基于高應(yīng)力的巖土工程地質(zhì)特征及變形力學(xué)機(jī)制研究

高 鵬, 董 霞

（1.中國(guó)有色金屬長(zhǎng)沙勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000；2.湖南德力電力建設(shè)集團(tuán)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

1 設(shè)計(jì)依據(jù)

設(shè)計(jì)依據(jù)，是根據(jù)中國(guó)有色金屬勘查設(shè)計(jì)研究院有限公司2013年12月提供的巖土工程詳細(xì)勘查報(bào)告；建設(shè)單位2014年2月20日提供的地形圖、基坑開(kāi)挖邊線圖（電子版）；理正深基坑計(jì)算軟件7.0版。

2 工程概況

擬建巖土工程場(chǎng)地位于大型礦山場(chǎng)地，巖土場(chǎng)地原始地貌單元屬?zèng)_積階地，后經(jīng)人工改造，原始地形已改變?，F(xiàn)場(chǎng)地四周較高中間低，地勢(shì)起伏較大，大部分地段現(xiàn)為巖土工程。場(chǎng)地內(nèi)標(biāo)高介于36.64～43.47m。擬建巖土工程基坑北側(cè)層數(shù)為2層，設(shè)計(jì)地坪標(biāo)高為41.00～41.15m，基坑底板頂標(biāo)高為32.15m（基坑底板按0.50m考慮，則基坑底板底標(biāo)高為31.65），現(xiàn)北側(cè)基坑頂標(biāo)高為41.00m左右，則基坑北側(cè)開(kāi)挖深度9.0m左右；基坑南側(cè)地下礦層數(shù)為一層，設(shè)計(jì)地坪標(biāo)高為41.00～41.15m，基坑底板頂標(biāo)高為36.05m（基坑底板按0.50m考慮，則基坑底板底標(biāo)高為35.55），現(xiàn)南側(cè)基坑頂標(biāo)高為41.00m～43.55m，則基坑南側(cè)開(kāi)挖深度5.45～8.00m；巖土工程基坑支護(hù)長(zhǎng)度約435米。

3 巖土工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件

（1）地層巖性。根據(jù)勘查結(jié)果，擬建場(chǎng)地內(nèi)分布有人工填巖土層、第四系沖積層及第四系殘積層，場(chǎng)地內(nèi)下伏基巖為白堊系泥質(zhì)粉砂巖體，各巖土層的野外特征自上而下依次描述如下。

人工填土(Q4ml)①（“①”為地層編號(hào)，下同）：素填土，主要分布場(chǎng)地南面及東面，部分巖土工程地段地質(zhì)表面主要呈現(xiàn)褐紅、黃褐色，并且由粘性土組成，堆填時(shí)間約10年，密實(shí)度不均勻，干-稍濕，呈稍密狀態(tài)，層厚0.60～2.70。

雜填土：主要分布場(chǎng)地西部、東南及東北場(chǎng)地局部地段，雜色，主要巖土工程建筑垃圾組成，混10～30%的粘性土，密實(shí)度不均勻，堆填時(shí)間約6年，干-稍濕，呈稍密、局部松散狀態(tài),層厚1.30～6.10m。

（2）礦山巖土工程水文地質(zhì)條件。水文地質(zhì)地表水及地下水類(lèi)型和水位擬建場(chǎng)地地質(zhì)地表水主要為地表大氣降水及鄰近生活用污水，其二為場(chǎng)地東側(cè)魚(yú)塘地表水體。

勘查期間，場(chǎng)地內(nèi)各鉆孔中均遇見(jiàn)地下水，主要為上層滯水和潛水。上層滯水主要賦存于人工填土①及和植物層②中，受大氣降水和地表水補(bǔ)給，未形成連續(xù)穩(wěn)定的水位面，水量較?。粷撍饕x存于粉砂⑤及圓礫⑥中，受大氣降水及地表水的下滲補(bǔ)給及地下水橫向徑流補(bǔ)給，水量較大，局部略具承壓性。

