軟弱土場地巖土工程勘察與基坑支護

盧 俊 鄭玉濤

南京勘察工程有限公司 江蘇南京 210000

近年來，隨著我國快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化的推進速度也在不斷加快，城市人口數(shù)量呈爆炸式增長，城市擁堵日益加劇。因此對地下空間進行有效開發(fā)具有非常重要的現(xiàn)實意義，巖土工程作為工程建設(shè)中涉及巖石、土體及地下水的土木工程形式，成為我國對地下空間進行開發(fā)的主要途徑[1-2]。在此背景下，以某工程G 為例，對軟弱土場地巖土工程勘察與基坑支護方法進行研究，通過彌補常規(guī)方法的不足，實現(xiàn)巖土工程勘察與基坑支護方法的整體優(yōu)化，從而提升我國軟弱土場地巖土工程的實際價值。

1 軟弱土場地巖土工程概況

軟弱土具有特殊的物理力學(xué)特質(zhì)，在實際工程建設(shè)中呈現(xiàn)出特別的工程性質(zhì)。軟弱土的特點是土體孔隙較大、天然含水量高、壓縮系數(shù)高、滲透系數(shù)低且抗剪強度較低，當(dāng)外部荷載作用過高時，軟弱土地基較低的地基承載力會導(dǎo)致地基變形變大且呈現(xiàn)出變形不均勻、穩(wěn)定歷時長的特點。工程G 地處我國軟弱土分布較多的沿海地區(qū)，工程建設(shè)場地地勢總體較為平緩，局部地形起伏程度偏大，涵蓋部分河流沖積平原區(qū)域。軟弱土場地工程G 地質(zhì)分層情況較為復(fù)雜，進行巖土工程勘察及基坑支護時應(yīng)充分考慮工程區(qū)具體的地質(zhì)情況，合理進行巖土工程的勘察，為穩(wěn)定的基坑支護提供可靠的依據(jù)。

2 軟弱土場地巖土工程勘察

在對軟弱土場地巖土工程進行勘察的過程中，合理選擇勘探孔布置位置并確定其深度是勘察工作的核心和重點，其主要通過計算軟弱土場地巖土工程區(qū)地基的附加應(yīng)力來實現(xiàn)。附加應(yīng)力是指工程區(qū)中建筑物或其他外載體對地基所產(chǎn)生的作用力，是導(dǎo)致地基壓縮變形的主要因素，其具體計算公式見式（1）。

式中：η——工程區(qū)地基的附加應(yīng)力；

f0——地基的自重應(yīng)力；

y1、y2——軟弱土場地巖土工程中外載體作用點與建設(shè)地基間的夾角。通過對地基附加應(yīng)力的計算，可得出軟弱土場地巖土工程中地基附加應(yīng)力的分布情況如圖1 所示。

圖1 軟弱土場地巖石工程地基附加應(yīng)力分布情況

觀察圖1 中曲線可知，軟弱土場地巖石工程的地基附加應(yīng)力呈環(huán)形分布，且考慮軟弱土場地的土層特征，通常選擇地基附加應(yīng)力數(shù)值為0.2～0.3 作為巖土工程勘察探孔的最佳深度區(qū)域，即圖1 中的陰影區(qū)域。因此當(dāng)對軟弱土場地巖石工程進行勘察時，為確保勘察探孔的均衡性，應(yīng)盡量提升其布置的對稱性，并將其孔深控制在地基附加應(yīng)力數(shù)值的最佳區(qū)間，從而優(yōu)化巖土工程勘察的效果，為設(shè)定基坑支護方案提供前提和基礎(chǔ)。

3 軟弱土場地巖土基坑支護

3.1 選取基坑支護結(jié)構(gòu)

軟弱土場地具有其特有的巖土工程特性，土層內(nèi)部孔隙較大且可壓縮系數(shù)較高，導(dǎo)致軟弱土場地巖土工程中的基坑變形穩(wěn)定控制難度較高，尤其當(dāng)基坑的坑底土層為軟弱土土層時，因基坑的被動區(qū)土層承載力和抗力不足，支護結(jié)構(gòu)需要有足夠的插入深度，才能確?；庸こ痰南鄬Ψ€(wěn)定，且基坑支護結(jié)構(gòu)的插入深度還會受到工程地質(zhì)條件、周圍建筑體形式及場地地勢特點等因素的影響。軟弱土場地條件下的基坑工程較良好地質(zhì)條件地區(qū)的基坑工程更易引發(fā)工程事故，因此要合理選取基坑支護結(jié)構(gòu)，首先要對基坑支護排樁墻體前后的土層壓力進行計算，其具體公式見式（2）。

式中：yZ——土層底部對基坑支護排樁墻體產(chǎn)生的主動土壓力；

yb——土層底部對基坑支護排樁墻體產(chǎn)生的被動土壓力；

sx——地表傳遞到第x 層土層的荷載力；

hj——第j 層土層底部的天然重度；

dj——厚度；

ωx——第x 層土層的內(nèi)摩擦角；

Nx——第x 層土層的土黏聚力。

蒙古族的整個篇章中，也基本是在一個固定的場景里——蒙古包，此處用逆光位置上的傳統(tǒng)成像切割燈，將蒙古包中的八個坐席用光斑切割出長方形來拼成“八”字，一是將演區(qū)突出，二是從視覺的角度上，用長方形拼合而成的“八”字形剛好形成了一個室內(nèi)場景的區(qū)域，讓觀眾一看到此場景立刻就能有一種身臨其境被包裹在其中的感覺。隨著篇章的進行，“八”字形區(qū)域時而強調(diào)時而弱化，在情節(jié)以及時間轉(zhuǎn)換上都很好地起到了錦上添花的作用。

