巖土工程中的深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)問題和對策探析

許振巍 徐新力

溫州設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司 浙江 溫州 325000

引言

深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)施工的目的是加固巖土工程的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，并達(dá)到環(huán)境保護(hù)的效果，但傳統(tǒng)深基坑支護(hù)方式已不能滿足當(dāng)前巖土工程支護(hù)施工的要求，甚至還會在設(shè)計(jì)過程中遇到一系列的問題。對此，需全面分析工程屬性，創(chuàng)新深基坑支護(hù)技術(shù)，制定科學(xué)且具有可行性的設(shè)計(jì)方案，以強(qiáng)化巖土工程設(shè)計(jì)效果。

1 巖土工程中深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)常見的問題

1.1 力學(xué)參數(shù)選擇不合理

巖土工程極易受到地質(zhì)以及地貌等影響，對此，在開展工程深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)施工時(shí)，需結(jié)合工程現(xiàn)場實(shí)際情況合理調(diào)整并優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。以某工程為例，其占地面積約為26970.846m2，其中建筑面積共計(jì)123820m2，地上與地下面積分別為63970m2、59850m2。開展該工程設(shè)計(jì)施工時(shí)，就需進(jìn)行相應(yīng)的力學(xué)分析，明確工程附近的地質(zhì)情況，找出影響土體力學(xué)的參數(shù)，比如黏聚力、含水率等。若設(shè)計(jì)人員忽視該項(xiàng)工作，將會在工程投入施工后，無法準(zhǔn)確計(jì)算出土壓力，增大施工人員的作業(yè)難度，還會影響支護(hù)結(jié)構(gòu)類型的選擇，無法在短時(shí)間內(nèi)確定最終的施工工藝。

1.2 設(shè)計(jì)和實(shí)際差異較大

巖土工程中，將深基坑的支護(hù)壓力與擋土墻壓力進(jìn)行對比可以發(fā)現(xiàn)，二者存在顯著的區(qū)別，但現(xiàn)階段在土壓力理論方面的指導(dǎo)仍有所欠缺，因此，開展巖土工程深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)作業(yè)時(shí)，通常會采用較為傳統(tǒng)的理論計(jì)算方式，導(dǎo)致設(shè)計(jì)與真實(shí)情況存在誤差。

盡管在應(yīng)用傳統(tǒng)土壓力理論計(jì)算時(shí)，設(shè)計(jì)人員會憑借多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)對計(jì)算出來的結(jié)果加以適當(dāng)修正，確保其滿足實(shí)際設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，但該項(xiàng)工作在實(shí)施過程中會遇到一系列的挑戰(zhàn)，且操作較為復(fù)雜，若未始終依托于工程實(shí)際，忽視或沒有全面勘測深基坑附近地質(zhì)條件、地面荷載等，極易在設(shè)計(jì)施工完成后，引發(fā)變形差異，再次增大了設(shè)計(jì)與實(shí)際之間的差異性[1]。

1.3 基坑邊坡堆載不明確

完成巖土工程支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)立施工后，需嚴(yán)格控制深基坑的邊坡堆載力，同樣以上述工程為例，其明確規(guī)定基坑開挖邊線2m區(qū)間內(nèi)嚴(yán)禁堆放物品，即使是在2m以外，也需控制地面荷載力在10kPa左右，該工程北側(cè)煙囪設(shè)定的荷載力為100kPa，現(xiàn)場周邊建筑基礎(chǔ)的地面荷載約為15kPa。但在實(shí)際施工中，支護(hù)人員為了便利后續(xù)施工，將所需使用的施工設(shè)備以及車輛放置在基坑周圍，導(dǎo)致澆筑施工以及安裝塔吊施工時(shí)引發(fā)基坑坍塌事故，即使在第一時(shí)間對其進(jìn)行修整并加固，久而久之，還會使其承重能力受到影響，增大了后續(xù)施工、投入使用后深基坑變形、坍塌的風(fēng)險(xiǎn)。

