巖土工程中深基坑支護設(shè)計問題與應(yīng)對策略

呂辰

(福州電力設(shè)計院有限公司，福建 福州 350000)

深基坑作為現(xiàn)階段巖土工程項目中的重要構(gòu)成部分，相對于一般基坑工程，有著更高的處理難度和要求，設(shè)計人員應(yīng)該予以積極關(guān)注，在明確深基坑支護設(shè)計特點和要求的基礎(chǔ)上，切實優(yōu)化支護設(shè)計方案，提高工程可靠性及經(jīng)濟性。但由于深基坑支護結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，設(shè)計難度相對較大，在設(shè)計過程中也就容易出現(xiàn)一些較為明顯的偏差問題，影響后續(xù)深基坑支護施工效果。因此，針對深基坑支護設(shè)計問題進行分析梳理極為必要，只有全面掌握所面臨的問題和干擾因素，才能夠予以調(diào)整和改進，不斷提升巖土工程深基坑支護設(shè)計水平。

1 巖土工程深基坑支護設(shè)計概述

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，巖土工程中深基坑支護越來越常見，尤其是對于一些高層建筑或者是其它地下市政工程項目，必須采用深基坑才能有效解決問題。在巖土工程深基坑結(jié)構(gòu)應(yīng)用中，因其深度較大，往往在5m以上，且面臨的地下土層以及地下水環(huán)境較為復(fù)雜，因此在設(shè)計過程中也就容易出現(xiàn)偏差，尤其是塌方事故的出現(xiàn)，更是需要引起高度重視。基于此，針對深基坑進行有效支護成為重要任務(wù)，只有在基坑開挖過程進行有效支護，才能夠較好實現(xiàn)對于不利影響因素的有效防控，在形成理想擋土以及擋水作用的同時，避免深基坑出現(xiàn)塌方等事故的幾率[1]。

為了使深基坑支護結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定可靠，從前期規(guī)劃設(shè)計環(huán)節(jié)入手極為必要，只有確保相應(yīng)支護結(jié)構(gòu)體系符合項目實際狀況，才能夠伴隨著深基坑開挖予以及時準(zhǔn)確的支護處理，并發(fā)揮出理想的作用價值，解決支護體系方面的偏差問題。但是因為深基坑結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，雖然現(xiàn)階段可供選擇的支護方式越來越多，但是設(shè)計工作依然面臨較大難度，無論是支護方式選擇不當(dāng)，還是支護結(jié)構(gòu)中的各種細節(jié)處理不到位，都有可能影響到深基坑支護結(jié)構(gòu)的應(yīng)用效果，給后續(xù)施工作業(yè)埋下隱患。因此，設(shè)計人員應(yīng)該在綜合全面分析周邊環(huán)境、水文地質(zhì)條件、基坑深度、工期籌劃及施工工藝等基礎(chǔ)上，確定適宜合理的支護方案，同時關(guān)注各個細節(jié)的準(zhǔn)確控制，最終形成較為理想的深基坑支護設(shè)計方案，指導(dǎo)后續(xù)深基坑支護作業(yè)。

2 巖土工程深基坑支護設(shè)計問題分析

2.1 參考資料問題

巖土工程中深基坑支護設(shè)計問題首先表現(xiàn)在參考資料方面，因為設(shè)計工作所需要的參考資料不夠完善，或者是參考資料的準(zhǔn)確度不夠理想，都會影響到深基坑支護設(shè)計效果，成為源頭性干擾因素。基于巖土工程中深基坑支護設(shè)計所需參考資料的不充分問題進行分析，主要表現(xiàn)為設(shè)計人員沒有能夠圍繞著深基坑支護方案進行多角度探討，導(dǎo)致參考資料的搜集過于狹隘，設(shè)計人員往往只關(guān)注于現(xiàn)場土體勘探結(jié)果的搜集和整理，這樣雖然可以輔助設(shè)計人員準(zhǔn)確了解巖土工程深基坑所處區(qū)域的地質(zhì)狀況，但是卻忽視了基坑在其他方面可能面臨的風(fēng)險。此外，對于巖土工程深基坑支護所需要參考的勘探資料，因為現(xiàn)場取樣不規(guī)范或者是試驗分析不夠準(zhǔn)確，都會影響到相關(guān)資料的準(zhǔn)確度，隨之給深基坑支護設(shè)計工作帶來不利影響[2]。