在對主動土壓力及被動土壓力進行計算后，對其做不斷疊加，尋求第一個基坑坑底土層壓力為0 的節(jié)點，并將其設(shè)定為點k0，則其距基坑坑底的距離為k，能夠得出下面的基坑支護排樁墻體的入土深度計算公式（式3）。

式中：r——排樁墻體嵌入土層的實際深度；r0——基坑支護排樁墻體入土深度的預(yù)期數(shù)值。

即使對于同一個基坑工程，其支護結(jié)構(gòu)的選擇方案也較為多樣，以對基坑支護排樁墻體嵌入土層的實際深度為依據(jù)，對基坑支護結(jié)構(gòu)模式進行選擇，的幾種基坑支護結(jié)構(gòu)模式如圖2 所示。

圖2 幾種常見的基坑支護結(jié)構(gòu)示意圖

如圖2 所示，基坑工程能夠產(chǎn)生的土壓力是呈三角形分布的，當(dāng)基坑工程坑底土層為軟弱土地質(zhì)條件時，其基坑支護結(jié)構(gòu)排樁墻體多選擇懸臂式排樁，在坑底外土層主動土壓力的作用下，推動排樁向基坑內(nèi)側(cè)方向發(fā)生傾移，下半部分呈現(xiàn)反方向作用。懸臂式排樁的支護結(jié)構(gòu)能夠在軟弱土地質(zhì)條件下，維持排樁墻體所受的作用力的平衡狀態(tài)，從而為基坑支護工程提供穩(wěn)定性方面的保障。

3.2 計算基坑支護排樁變形程度

在軟弱土場地基坑支護工程中，插入排樁承受的作用力是基坑支護內(nèi)部結(jié)構(gòu)力的主要部分，在上一節(jié)對基坑支護排樁入土深度進行計算并選取基坑支護結(jié)構(gòu)模式后，應(yīng)對基坑支護結(jié)構(gòu)的排樁變形程度進行計算，以體現(xiàn)基坑支護結(jié)構(gòu)力是否處于平衡狀態(tài)，其具體計算公式見式（4）。

α——軟弱土地質(zhì)層有效的內(nèi)摩擦角；

r——排樁墻體嵌入土層的實際深度；

y——基坑坑底土層對基坑支護排樁墻體的主動土壓力及被動土壓力之和。

通過計算，當(dāng)基坑支護排樁嵌入土層深度變大時，排樁的變形程度會相應(yīng)降低，或是當(dāng)基坑坑底土層對基坑支護排樁墻體的主動土壓力及被動土壓力之和下降時，排樁的變形程度也會相應(yīng)降低。因此，合理設(shè)定基坑支護排樁插入的深度能夠有效控制排樁的變形程度，從而維護基坑支護結(jié)構(gòu)的平衡和穩(wěn)定，為軟弱土場地巖土工程安全穩(wěn)定提供保障。

4 實例分析

在對軟弱土場地巖土工程勘察與基坑支護方法進行研究后，將分別對工程區(qū)G 進行巖土工程勘察及基坑支護的模擬測試，以驗證本次研究的軟弱土場地巖石工程勘察與基坑支護方法的實際效果如何。第一階段將在工程區(qū)G 中選取五個測試區(qū)，進行巖土工程勘察準確度測試，選取傳統(tǒng)勘察方法作為對照組，分別記錄兩組的準確度數(shù)值，通過結(jié)果對比體現(xiàn)本次研究的效果，具體實驗結(jié)果數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 軟弱土場地工程區(qū)G工程勘察準確度驗證結(jié)果

觀察上表中實驗數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，實驗組的探孔深度較穩(wěn)定，處于23～25cm，其勘察準確度均超過98%，平均準確度為99.2%；對照組探孔深度浮動較大，處于20～28cm，其勘察準確度均低于95%，平均值為94.0%。通過對比，實驗組的平均勘察準確度較對照組提高5.2%，滿足研究要求。

第二階段在工程區(qū)G 中選取五個測試點，對基坑支護排樁的變形程度進行測試，選取傳統(tǒng)支護結(jié)構(gòu)作為對照組，分別記錄兩組的排樁變形程度，具體數(shù)據(jù)如表2 所示。由表可見，實驗組排樁變形程度均低于0.2，其平均值為0.13；對照組排樁變形程度均高于2.5，平均變形程度為3.06。通過計算可得，實驗組平均的排樁變形程度較對照組降低2.93，達到預(yù)期效果。

表2 基坑支護排樁變形程度測試結(jié)果

5 結(jié)語

對軟弱土場地巖土工程勘察與基坑支護的研究在改善傳統(tǒng)方法的不足和基礎(chǔ)上，提升巖土工程勘察探孔深度的合理性，選取恰當(dāng)?shù)幕又ёo結(jié)構(gòu)，以降低基坑支護排樁的變形程度，確保整體工程的安全穩(wěn)定。但由于軟弱土地質(zhì)土層條件較為復(fù)雜，在工程勘察及基坑支護中精確分割土層的難度較高，可能會使探孔深度的確定產(chǎn)生誤差。今后應(yīng)提升對土層性質(zhì)檢測的技術(shù)及能力，控制誤差，優(yōu)化軟弱土場地巖土工程勘察及基坑支護的效果。