1.4 基坑空間效應(yīng)的問題

空間效應(yīng)問題是基坑開挖施工期間常遇到的問題之一，所列舉的工程中，其現(xiàn)場地面標(biāo)高為2.5～3.0m，計(jì)算深基坑開挖深度時(shí)，需依托于基礎(chǔ)承臺墊層底，得出開挖深度為8.5～18.9m。對此，開挖與之相對應(yīng)的深基坑時(shí)，需科學(xué)處理開挖基坑空間，確保開挖效應(yīng)同工程支護(hù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相一致。但為了實(shí)現(xiàn)該目的，設(shè)計(jì)人員就需嚴(yán)格遵循支護(hù)原則對深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，以此起到節(jié)約空間資源的作用。

2 解決巖土工程深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)問題的有效措施

2.1 做好資料收集與現(xiàn)場勘測工作

支護(hù)設(shè)計(jì)作業(yè)人員需先做好收集施工現(xiàn)場資料并完成各項(xiàng)勘測工作后，方可開展支護(hù)設(shè)計(jì)施工。收集資料時(shí)，主要將工程地形圖、地質(zhì)勘察報(bào)告等作為開展設(shè)計(jì)施工的前提。若巖土工程周邊存在建筑物，或地下布有管線，設(shè)計(jì)人員還需綜合分析地基地形圖紙以及地下管線布設(shè)圖紙，如果工程所處的地理環(huán)境以及地質(zhì)條件復(fù)雜，則需要向建設(shè)方索要物探圖。完成資料收集后，還需對所收集的資料進(jìn)行分類并整理，在此過程中，應(yīng)落實(shí)四項(xiàng)工作：其一，計(jì)算或測量基坑底開挖的標(biāo)高，以此為基礎(chǔ)，大致確定基坑側(cè)面的開挖深度；其二，全面勘察施工現(xiàn)場，根據(jù)實(shí)際情況，決定是否開展放坡施工；其三，詳細(xì)閱讀并分析地質(zhì)勘探報(bào)告中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，明確基坑附近土質(zhì)的分布情況，尤其是沙礫層、軟土層等。同時(shí)還需對土層的標(biāo)貫擊數(shù)進(jìn)行全面檢查，以此確定該區(qū)域的巖土力學(xué)性質(zhì)；其四，充分分析與管線分布相關(guān)的圖紙資料，掌握不同部位的管線布設(shè)情況，尤其是1.5～2.0倍坑深管線的具體分布。

完成上述資料收集作業(yè)后，便可以開展施工現(xiàn)場勘測作業(yè)，巖土工程深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)施工中，現(xiàn)場勘探起著極為重要的作用，直接決定了后續(xù)支護(hù)施工的效果。但當(dāng)前很多設(shè)計(jì)人員未認(rèn)識到該項(xiàng)工作的重要性，僅僅通過觀察場地地形圖的方式作為支護(hù)設(shè)計(jì)工作的依據(jù)，無法對巖土工程實(shí)際情況進(jìn)行深入了解，致使設(shè)計(jì)出的支護(hù)方案不具備科學(xué)性與參考性。為了避免上述問題的發(fā)生，就要求設(shè)計(jì)人員嚴(yán)格落實(shí)現(xiàn)場勘探工作，以保證所設(shè)計(jì)的施工方案具有較強(qiáng)的針對性，并重視四項(xiàng)工作的開展：首先，充分借助收集到的施工資料，進(jìn)一步明確現(xiàn)場實(shí)際情況，以此確定放坡施工是否開展；其次，對工程周邊的建筑結(jié)構(gòu)以及現(xiàn)場工程情況進(jìn)行全面勘察，若發(fā)現(xiàn)建筑存在裂縫或其他質(zhì)量問題，則應(yīng)在第一時(shí)間告知建設(shè)方以及業(yè)主，勘測期間需做好各項(xiàng)數(shù)據(jù)的記錄，對于特殊區(qū)域還需拍照作為留底依據(jù)。再次，對作業(yè)現(xiàn)場的地形進(jìn)行檢查，并將其與建設(shè)方所提供的地形圖紙進(jìn)行比對，將不一致的部位做好標(biāo)記并與建設(shè)方進(jìn)一步確認(rèn)，以便于后續(xù)地形修整與測量作業(yè)的開展；最后，對巖土工程施工現(xiàn)場進(jìn)行全方位的勘探，根據(jù)收集到的場地地形圖、巖土地質(zhì)勘探報(bào)告等資料，對地質(zhì)的變化情況加以判斷，為設(shè)計(jì)方案的完善與優(yōu)化提供依據(jù)[2]。

