礦床深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與監(jiān)測(cè)分析

孔令華

（山東省第八地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 日照 276800）

礦床深基坑開挖與支護(hù)設(shè)計(jì)受到場(chǎng)地地質(zhì)和周圍環(huán)境影響，支護(hù)設(shè)計(jì)方案應(yīng)本著安全、經(jīng)濟(jì)原則上，制定基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案。以往基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案沒有考慮到地理環(huán)境影響，導(dǎo)致基坑在開挖過程中很難精準(zhǔn)計(jì)算土水壓力，需依靠工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行施工，無法保證工程質(zhì)量和施工人員生命安全[1]。

針對(duì)以往設(shè)計(jì)方案存在的問題，結(jié)合地質(zhì)條件以及水質(zhì)條件，對(duì)土體應(yīng)力進(jìn)行分析，并對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)位移、周邊建筑物沉降物進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，為施工人員生命安全提供保障。

1 礦床深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

1.1 工程條件

①地質(zhì)條件。在礦床深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)深度范圍內(nèi)，根據(jù)土層特征以及物理學(xué)差異，將地層分為雜填土、黃土狀粉土、卵石和砂巖這4個(gè)主要層次。其中雜填土屬于人工堆積物，結(jié)構(gòu)雜亂，主要是由厚層為0.2m～4.4m混凝土塊和碎磚等垃圾堆積而成；黃土狀粉土屬于沖洪積物，土質(zhì)均勻，主要是由厚層為1.1m～22.0m黃褐色土質(zhì)組成的，局部間夾有薄層黏土；卵石屬于沖洪積物，呈青灰色，主要是由厚層為4.4m～10.4m顆粒組成的，該顆粒包括石英巖、花崗巖，偶含漂石，局部間夾有中砂；砂巖也屬于沖洪積物，砂質(zhì)較純，主要是由粒徑大于0.25mm顆粒組成，另含有少量云母，呈青灰色[2]。②水文條件。地下水多以孔隙潛水為主，存賦于卵石層之中，受到大氣降水補(bǔ)給影響，水位會(huì)隨著季節(jié)變換逐年升高。根據(jù)鄰近建筑物基坑情況，充分考慮地下水對(duì)基坑設(shè)計(jì)影響[3]。

1.2 設(shè)計(jì)方案

考慮場(chǎng)地質(zhì)、水文條件和基坑安全經(jīng)濟(jì)情況，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案一定要從錨索、排樁預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)、排樁嵌固深度進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（1）錨索。錨索第一道支撐和因受到地理環(huán)境影響無法正常施工，那么應(yīng)該錨索第二道支撐處，采用鋼筋混凝土進(jìn)行支撐，針對(duì)其他位置，采用排樁預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)。錨索的設(shè)計(jì)能夠有效控制地基變形，保證內(nèi)部支撐不會(huì)受到已建筑物影響，在保持第一道內(nèi)支撐同時(shí)，可與冠梁進(jìn)行同步施工，使周期縮短。

（2）排樁預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)。在設(shè)計(jì)排樁預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)時(shí)，應(yīng)先分析土層基本物理參數(shù)，如下所示：①雜填土：重度為17.2kN/m3，粘聚力為14.0kpa，內(nèi)摩擦角為25°，界面粘結(jié)強(qiáng)度為32kpa；②粉土：重度為17.2kN/m3，粘聚力為17.0kpa，內(nèi)摩擦角為25°，界面粘結(jié)強(qiáng)度為64kpa；③卵石：重度為22.1kN/m3，粘聚力為0kpa，內(nèi)摩擦角為35°，界面粘結(jié)強(qiáng)度為220kpa；④砂巖：重度為23.5kN/m3，粘聚力為33pa，內(nèi)摩擦角為27°，界面粘結(jié)強(qiáng)度為140kpa。