4 巖土工程基坑支護(hù)方案選擇

在巖土工程中，基坑支護(hù)方案有很多，如邊坡、支護(hù)樁、錨桿、噴射混凝土錨桿、樁錨、內(nèi)支護(hù)等。各種方案都有其優(yōu)點(diǎn)和局限性。因此，選擇合理的支護(hù)方案是保證基坑支護(hù)工程質(zhì)量的關(guān)鍵。本設(shè)計(jì)在深入了解和研究現(xiàn)有礦山巖土工程地質(zhì)、水文地質(zhì)資料及周邊環(huán)境條件的基礎(chǔ)上，借鑒成功的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)各種方案進(jìn)行分析論證和優(yōu)化，確定本工程AB、EF、FG、GA段采用放坡巖土工程支護(hù)，BB’、B’C、CD、DD’、D’E段采用上部放坡結(jié)合土釘墻，下部采用人工孔灌注樁結(jié)合錨索等支護(hù)型式，G’D段采用自然放坡+噴射砼支護(hù)。

5 排水系統(tǒng)

在礦坑(頂)底修筑截（排）水溝，尺寸300×300mm，按2～5‰坡度流向集水井中，排水溝Mu10灰砂磚砌筑，M10水泥砂漿抹面，厚度≥10mm。根據(jù)基坑內(nèi)實(shí)際水量情況，布置一定數(shù)量的集水井，尺寸1000×1000×1000mm，用Mu10灰砂磚砌筑，M10水泥砂漿抹面，厚度≥10mm。抽排地下水統(tǒng)一匯入沉淀池，并經(jīng)沉淀后方可排入市政管道。

6 礦坑支護(hù)設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)原則。礦坑支護(hù)為臨時(shí)性支護(hù)，支護(hù)結(jié)構(gòu)使用年限為礦坑支護(hù)竣工后一年。設(shè)計(jì)方案根據(jù)施工單位提供的總體方案，結(jié)合巖土工程周邊環(huán)境條件和基坑開(kāi)挖深度確定?；又ёo(hù)施工應(yīng)以巖土工程建筑物和基坑底線為依據(jù)，并利用頂線關(guān)系進(jìn)行尺寸復(fù)核，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)不會(huì)對(duì)礦坑底部建筑及周邊道路等造成影響。

（2）礦坑支護(hù)方案。根據(jù)周邊環(huán)境條件、巖土工程條件及基坑支護(hù)深度的不同，將基坑分為AB、BB’、B’C、CD、DD’、D’E、EF、FG、GA和G’D十段，AB、EF、FG、GA段采用放坡+復(fù)合土釘墻支護(hù)，BB’、B’C、CD、DD’、D’E段采用上部放坡結(jié)合土釘墻，下部采用人工孔灌注樁結(jié)合錨索等支護(hù)型式，G’D段采用自然放坡+噴射砼支護(hù)。

7 礦坑支護(hù)施工技術(shù)要求

（1）施工工序。礦坑開(kāi)挖線及支護(hù)樁位放線、復(fù)核→變形觀測(cè)點(diǎn)（含基準(zhǔn)點(diǎn)）的設(shè)置→變形初始觀測(cè)→坡頂截水溝修筑（上部有放坡段先進(jìn)行分層開(kāi)挖→土釘施工→噴射砼施工、支護(hù)至冠梁頂標(biāo)高）→人工挖孔樁施工→樁頂冠梁施工→坡頂截水溝修筑→（土方開(kāi)挖至錨索（錨桿）標(biāo)高以下0.5m→樁間土處理施工→分層錨索（錨桿）施工、鎖定→分層分段土方開(kāi)挖、噴砼、支護(hù)→依此循環(huán)至設(shè)計(jì)基底標(biāo)高→坡底排水溝修筑。

（2）施工準(zhǔn)備。礦坑支護(hù)施工前做好充分的施工準(zhǔn)備，主要包括以下內(nèi)容：進(jìn)一步對(duì)礦坑周邊環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，并編制基坑環(huán)境調(diào)查報(bào)告。明確礦坑周邊企業(yè)管線現(xiàn)狀及滲漏情況，鄰近巖土建筑工程基礎(chǔ)形式、埋深、結(jié)構(gòu)類(lèi)型、使用狀況；相鄰區(qū)域內(nèi)正在施工和使用的礦坑工程情況；相鄰巖土工程建筑打樁振動(dòng)情況。

8 基坑支護(hù)變形觀測(cè)

礦坑支護(hù)變形觀測(cè)應(yīng)委托第三方監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)應(yīng)按規(guī)范規(guī)程進(jìn)行，監(jiān)理方應(yīng)進(jìn)行旁站，確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)有效。

