工程計劃建設60棟住宅建設，層高在7～10層，并完成地下車庫、商場、幼兒園等配套設施建設。通過前期調查，了解相關資料，確定工程勘察等級為乙級，安全、場地和地基均為二級。工程基坑深達6 m，位于城市公路交匯區域，為保證施工安全，需要進行基坑支護施工。為保證基坑支護設計科學性，需要做好前期巖土勘察工作，加強基礎施工安全和質量管控。

3.2 勘察技術

3.2.1 測點布置

在巖土勘察階段，考慮到工期緊張，同時采用鉆探、貫入試驗等手段高效開展勘察工作，做到全面采集工程地質信息，合理判斷場地是否存在造成工程基礎不穩的因素。根據工程相關資料，在現場布置25個觀測點，各點之間保持15～30 m距離。開展實地考察工作，完成施工場地及周圍巖土的土質取樣。結合實際條件，選用XY-150鉆機進行鉆探取樣，使用130 mm鉆具開口，孔徑達到110 mm。鉆進作業期間，直至達到黏土層可以停止鉆孔，從提升上來的鉆具下方取樣。針對粉土層下方區域，采用旋轉鉆進方式，并配合使用泥漿護壁防止塌孔問題發生。在巖石取樣操作中，按規定從芯柱位置獲得樣品。

3.2.2 勘察試驗

開展觸探試驗，能夠檢測卵石層壓實度。在試驗期間，采用重錘動力觸探方式，探頭直徑達到74 mm，錐角為60°。通過自由落錘，將重62.4 kg重錘從73 cm高度位置落下。將貫入10 cm當成是一個記錄點，可以確認錘擊數。在粉土層壓實度測試階段，開展標準貫入試驗，確定土層穩定性。一般的情況下，粉土密實度在砂土和黏性土之間，塑性指數最大為10，按照規定要求粒徑超0.075 mm的顆粒占粉土總量50%。根據密度，對照巖土勘察規范可以確定實測擊數。試驗時采用自動脫鉤方式，圓錘重量不變，從73 cm高度落下，按照貫入30 cm記錄錘擊數。在場地類型劃分方面，需要確認場地中與土層等效的剪力波速等數據，合理進行工程抗震系數設計。在不同測點開展波束試驗，采取單口速度檢測方法，確認測點距離為1 m，深度達20 m，通過人工激振方式開展測試。利用動測儀采集數據，然后利用計算機處理數據，能夠獲得相關數據。為對工程地下水位、含水量等進行深度勘察，開展了抽水試驗，對基坑開挖范圍和周圍范圍水層展開勘察，判斷是否可能發生突然涌水問題。判斷存在問題，需要制定降水方案，避免支護結構受到威脅。此外，需要在室內對土樣進行固結試驗、快剪試驗等各種試驗，科學開展基坑土質評價工作。

3.3 支護設計

3.3.1 安全評價

根據巖土勘察結果和工程水文地質調查結果，能夠對基坑和環境的安全性展開評價。從場地情況來看，擬建區域較為平坦，周圍存在較多空地，高程差最大為6.4 m。場地擁有三級山脊與河流，標高可以控制在829.6～836.1 m。基坑施工區域地層主要為平原充填土和粉質黏土，也包含風化巖石、砂礫等。地下水在素填土層中，在地表0.2～0.5 m位置，水量隨季節變化。而水質為輕微腐蝕狀態，不存在污染問題，要求施工采用耐腐蝕鋼筋。在基坑底部位置，主要為粉質黏土，屬于黏土夾層。根據相關技術規范可知，可以評定為二級。為避免影響周圍道路正常通行，不能進行放坡施工。此外，側壁位置為土質松散的填土層，開挖時容易給邊坡穩定性帶來影響。從總體上來看，工程地質條件相對簡單，可以利用等值梁法進行支護結構穩定性驗算和抗滲流分析，制定科學的支護方案。

3.3.2 支護方案

在基坑支護設計上，在保證結構安全性的基礎上，為避免支護結構給周圍道路通行帶來影響，決定采用錨桿支護方式。采用C30混凝土進行鉆孔灌注樁澆筑，將擋土結構布置在基坑距離坑頂1/3位置。采用雙層錨桿，在地下3 m位置布置首層錨桿，并在深6 m位置布置第二層，錨桿傾角達到15°。將錨固位置看成是不動支座，將形成的擋土結構看成是梁，能夠將主動和被動土壓全部看成是外部荷載，對結構內力展開分析，求解靜定梁問題。實際在出土壓力驗算上，地下3 m位置主動土壓力達到51 kPa，被動土壓為342 kPa。在6 m深的位置，主動土壓將達到81 kPa，被動土為435 kPa。在1 m位置，土壓為0。在彎矩平衡的條件下，對錨桿水平拉力展開分析，能夠確定首層錨桿拉力大小達到99 kN，第二層達到162 kN，根據驗算結構，需要將首層錨桿拉力設計為198 kN，第二層為323 kN，支護柱為18 m。考慮到基坑支護施工期間將遭遇雨季，導致結構容易受到地下水位變化因素的影響。為保證基坑施工安全，需要做好底部排水池設計，有效治理上層滯水。從工程后期施工情況來看，通過建立監測系統對基坑開挖過程進行監管，確認基坑支護結構水平位移最大為36 mm，周圍地面沉降變形量最大為21 mm，均未超出二級安全等級要求。此外，在施工期間開展環境巡查工作，始終未發現道路裂縫、異常水滲漏等情況，說明采取的排水和支護方式有效。因此從總體上來看，采用的支護方案能夠確保基坑施工的安全性。

4 結 語

運用多種巖土勘察技術開展全面調研，能夠為地質工程基坑支護設計提供充足數據，在把握土壤黏度、環境條件等因素的基礎上選擇適合的支護方式，并通過合理驗算結構力學性能保證工程施工安全。在實踐工作中，需要熟練掌握巖土勘察和基坑支護設計要點，做到規范開展各類試驗，才能保證獲得的數據準確，從而提出正確的支護方案，有效提升支護結構的穩定性。

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