巖土工程中的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案選擇與優(yōu)化

王海號(hào)

摘要：隨著地下空間的不斷開發(fā)建設(shè)，深基坑開挖作為施工建設(shè)中的重點(diǎn)及難點(diǎn)，對(duì)整個(gè)工程項(xiàng)目質(zhì)量具有較大影響，為保證基坑質(zhì)量，本文根據(jù)多年工程實(shí)踐，對(duì)如何合理選擇基坑支護(hù)方案與優(yōu)化進(jìn)行分析，以期解決重難點(diǎn)問題，供同行借鑒參考。

關(guān)鍵詞：資料收集；釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)；排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)

前言

巖土工程基坑支護(hù)過程中需根據(jù)地形、地質(zhì)情況進(jìn)行合理選擇深基坑支護(hù)體系，做好方案優(yōu)化設(shè)計(jì)，不僅可以提升深基坑施工安全，還能防止對(duì)周圍工程和環(huán)境造成影響，避免施工過程中出現(xiàn)滑坡、坍塌等問題，保證施工人員的生命財(cái)產(chǎn)安全，促進(jìn)巖土工程行業(yè)持續(xù)化發(fā)展。

一、深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)種類特點(diǎn)分析

（一）放坡挖掘

由于放坡挖掘只對(duì)土質(zhì)的要求高，在技術(shù)方面的要求低，所以進(jìn)行放坡挖掘施工時(shí)成本比較低。此外，對(duì)于放坡挖掘施工場(chǎng)地也有一定的要求，如果放坡的場(chǎng)地過小，不能滿足放坡所需要的面積，則不利于放坡施工的正常開展。如果放坡場(chǎng)地不能改變且場(chǎng)地較小，那么就要在放坡工地周圍設(shè)置防護(hù)措施。放坡的坡度是根據(jù)土質(zhì)的狀況、放坡周圍土體的荷載能力和施工技術(shù)、施工設(shè)備決定的，同時(shí)，放坡的坡度要滿足設(shè)計(jì)要求，確保邊坡不會(huì)發(fā)生坍塌。

（二）土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

土釘墻是由天然土體通過土釘墻就地加固并與噴射砼面板相結(jié)合，形成一個(gè)類似于重力擋墻以此來抵抗墻后的土壓力，從而保持開挖面的穩(wěn)定，這個(gè)土擋墻就被稱為土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)。土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)如下：支護(hù)穩(wěn)定性高、施工成本小、施工場(chǎng)地小。在利用土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)邊坡進(jìn)行支護(hù)前，要對(duì)施工區(qū)域周圍土體和環(huán)境進(jìn)行勘測(cè)，對(duì)勘測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以滿足工程的施工需求。

（三）排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)是以某種樁型按隊(duì)列布置組成的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，多用于深基坑施工場(chǎng)地。通常由支護(hù)樁、支撐及防護(hù)滲帷幕等組成。排樁可根據(jù)施工情況分為懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)、拉錨式支護(hù)結(jié)構(gòu)、內(nèi)撐式支護(hù)結(jié)構(gòu)和錨桿式支護(hù)結(jié)構(gòu)。

在進(jìn)行排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)施工前，技術(shù)人員會(huì)先對(duì)施工區(qū)域邊坡的土質(zhì)、地下結(jié)構(gòu)狀況等情況進(jìn)行勘測(cè)。然后根據(jù)勘測(cè)的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)方案，如圖1所示。對(duì)深基坑進(jìn)行排樁支護(hù)的施工中，要注意對(duì)樁體的深度和支撐力進(jìn)行估算，然后要根據(jù)實(shí)際情況和設(shè)計(jì)要求排列樁體。如果深基坑的深度處于中等深度時(shí)，可利用樁體長(zhǎng)度<5m的樁體，并采用懸臂式排樁的方式進(jìn)行排樁。

圖1 排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖

二、深基坑如何選取合適的支護(hù)結(jié)構(gòu)

（一）施工前的資料收集

在進(jìn)行深基坑施工前，為了使設(shè)計(jì)方案更加科學(xué)，可行性更高，所以就要對(duì)施工區(qū)域的實(shí)際情況進(jìn)行詳細(xì)勘察，并將收集到的信息進(jìn)行深入研究和處理。

深基坑的數(shù)據(jù)收集主要包含3個(gè)方面：土質(zhì)狀況、地下水狀況、施工區(qū)域周邊環(huán)境情況。將這3個(gè)方面的數(shù)據(jù)收集完成后，就可結(jié)合數(shù)據(jù)進(jìn)行工程方案設(shè)計(jì)了。

在進(jìn)行深基坑施工時(shí)要對(duì)施工場(chǎng)地周邊的土質(zhì)狀況進(jìn)行勘測(cè)。主要勘測(cè)出周邊土層形成的原因、土層的結(jié)構(gòu)類型、土質(zhì)的含砂量情況；還要對(duì)基坑周邊環(huán)境進(jìn)行調(diào)查分析，如施工區(qū)域周邊的河道情況、山體穩(wěn)定狀況等影響施工安全的因素；這些因素都可為工程設(shè)置支護(hù)結(jié)構(gòu)提供參數(shù)，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。對(duì)基坑施工產(chǎn)生主要影響的是施工區(qū)域和施工區(qū)域周邊的地下水位，地下水位較高時(shí)會(huì)提高施工難度。所以，在進(jìn)行施工前，還要收集施工區(qū)域及周邊地下含水層的水位變化信息，地下水的流通線路和流量大小，與其它地下水的聯(lián)通狀況；觀察深基坑坑底是否出現(xiàn)含水層，如果出現(xiàn)含水層，還要測(cè)量該地下水的污染情況，是否具有腐蝕性，方便施工選擇適合的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行施工。