2.2 為巖土工程合理選擇支護(hù)形式

基坑支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)施工時(shí)，需格外重視對地質(zhì)以及地形條件的全方位測量，確定地基土層的類型與基坑含水量。實(shí)際設(shè)計(jì)作業(yè)期間，應(yīng)先判斷巖土附近土體的穩(wěn)定性，如達(dá)到相關(guān)要求則可以開展后續(xù)的施工，但需做好放坡工作，以保證其深度也能夠達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)，促使深基坑支護(hù)整體質(zhì)量得以提升。若所采用的支護(hù)形式無法滿足深基坑支護(hù)要求，便需結(jié)合多種支護(hù)形式，針對實(shí)際情況選擇最優(yōu)的施工方式。巖土工程中，常見的深基坑支護(hù)形式有三種：其一，支撐系統(tǒng)，該種支護(hù)形式主要涉及型鋼組合支撐、鋼筋混凝土支撐等，應(yīng)用目的是避免深基坑發(fā)生位移。其二，擋土系統(tǒng)，按照工程作業(yè)要求，借助該種支護(hù)形式開展設(shè)計(jì)工作，可以有效緩解深基坑的承載壓力，系統(tǒng)中主要有鋼筋混凝土樁、水泥攪拌樁等。其三，擋水系統(tǒng)，開展設(shè)計(jì)工作時(shí)，需依托于施工現(xiàn)場的水文條件進(jìn)行，以此避免基坑滲水問題，促使深基坑安全性得以保障。

2.3 科學(xué)應(yīng)用深基坑支護(hù)施工技術(shù)

支護(hù)設(shè)計(jì)人員需掌握深基坑實(shí)際情況，為工程選擇合適的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，現(xiàn)如今，多樣化的深基坑支護(hù)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各類巖土工程中，主要包括三種：首先，地下連續(xù)墻支護(hù)技術(shù)，通過使用該技術(shù)可以有效提高深基坑的防水防滲性，同時(shí)還能避免基坑發(fā)生沉降。先深入研究設(shè)計(jì)圖紙確定深基坑的挖掘點(diǎn)，借助先進(jìn)的設(shè)備開展基坑槽段挖掘施工，再將所挖槽段進(jìn)行相互連接，向溝槽內(nèi)安置鋼筋籠，并完成混凝土澆筑施工，以此構(gòu)建出一個(gè)具備多種性能的地下連續(xù)墻。其次，灌注樁支護(hù)技術(shù)，能夠從整體上提高深基坑支護(hù)質(zhì)量，但該種支護(hù)技術(shù)在使用時(shí)會有多種弊端。借助灌注樁支護(hù)形式開展支護(hù)作業(yè)時(shí)，需應(yīng)用鉆機(jī)設(shè)備，同時(shí)還需搭配泥漿護(hù)壁才可以完成支護(hù)設(shè)計(jì)施工，而泥漿排除施工會嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境。最后，土釘墻支護(hù)技術(shù)，該類支護(hù)形式能夠極大程度地提高邊坡的穩(wěn)定性，還可以節(jié)約施工成本，因其這一優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用[3]。

