基于巖土工程中的深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)問題和對(duì)策探討

肖亞鳴（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心湖南總隊(duì)，湖南株洲412000）

基于巖土工程中的深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)問題和對(duì)策探討

肖亞鳴（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心湖南總隊(duì)，湖南株洲412000）

隨著我國(guó)高層建筑不斷的增多，深基坑支護(hù)技術(shù)在高層建筑中得到了廣泛應(yīng)用。近年來，在建筑深基坑開挖以及支護(hù)技術(shù)應(yīng)用過程中，引入了一些新技術(shù)和新結(jié)構(gòu)，大大提高的建筑施工的質(zhì)量。然而，在高層建筑建設(shè)中，一些開發(fā)商為了節(jié)約用地，建筑間距比較小，這給基礎(chǔ)工程的施工帶來了很大的難題，也給周圍的施工環(huán)境帶來很多不利影響。因此，只有科學(xué)分析巖土工程深基坑支護(hù)中的主要設(shè)計(jì)問題，并做好應(yīng)對(duì)措施，才能建設(shè)出質(zhì)量達(dá)標(biāo)的深基坑支護(hù)工程。

巖土工程；深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)；問題；對(duì)策

1　巖土工程基坑支護(hù)設(shè)計(jì)存在的問題

1.1巖土工程基坑支護(hù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)計(jì)算與實(shí)際受力要求不符

實(shí)踐表明，個(gè)別深基坑支護(hù)工程從其極限平衡理論分析，建筑結(jié)構(gòu)安全系數(shù)設(shè)計(jì)較為科學(xué)，但在實(shí)際生活中卻容易遭到破壞。如果系數(shù)較小，難以滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范。在我國(guó)大多數(shù)巖土工程深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，由于深基坑坑壁土體處于動(dòng)力平衡狀態(tài)，隨著建筑物使用周期不斷延長(zhǎng)，土體結(jié)構(gòu)會(huì)變得松弛，一旦土體結(jié)構(gòu)的密實(shí)度降低，就會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)裂縫、沉降及不規(guī)則位移等工程設(shè)計(jì)問題出現(xiàn)。

1.2基坑土體取樣不完全

在深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了獲得合理的土的物理力學(xué)指標(biāo)，設(shè)計(jì)師應(yīng)該首先對(duì)科學(xué)抽樣的基礎(chǔ)土壤分析巖土工程項(xiàng)目，為未來的支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。在深基坑開挖過程中，應(yīng)按照國(guó)家的規(guī)定進(jìn)行鉆孔取樣。為了減少勘探工作，降低工程造價(jià)，避免太多的鉆井作業(yè)。然而，在基坑開挖過程中，設(shè)計(jì)師的土樣是隨機(jī)的，具有較復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，致使土體不能達(dá)到滿足要求，從而導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)偏離實(shí)際。

1.3巖土工程基坑支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)未能明確深基坑邊坡堆載

基坑支護(hù)后，有些施工方為了便于后期作業(yè)或受制于工程場(chǎng)地條件，將水泥、鋼筋模板以及混凝土等作業(yè)材料堆放于距離基坑邊緣約1m的位置，且在澆筑混凝土過程中，將混凝土灌車放置于深基坑上口線位置處，還有大噸位吊車停放于巖土工程基坑邊坡坡頂部位。因此，以上不合理的工程結(jié)構(gòu)組織設(shè)計(jì)，會(huì)導(dǎo)致在實(shí)際作業(yè)過程中引發(fā)相關(guān)安全事故。一旦基坑邊坡所能承受的壓力負(fù)荷超限，就會(huì)引發(fā)結(jié)構(gòu)變形、地表開裂甚至坍塌事故。

2　巖土工程中深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)實(shí)例分析

本工程為我國(guó)某地一大型商業(yè)高層建筑，工程基坑平面尺寸為140m×75m，該建筑工程地下面積9000m2，此工程為三幢單體結(jié)構(gòu)的建筑，其中兩幢設(shè)有雙層地下室，地下室一層與二層標(biāo)高分別為-3.85m與-7.65m，此建筑工程的基坑開挖深度為8.56m，基坑局部開挖深度達(dá)11.6m；另外一層建筑物設(shè)一層地下室，其實(shí)際標(biāo)高4.69m；以下數(shù)據(jù)為該巖土工程基坑土體結(jié)構(gòu)情況（見表1）。該高層商業(yè)建筑物在設(shè)計(jì)階段未能按照既定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以導(dǎo)致上述設(shè)計(jì)問題出現(xiàn)，故本文需采取科學(xué)的措施解決上述問題。

2.1巖土工程基坑支護(hù)分區(qū)設(shè)計(jì)

首先，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前經(jīng)過全面的地質(zhì)勘察，該工程區(qū)域基坑開挖范圍屬于雜填土及淤泥和黏土、淤泥質(zhì)黏土等工程地質(zhì)，且工程場(chǎng)地地下水位屬于下層微承壓水及上層孔隙水，由于基坑開挖過程中存在弱透水層，因此該工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，需在基坑支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行科學(xué)分區(qū)。因該工程項(xiàng)目的土層結(jié)構(gòu)較為均勻，故基坑開挖深度與板底和承臺(tái)底深度保持一致。如果深基坑周邊承臺(tái)較小，則深基坑開挖深度應(yīng)與底板標(biāo)高保持一致；如果深基坑承臺(tái)較大，則深基坑開挖設(shè)計(jì)深度應(yīng)與承臺(tái)臺(tái)底標(biāo)高保持一致。最終經(jīng)過科學(xué)論證，決定將三個(gè)不同結(jié)構(gòu)分區(qū)的基坑開挖深度分別設(shè)計(jì)為7.70m、8.30m與9.05m。