（二）選取設(shè)計(jì)方案考慮的因素

施工前將施工區(qū)域及周邊環(huán)境的信息收集處理后，需根據(jù)這些信息來選擇合適的施工方案。施工方一般會(huì)制定多個(gè)施工方案，然后從這些施工方案中挑取兩個(gè)或兩個(gè)以上的方案進(jìn)行資金預(yù)算，此外，還要從施工技術(shù)、施工時(shí)間來對(duì)比，從而選出最優(yōu)的施工方案來進(jìn)行支護(hù)施工。在進(jìn)行深基坑施工的過程中可能會(huì)出現(xiàn)一些問題，這些問題是隨機(jī)產(chǎn)生的，會(huì)對(duì)工程的質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。所以，為了避免這些問題的出現(xiàn)，在設(shè)計(jì)施工方案的時(shí)候進(jìn)行了優(yōu)化，但在優(yōu)化的同時(shí)又增加了施工成本和施工時(shí)間，所以為了能選取到最佳的支護(hù)方案，要綜合以下因素進(jìn)行選擇：

1.任何工程在方案設(shè)計(jì)的時(shí)候都要考慮安全因素，而支護(hù)工程就是為了保證基坑施工的安全性，所以支護(hù)方案的選取要更加注重安全性的考慮。因?yàn)橹ёo(hù)工程屬于臨時(shí)性施工，在基坑工程完成后就會(huì)對(duì)其進(jìn)行拆除，所以除了安全因素以外，還要考慮經(jīng)濟(jì)性。安全性更高意味著成本就更高，為了解決這一難題，施工方一般會(huì)根據(jù)施工工程所需要的安全等級(jí)來選取最佳的支護(hù)方案。

2.在進(jìn)行支護(hù)施工時(shí)還要重點(diǎn)考慮土層凝聚力和內(nèi)摩擦角指標(biāo)。通過對(duì)以往的支護(hù)工程案例分析，軟土層的土層凝聚力和內(nèi)摩擦角指標(biāo)是決定整個(gè)工程安全性的重要因素。所以，在進(jìn)行支護(hù)方案選取前要通過收集到的信息確定土層凝聚力和內(nèi)摩擦角指標(biāo)的取值，然后根據(jù)土層凝聚力和內(nèi)摩擦角指標(biāo)的取值選取最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

三、對(duì)深基坑支護(hù)方案的數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化

（一）對(duì)樁徑與樁間距進(jìn)行優(yōu)化

決定支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素有：樁徑和樁間距。因?yàn)榛又ёo(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性會(huì)隨著樁徑數(shù)量的增多而提高，基坑變形率也最小。但當(dāng)樁徑的數(shù)量達(dá)到一定值后，對(duì)穩(wěn)定性的影響就不大了。在穩(wěn)定性提高的同時(shí)，樁徑的數(shù)量也會(huì)增多，從而就會(huì)增加施工成本。

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性還會(huì)隨著樁間距的變大而降低，樁間距越大，樁的數(shù)量就越少，那么樁體間的土體就會(huì)露出，從而使基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變得不穩(wěn)定，增加基坑的變形率；樁間距越小，樁的數(shù)量就越多，樁體間的土體就不容易露出來，使支護(hù)結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，從而降低基坑的變形率。但間距越小，工程造價(jià)就越高，所以樁間距不能太大也不能太小，這樣既可保證支護(hù)的穩(wěn)定性，又可降低工程造價(jià)。施工方一般會(huì)利用土拱效應(yīng)來確定樁間距，樁間距的計(jì)算如式（1）所示。

（1）

式（1）中，lmax一各樁之間的實(shí)際距離；B一樁的寬度；q一土體均布的推力。

在將各樁之間的實(shí)際距離算出后，還要×安全系數(shù)，安全系數(shù)用k來表示，k=0.85，所以樁間距的最后結(jié)果應(yīng)是L=lmaxk+B。

（二）對(duì)樁的嵌固深度進(jìn)行優(yōu)化

支護(hù)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性還與樁的嵌固深度有關(guān)。樁的嵌固深度越深，雖提高了樁的穩(wěn)定性，但深度達(dá)到一定值后，就不會(huì)對(duì)穩(wěn)定性有所影響了。樁的嵌固深度越淺，支護(hù)結(jié)構(gòu)越不穩(wěn)定。所以，樁的嵌固深度也要進(jìn)行合理選取，選取深度時(shí)要考慮安全性和經(jīng)濟(jì)性兩個(gè)因素，步驟如下：選取深度值首先要根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行估值，然后再對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算，進(jìn)一步確定深度值。如果該深度值達(dá)到安全系數(shù)所規(guī)定的值，則確定該深度值為樁的嵌固深度值；如果該值沒有達(dá)到安全系數(shù)所規(guī)定的值，那么就繼續(xù)加大深度值進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算，直到深度值達(dá)到安全系數(shù)的最小值為止。

四、結(jié)束語

綜上所述，在深基坑工程施工過程中，支護(hù)方案的選擇對(duì)工程的施工安全和施工成本會(huì)產(chǎn)生較大的影響，文章對(duì)基坑支護(hù)方案的選擇和優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，選擇出了符合實(shí)際情況的基坑支護(hù)方案，值得推廣應(yīng)用。

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（作者單位：深圳市華地巖土工程有限公司）