依據(jù)上述土層基本物理參數(shù)設(shè)計(jì)排樁預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)，使地下施工空間足夠大，加快施工速度。通常采用3道預(yù)應(yīng)力錨桿，其中第一道錨桿冠梁頂面為2.0m，第二道錨桿冠梁頂面為2.4m，第三道錨桿冠梁頂面為2.6m，插入鋼筋土釘，平面呈梅花形，保證樁間土在支護(hù)設(shè)計(jì)過程中不會(huì)出現(xiàn)局部塌落現(xiàn)象。

（3）排樁嵌固深度。采用沖擊成孔方式灌注混排樁，樁徑設(shè)計(jì)為1000mm，根據(jù)樁距確定排樁間距，否則錨桿進(jìn)入樓基礎(chǔ)樁時(shí)會(huì)出現(xiàn)碰撞情況。依據(jù)樁身混凝土強(qiáng)度，確定排樁嵌固深度。設(shè)置排樁冠梁橫截面尺寸為1000mm×500mm，進(jìn)而加強(qiáng)基坑支護(hù)整體性能，為保證基坑安全提供數(shù)據(jù)支持。

2 監(jiān)測(cè)分析

利用有限元軟件PLAXIS對(duì)礦床深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，監(jiān)測(cè)時(shí)間從開挖開始至回填結(jié)束，具體施工工況與時(shí)間關(guān)系如表1所示。

表1 施工時(shí)間與工況

依據(jù)表1所示施工時(shí)間和工況，將以往設(shè)計(jì)方法與結(jié)合地理?xiàng)l件設(shè)計(jì)方法基坑總變形情況進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如圖1所示。

圖1 兩種設(shè)計(jì)方法樁頂側(cè)向位移

由圖1可知：隨著開工時(shí)間的增加，兩種方法樁頂側(cè)向位移也隨之變化。當(dāng)時(shí)間為15t時(shí)，傳統(tǒng)方法樁頂側(cè)向位移為80m，結(jié)合地理環(huán)境設(shè)計(jì)方法樁頂側(cè)向位移為10m；當(dāng)時(shí)間為45t時(shí)，傳統(tǒng)方法樁頂側(cè)向位移為47m，結(jié)合地理環(huán)境設(shè)計(jì)方法樁頂側(cè)向位移為8m；當(dāng)時(shí)間為75t時(shí)，傳統(tǒng)方法樁頂側(cè)向位移為37m，結(jié)合地理環(huán)境設(shè)計(jì)方法樁頂側(cè)向位移為5m；當(dāng)時(shí)間為90t時(shí)，傳統(tǒng)方法樁頂側(cè)向位移為30m，結(jié)合地理環(huán)境設(shè)計(jì)方法樁頂側(cè)向位移為5m。

對(duì)比兩種方法樁頂側(cè)向位移可知，在時(shí)間依次為15t、30t、45t、60t、75t、90t結(jié)合地理環(huán)境設(shè)計(jì)方法比傳統(tǒng)方法樁頂側(cè)向位移依次小70m、55m、39m、33m、32m、25m。由此可知，結(jié)合地理環(huán)境設(shè)計(jì)方法樁頂側(cè)向位移較小，說明更符合實(shí)際設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，由此也證實(shí)該方法設(shè)計(jì)的合理性。

3 結(jié)語

待基坑開挖完成后，進(jìn)行地下室封頂時(shí)，支護(hù)水平位移并不收斂，增加坍塌風(fēng)險(xiǎn)，因此，盡早回填是保證基坑支護(hù)設(shè)計(jì)安全必要條件。對(duì)支護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析可得到如下結(jié)論：①在排樁預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)下進(jìn)行基坑開挖，可降低周圍環(huán)境受到的干擾影響，從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，樁頂側(cè)向位移較小，符合實(shí)際設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。②由于受到卵石影響，導(dǎo)致錨桿設(shè)計(jì)過于靠近基坑頂面，因此對(duì)于錨桿位置設(shè)計(jì)有待進(jìn)一步研究。