（1）監(jiān)測(cè)目的。礦坑工程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的目的：為施工提供及時(shí)的監(jiān)測(cè)結(jié)果和信息，使參與施工的各方能夠完全客觀、真實(shí)地把握工程質(zhì)量，掌握工程各個(gè)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵指標(biāo)和工程狀態(tài);及時(shí)、準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)礦井工程主體及周?chē)h(huán)境的潛在危害，確保礦井結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境的安全;在施工過(guò)程中，通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證工程設(shè)計(jì)中所采用的各種假設(shè)和參數(shù)，及時(shí)改進(jìn)施工工藝或調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，達(dá)到良好的工程效果，從而優(yōu)化設(shè)計(jì)和信息化建設(shè)。

（2）監(jiān)測(cè)方法及精度要求。邊坡巖土工程的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)應(yīng)采用儀器監(jiān)測(cè)與巡視檢查相結(jié)合的方法。監(jiān)測(cè)方法的選擇應(yīng)根據(jù)邊坡坡度、精度要求、設(shè)計(jì)要求、場(chǎng)地條件、區(qū)域經(jīng)驗(yàn)以及方法的適用性等因素，監(jiān)測(cè)方法應(yīng)合理、易于實(shí)施;監(jiān)測(cè)方法應(yīng)根據(jù)不同的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)條件和要求，如落點(diǎn)法、水平角法、正交點(diǎn)法、法線垂直線法、差分沉降法等。

（3）監(jiān)測(cè)內(nèi)容。根據(jù)邊坡場(chǎng)地巖土工程地質(zhì)、水文質(zhì)條件、邊坡安全等級(jí)、周邊環(huán)境條件，巖土工程規(guī)程規(guī)范，本邊坡為永久性邊坡，按一級(jí)邊坡進(jìn)行監(jiān)測(cè)，應(yīng)監(jiān)測(cè)至竣工后兩年。

9 基坑支護(hù)試驗(yàn)與檢測(cè)

所有支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量檢驗(yàn)應(yīng)按照《建筑工程規(guī)范》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定進(jìn)行，檢驗(yàn)點(diǎn)的數(shù)量和次數(shù)應(yīng)符合上述規(guī)范要求。錨索和土釘施工前應(yīng)進(jìn)行基礎(chǔ)試驗(yàn)，基礎(chǔ)試驗(yàn)專(zhuān)用的非工作錨索和土釘不得少于3根。

錨索抗拔承載力的檢測(cè)應(yīng)符合下列規(guī)定：①檢測(cè)數(shù)量不應(yīng)少于錨索總數(shù)的5%，且同一土層中的錨索檢測(cè)數(shù)量不應(yīng)少于3根；②檢測(cè)試驗(yàn)應(yīng)在錨固段注漿固結(jié)體強(qiáng)度達(dá)到15MPa或達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%后進(jìn)行；③檢測(cè)錨索應(yīng)采用隨機(jī)抽樣的方法選取。④土釘采用抗拉試驗(yàn)檢測(cè)承載力，同一條件下，試驗(yàn)數(shù)量不宜少于總數(shù)的1%，且不應(yīng)小于3根。

10 結(jié)語(yǔ)

本文件是在甲方2014年2月20日提供的總圖、地形圖及現(xiàn)場(chǎng)周邊條件的基礎(chǔ)上進(jìn)行基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的，如上述基坑條件發(fā)生變化或地質(zhì)條件變化較大時(shí)應(yīng)及時(shí)通知設(shè)計(jì)人員做出調(diào)整；本文件所述的各種試驗(yàn)結(jié)果，應(yīng)及時(shí)通知我司，如試驗(yàn)不成功，應(yīng)及時(shí)通知設(shè)計(jì)人員做出調(diào)整；施工過(guò)程中及竣工后，基坑頂?shù)暮奢d不得超過(guò)設(shè)計(jì)允許值；在基坑的施工和使用期間，應(yīng)嚴(yán)格控制不利于坡壁穩(wěn)定因素的產(chǎn)生和發(fā)展，如隨意開(kāi)挖坡腳、巖土工程地表水和地下水大量滲入坡體內(nèi)等；在施工和開(kāi)挖過(guò)程中，應(yīng)監(jiān)測(cè)基坑頂板的側(cè)向位移。當(dāng)位移與當(dāng)前開(kāi)挖深度之比超過(guò)2‰時(shí)，應(yīng)密切觀察并及時(shí)采取支護(hù)加固措施。