2.2 力學(xué)參數(shù)問題

巖土工程中深基坑支護設(shè)計工作的開展難度較大，其中難度最大的一點就是選取合理的物理力學(xué)參數(shù)，任何力學(xué)參數(shù)出現(xiàn)偏差問題，都會影響到相應(yīng)深基坑支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，成為不容忽視的干擾因素。基于巖土工程中深基坑支護設(shè)計面臨的物理力學(xué)參數(shù)選用要求進行分析，往往涉及到了多方面因素，比如土壓力就存在著較高的計算難度，因為深基坑支護結(jié)構(gòu)所需要承擔(dān)的土壓力計算不合理，相應(yīng)深基坑支護結(jié)構(gòu)的應(yīng)對方案也就必然不夠理想，進而也就極容易出現(xiàn)塌方隱患。具體到深基坑支護結(jié)構(gòu)面臨的土壓力進行計算時，無論是計算方法選擇不當(dāng)，還是對于現(xiàn)場實際狀況的掌握不準(zhǔn)確，都會影響到最終設(shè)計效果，導(dǎo)致深基坑支護結(jié)構(gòu)在實際使用過程中的受力狀態(tài)與計算不符。在計算方法選用上，現(xiàn)階段很多項目設(shè)計人員依然沿用朗肯公式或者庫倫公式，這些方法的應(yīng)用必然也就會影響到土壓力的計算準(zhǔn)確度。對于直接關(guān)系到土壓力的土體含水率、粘聚力以及內(nèi)摩擦角等參數(shù)，設(shè)計人員除了要考慮到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，往往還需要著重關(guān)注現(xiàn)場的可變狀況，對巖土力學(xué)參數(shù)進行合理取值，否則極容易出現(xiàn)偏差問題。當(dāng)然，在巖土工程深基坑支護設(shè)計中力學(xué)參數(shù)的選用時，如果設(shè)計人員沒有能夠密切結(jié)合基坑的開挖時序及時空效應(yīng)，同樣也極有可能會影響到深基坑支護設(shè)計效果。

2.3 支護形式選擇問題

巖土工程中深基坑支護設(shè)計存在的問題還表現(xiàn)在支護形式選擇上，因為深基坑支護形式的選擇不合理，則必然會影響到相應(yīng)設(shè)計方案的可行性及經(jīng)濟性，按照該方案進行后續(xù)深基坑支護處理，同樣也會明顯增加出現(xiàn)深基坑塌方事故或者變形問題的風(fēng)險。現(xiàn)階段巖土工程深基坑支護處理中可供選擇的支護形式不斷增多，比如鋼板樁支護、地下連續(xù)墻支護、排樁支護、錨桿支護、土釘墻以及重力式水泥土墻支護等，這些支護形式的應(yīng)用特點各異，適用類型同樣也存在較為明顯的差異，如此也就需要設(shè)計人員予以綜合考慮。但是因為深基坑支護項目的復(fù)雜性，涉及到的影響因素相對比較多，設(shè)計人員也就容易在支護形式選擇中出現(xiàn)較為明顯的偏差問題。比如攪拌樁支護形式雖然可以發(fā)揮出較為理想的擋土以及擋水功能，但是其適用深度卻并不是特別理想，如果基坑深度大于6m，單純借助于攪拌樁支護形式很難發(fā)揮出理想的作用效果，容易出現(xiàn)較為嚴重的不適應(yīng)現(xiàn)象，很可能在后續(xù)出現(xiàn)深基坑邊坡塌方以及變形風(fēng)險，又比如排樁支護雖然有較好的剛度能保證基坑側(cè)壁變形得到有效控制，但不適用于地下水位較高的情況，需要配合止水帷幕才能達到良好的支護效果[3]。

2.4 設(shè)計變更問題

巖土工程中深基坑支護設(shè)計問題還表現(xiàn)在設(shè)計變更方面，因為深基坑支護設(shè)計工作的復(fù)雜性較為突出，在基坑開挖過程中隨時都可能有新的情況發(fā)生，深基坑結(jié)構(gòu)本身也會在后續(xù)出現(xiàn)一些變動，前期預(yù)判可能會出現(xiàn)偏差，由此造成相應(yīng)設(shè)計方案的可行性不足，后續(xù)容易出現(xiàn)設(shè)計變更問題。如果后續(xù)施工階段沒有適當(dāng)?shù)幕颖O(jiān)測以及設(shè)計人員的積極參與，對設(shè)計方案進行及時調(diào)整，必然也就會影響到深基坑支護效果[4]。