表1　該巖土工程深基坑不同土層巖土參數(shù)

2.2巖土工程基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.1巖土工程基坑支護(hù)擋土體系設(shè)計(jì)

①針對(duì)結(jié)構(gòu)分區(qū)一，巖土工程基坑支護(hù)體系設(shè)計(jì)深度為7.70m，并利用樁長(zhǎng)和樁直徑分別為700mm與22.4m的鉆孔灌注樁進(jìn)行深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)，樁間距保持在900mm之間；②針對(duì)結(jié)構(gòu)分區(qū)二，該巖土工程基坑深度設(shè)計(jì)為8.30m，采用直徑和樁長(zhǎng)分別為800mm與24m的鉆孔灌注樁進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)，樁間距保持在1000mm之內(nèi)；另外，針對(duì)分區(qū)三結(jié)構(gòu)，深基坑開挖設(shè)計(jì)深度須保持在9.05m左右，并利用直徑和樁長(zhǎng)分別為800mm及26m的鉆孔灌注樁進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)，樁間距要保持在1000mm之內(nèi)，鉆孔灌注樁的樁身混凝土實(shí)際強(qiáng)度保持在C25左右。

2.2.2巖土工程基坑支護(hù)體系設(shè)計(jì)

利用兩道混凝土內(nèi)支撐進(jìn)行支護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，支撐面的實(shí)際標(biāo)高分別設(shè)計(jì)為-6.35m與-1.60m，利用混凝土強(qiáng)度為C30的現(xiàn)澆混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆筑深基坑支撐結(jié)構(gòu)。

2.3巖土工程基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)豎向布置設(shè)計(jì)

該巖土工程基坑結(jié)構(gòu)豎向支撐布置的目的，是為了有效控制基坑結(jié)構(gòu)中土體的變形及位移情況。與此同時(shí)，需對(duì)鉆孔灌注樁的樁身彎矩值進(jìn)行分析設(shè)計(jì)；為了確保挖掘機(jī)及運(yùn)輸車輛能夠順利通過，需保證兩道支撐間的距離設(shè)計(jì)合理，同時(shí)便于基坑內(nèi)部作業(yè)與換撐作業(yè)等。因此，結(jié)合這一設(shè)計(jì)思路，本設(shè)計(jì)方案共設(shè)計(jì)48根支撐柱，均利用沖孔灌注樁進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3　解決巖土工程深基坑支護(hù)中設(shè)計(jì)問題的有效策略

3.1采用新型的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方法

基坑邊坡的變形觀測(cè)作為深基坑支護(hù)工程變形觀測(cè)的重要環(huán)節(jié)。在支護(hù)工程設(shè)計(jì)時(shí)，我們可以通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，并采取一些有效的處理措施，以控制基坑沉降變形問題。因此，在深基坑支護(hù)工程設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)確保施工方案的安全性和可靠性。除此之外，對(duì)于情況復(fù)雜的基坑工程，設(shè)計(jì)人員可以采用專家論證的形式，以有效的降低工程造價(jià)、從根本上保證巖土工程深基坑支護(hù)的安全和可靠性。

3.2掌握好先進(jìn)的支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算方法

近年來，深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)已逐步向著綜合化的方向發(fā)展。也就是說，臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)和永久支護(hù)結(jié)構(gòu)的結(jié)合，受力結(jié)構(gòu)和水工結(jié)構(gòu)的結(jié)合，基坑開挖方法和支護(hù)結(jié)構(gòu)的結(jié)合逐漸實(shí)現(xiàn)。這樣，深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力越來越復(fù)雜，因此需要引入一種新型的支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算方法。此外，考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)工程是一個(gè)系統(tǒng)的、全面的工程開挖，涉及范圍廣，不僅包括施工技術(shù)和施工管理，包括工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、建筑材料、工程結(jié)構(gòu)等。同時(shí)，它是一個(gè)綜合性的課題，包括材料科學(xué)、土力學(xué)、水力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)等。因此，設(shè)計(jì)者應(yīng)采用先進(jìn)的計(jì)算方法的支撐結(jié)構(gòu)，合理控制深基坑支護(hù)的各個(gè)方面，從而保證基坑設(shè)計(jì)的安全、可靠和經(jīng)濟(jì)性。

4　結(jié)論

綜上所述，巖土工程深基坑支護(hù)技術(shù)在實(shí)際工程作業(yè)中發(fā)揮著重要作用，在此背景下，人們對(duì)巖土工程深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的質(zhì)量要求越來越高。本文通過理論聯(lián)系實(shí)際的研究方式，重點(diǎn)針對(duì)現(xiàn)階段我國(guó)巖土工程基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中存在的問題及具體解決措施進(jìn)行論述，通過設(shè)計(jì)問題剖析，并結(jié)合具體工程地質(zhì)情況進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)與優(yōu)化。實(shí)踐結(jié)果表明，該建筑工程沒有出現(xiàn)類似沉降及結(jié)構(gòu)變形等問題，且相關(guān)參數(shù)值均控制在合理范圍內(nèi)，所以該設(shè)計(jì)方案經(jīng)實(shí)踐評(píng)估具有一定的可行性。

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TU753

A

2095-2066（2016）31-0107-02

2016-9-16

肖亞鳴（1978-），男，高級(jí)工程師，主要從事巖土工程勘察和設(shè)計(jì)的工作。