2.4 加強(qiáng)工程建設(shè)期間的管理力度

良好且有效的管理能夠?qū)崿F(xiàn)巖土工程有序并順利進(jìn)行，還可以對深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)施工的質(zhì)量與安全提供保障。因此，支護(hù)施工過程中，支護(hù)人員需積極與設(shè)計(jì)人員就設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行溝通，針對作業(yè)過程中涉及的技術(shù)應(yīng)用需細(xì)致探討，嚴(yán)禁一方獨(dú)自完成該項(xiàng)工作，促使各方的監(jiān)督職能與施工專業(yè)素養(yǎng)得以充分發(fā)揮。此外，相關(guān)部門也需參與到深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)工程監(jiān)管中，有效規(guī)避設(shè)計(jì)期間各類問題的發(fā)生，為巖土支護(hù)工程質(zhì)量提供保障。施工過程中也可以采取第三方監(jiān)管的方式，邀請具備權(quán)威性的第三方監(jiān)測機(jī)構(gòu)實(shí)時(shí)監(jiān)管深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)度，確保施工安全且有序進(jìn)行，規(guī)避一系列安全事故的發(fā)生，同時(shí)還能起到提高作業(yè)效率的作用。

2.5 明確土質(zhì)部分壓力的計(jì)算方式

巖土工程深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)施工過程中，極易受到基坑支護(hù)變形的影響，而變形類型可以細(xì)化為兩種，即基坑邊坡變形以及基坑附近建筑變形。當(dāng)發(fā)生變形時(shí)，對其所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集并分析，能夠直觀地明確基坑內(nèi)部的真實(shí)情況以及存在的問題。對問題的產(chǎn)生原因加以分析，結(jié)合分析結(jié)果制定出可行性的問題處理方案，以此保證深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)施工的質(zhì)量。同時(shí)，支護(hù)設(shè)計(jì)人員還需明確并嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)流程，選用科學(xué)的施工工藝與技術(shù)綜合評估基坑邊坡的變形情況。比如，實(shí)際設(shè)計(jì)施工中，可以借助圓弧滑動(dòng)法確定基坑周邊土質(zhì)區(qū)域的穩(wěn)定系數(shù)Fs，表達(dá)式為：

此外還有瑞典條分法、Janbu法等均可以用來計(jì)算土壓力，但所使用的計(jì)算方法不同，得到的計(jì)算結(jié)果也會不同。因此，為了保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，可以同時(shí)采用多種計(jì)算方式對土壓力進(jìn)行計(jì)算，以保證支護(hù)設(shè)計(jì)的可靠性。同時(shí)，支護(hù)設(shè)計(jì)人員還需樹立科學(xué)且先進(jìn)的深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)理念，現(xiàn)階段，我國仍未頒布有關(guān)于巖土工程基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，開展設(shè)計(jì)工作時(shí)，也僅依賴于朗肯理論，計(jì)算土壓力時(shí)，一般會使用較為傳統(tǒng)的等值梁法進(jìn)行，不僅無法保證計(jì)算結(jié)果的精準(zhǔn)度，還極大程度地增加了支護(hù)設(shè)計(jì)成本，因此，設(shè)計(jì)人員需不斷完善相關(guān)理論以及規(guī)范。加大支護(hù)設(shè)計(jì)施工現(xiàn)場的監(jiān)管力度，針對設(shè)計(jì)過程中遇到的問題或隱藏的風(fēng)險(xiǎn)，需結(jié)合實(shí)際制定相應(yīng)的處理方案，并做好每日巡查工作，力求深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)施工高效且高質(zhì)量完成[4]。

3 結(jié)束語

深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)巖土工程順利且有序施工的重要保障，開展支護(hù)施工時(shí)，設(shè)計(jì)人員須下到現(xiàn)場，科學(xué)落實(shí)工程資料收集、實(shí)地勘測等準(zhǔn)備工作，分析勘測結(jié)果以及施工現(xiàn)場實(shí)際情況，優(yōu)化深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)，還需加大對工程施工現(xiàn)場的管控，以此從根本上提高支護(hù)設(shè)計(jì)施工的安全性、可行性與穩(wěn)定性。