3 巖土工程深基坑支護設(shè)計問題的應(yīng)對策略

3.1 搜集審查參考資料

巖土工程中深基坑支護設(shè)計時，設(shè)計人員首先應(yīng)該對所有參考資料進行詳細搜集和整理，力求確保其較為全面詳盡，避免在任何方面存在遺漏。當(dāng)然，設(shè)計人員除了從現(xiàn)有的地質(zhì)資料入手進行搜集整理以外，還應(yīng)該結(jié)合自身處理要求，從其它方面獲取所需要的資料信息，比如巖土工程深基坑項目周圍存在的各種建構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)高度、基礎(chǔ)型式、基礎(chǔ)尺寸、基礎(chǔ)埋深及地基處理情況、建成時間及變形損壞情況、使用情況等，以及地下管線的管材、管徑、埋深、新舊程度等，甚至對于區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造帶也要進行一定了解，以便分析這些既有因素是否會對于深基坑支護帶來不利影響，并針對性予以防控處理，使深基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計更為合理，避免因為該方面考慮不到位，影響到基坑支護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計人員還需要著重圍繞巖土工程現(xiàn)場勘探資料進行詳細審查把關(guān)。對于地質(zhì)不均一地區(qū)尤其注意水平方向的差異，遇鉆孔未貫穿地層時選取周邊參照孔應(yīng)特別小心，地勘采用兩點一線法時對兩個孔之間的區(qū)域應(yīng)按較差一側(cè)考慮。對于地下潛水應(yīng)注意周邊水系的調(diào)查，淺層透水層往往與周邊河道聯(lián)通，應(yīng)注意做好止水設(shè)計，廢棄的老管線要引起重視。對于承壓水應(yīng)注意承壓含水層的范圍、水頭高程的調(diào)查，并對基坑各個部位進行抗突涌穩(wěn)定性驗算，若抗突涌不夠應(yīng)做懸掛止水結(jié)合降水、隔斷、水平封堵等經(jīng)濟技術(shù)比選，降水需提前進行專業(yè)降水試驗，以確定可行性。對于參考資料中存在明顯模糊或者是不符合標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容，設(shè)計人員也需要及時聯(lián)系相關(guān)專業(yè)人員，對相關(guān)內(nèi)容進一步核實，以便促使后續(xù)設(shè)計工作可以得到有效參考應(yīng)用。

3.2 控制力學(xué)參數(shù)

巖土工程中深基坑支護設(shè)計工作開展時，設(shè)計人員還應(yīng)該將重點放在力學(xué)參數(shù)的控制上，避免因為力學(xué)參數(shù)的選用不當(dāng)，影響到后續(xù)設(shè)計方案的可行性效果。具體到深基坑支護設(shè)計相關(guān)物理力學(xué)參數(shù)選用中，設(shè)計人員首先需要全方位分析明確所有相關(guān)力學(xué)參數(shù)信息，進而選擇相匹配的計算分析方法，確保相應(yīng)力學(xué)參數(shù)得到合理選用，解決該方面出現(xiàn)的偏差問題。在深基坑支護設(shè)計中運用力學(xué)參數(shù)時，設(shè)計人員應(yīng)該著重考慮到土壓力的合理設(shè)定，從而對于深基坑支護設(shè)計工作提供可靠指導(dǎo)。為了切實優(yōu)化土壓力計算效果，設(shè)計人員應(yīng)該注重選擇恰當(dāng)?shù)挠嬎惴椒ǎe極探索一些新型設(shè)計輔助工具的運用，以便促使相關(guān)設(shè)計工作較為適宜合理，解決計算本身層面存在的偏差問題。此外，土壓力的計算還應(yīng)該考慮到相關(guān)參數(shù)指標(biāo)的選擇，土工參數(shù)指標(biāo)受取土設(shè)備、試驗方法、勘探人員、試驗季節(jié)等外部因素影響很大，尤其是對于關(guān)聯(lián)度較高的土體含水率、粘聚力以及內(nèi)摩擦角等核心指標(biāo)，設(shè)計人員不能簡單的照搬地勘參數(shù)，要注意收集當(dāng)?shù)亟?jīng)驗參數(shù)、結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗加以判斷。對于不合理的土工參數(shù)要積極與現(xiàn)場勘探技術(shù)人員溝通，避免因為勘探工作中存在的偏差問題，影響到勘探結(jié)果的準(zhǔn)確度，進而在應(yīng)用到深基坑支護設(shè)計工作時，對于設(shè)計效果產(chǎn)生干擾[5]。確保受力狀況可以得到多角度把關(guān)，避免因為力學(xué)參數(shù)取值不夠準(zhǔn)確，影響到最終土壓力的計算效果。比如在土體內(nèi)粘聚力設(shè)定時，因為原有土體的內(nèi)粘聚力和深基坑開挖之后形成土體的內(nèi)粘聚力存在明顯差別，設(shè)計人員也就需要再綜合考慮到該方面變化的基礎(chǔ)上，促使該參數(shù)的確定較為適宜合理。又比如土體的側(cè)向基床比例系數(shù)m值對圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形影響很大，需注意勘察報告和不同規(guī)范中給出的m值取值范圍對應(yīng)不同的土壓力計算模式，軟件直接計算的m值也往往偏大。在所有物理力學(xué)參數(shù)設(shè)定中，設(shè)計人員往往還需要考慮到后續(xù)深基坑支護所用結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式的要求進行針對性把關(guān)，以此更好優(yōu)化力學(xué)參數(shù)控制效果。

3.3 優(yōu)選支護形式

巖土工程中深基坑支護設(shè)計還應(yīng)該注重選擇合理的支護形式，以便使支護形式具有良好的安全性和適用性。在選擇支護形式時，應(yīng)該注重全方位分析相關(guān)資料，結(jié)合周邊環(huán)境、地質(zhì)情況、基坑深度以及上述力學(xué)參數(shù)選用狀況，明確深基坑支護結(jié)構(gòu)所需要具備的功能，進而選擇相匹配的支護形式。當(dāng)然，設(shè)計人員同樣還需要對多種支護形式較為熟悉，在熟練掌握各種支護形式及其應(yīng)用特點的基礎(chǔ)上，靈活選擇適宜合理的支護形式。因為深基坑結(jié)構(gòu)的特殊性，往往很多項目都難以借助于單一的支護形式予以處理，設(shè)計人員也就需要針對多種支護形式進行有效結(jié)合，以便促使最終支護結(jié)構(gòu)可以表現(xiàn)出更強的穩(wěn)定性。比如在超過6m的深基坑支護處理中，單純運用攪拌樁支護方式往往很難達到理想效果，設(shè)計時可以適當(dāng)結(jié)合一些其它處理方式，比如在水泥材料中合理增加鋼構(gòu)件，使其形成更為穩(wěn)定牢固的復(fù)合擋土結(jié)構(gòu)，同時還可以借助于內(nèi)支撐以及錨桿支護形式，使該深基坑支護結(jié)構(gòu)具備更強應(yīng)用價值，切實解決支護形式方面的隱患。

3.4 注重動態(tài)設(shè)計

巖土工程深基坑支護設(shè)計的難度較大，雖然現(xiàn)階段設(shè)計水平在不斷提升，但是由于巖土工程自身的特點，在后續(xù)實際施工建設(shè)過程中，依然容易出現(xiàn)現(xiàn)場開挖情況與設(shè)計不符的現(xiàn)象。因此要加強基坑監(jiān)測工作，在設(shè)計方案中提出監(jiān)測內(nèi)容和監(jiān)測要求，對重大風(fēng)險源明確應(yīng)急措施預(yù)案。針對設(shè)計變更問題予以解決時，除了依托設(shè)計人員更為專業(yè)的能力，以及輔助運用一些更為先進的設(shè)計工具，以求不斷提升設(shè)計方案的可行性和合理性，運用動態(tài)設(shè)計同樣也是不容忽視的手段，可以將設(shè)計變更帶來的危害性降到最低。在巖土工程深基坑支護動態(tài)設(shè)計工作開展中，設(shè)計人員應(yīng)該轉(zhuǎn)變原有僅僅在施工前完成設(shè)計方案的固定工作模式，盡量將設(shè)計工作貫穿整個巖土工程深基坑支護項目，尤其是在后續(xù)深基坑開挖以及支護施工過程中，設(shè)計人員同樣也需要積極參與，及時掌握出現(xiàn)的設(shè)計變更需求，采取動態(tài)設(shè)計，及時協(xié)同其它技術(shù)人員，共同實現(xiàn)對于設(shè)計方案的糾正和調(diào)整，不斷提升設(shè)計方案的可行性和合理性，解決原有設(shè)計方案中存在的不合理因素。

4 結(jié)語

綜上所述，巖土工程中深基坑支護設(shè)計工作的重要性較為突出，設(shè)計難度同樣也比較大，容易出現(xiàn)一些較為明顯的偏差問題。為了切實優(yōu)化巖土工程中深基坑支護設(shè)計效果，設(shè)計人員應(yīng)該首先注重全面搜集審查參考資料，以便形成理想的設(shè)計條件，對于設(shè)計中的所有力學(xué)參數(shù)予以準(zhǔn)確選用控制，同時恰當(dāng)選擇支護形式，促使設(shè)計方案較為合理可行。