深基坑支護設計與巖土勘察技術分析

賈業(yè)明

（安徽省城建設計研究總院股份有限公司）

對于建筑工程而言，開挖深度超過5 米的基坑，均屬于深基坑。而隨著當前我國城市土地面積的愈發(fā)緊張，需要進行深基坑施工的建筑工程數(shù)量也在不斷增加，所以必須要加強對于基坑支護設計的重視。此外，在實際建筑工程中，為保障深基坑支護設計的科學性以及合理性，還需要事前進行巖土工程勘察。因此，加強對于深基坑支護設計以及巖土勘察技術的分析和探討是十分有必要的。

一、工程概況

本文以某教學樓建筑工程項目為例，該項目位于安徽某市區(qū)內，案例工程施工區(qū)域內地形相對較為平坦，建筑面積約22336 平方米，地下水位標高為41.02 米，建筑場地周圍無其他高層建筑。

二、深基坑巖土勘察技術

1.巖土勘察技術內容

對于深基坑支護工程而言，巖土勘察是十分關鍵的步驟，對于深基坑支護方案的設計有著重要的參考意義，直接影響著深基坑支護的質量效果以及安全性，因此必須要加強對于深基坑工程中巖土勘察的重視和研究。結合本工程項目實際情況，在進行巖土工程勘察的過程中，主要應用的勘察技術包括以下幾種。

第一，鉆探技術。鉆探就是利用機械工程設備對地層剖面進行樣品采集，以此了解工程區(qū)域內土層情況的一種勘探技術。在此過程中，應合理控制土層鉆探的回次進尺，大約在1m 以內即可，對于巖層部分的鉆探，其回次進尺的深度應在2m 以內。通常情況下，為適應后續(xù)采樣需求，鉆探開口直徑通常應為130mm，終孔口徑應控制在91mm 以上。

第二，采樣分析。采樣是巖土勘探過程中的必要環(huán)節(jié)，就是通過對工程區(qū)域內的土樣進行采集密封，并移交到實驗室，進行相應指標分析。主要采樣內容包括水樣、土樣兩個部分。為保障檢測結果的準確性，應在完成采樣之后，盡快移交到實驗室當中。

第三，水位測量。由于建筑工程在施工過程中，會出現(xiàn)不同程度的沉降，而水位測量則是為了能夠更好地了解工程區(qū)域情況，以此預測沉降。水位測量操作是在鉆孔內部直接進行的，主要測量內容包括初見水位以及穩(wěn)定水位兩種，其中穩(wěn)定水位需要在完成勘探之后進行測量，并確保測量精度應控制在±20mm，以此保障結果的準確性。

第四，工程測量。工程測量主要指的是平面坐標、高程等方面的測量，需要在勘探孔設置GPS 進行測量，并在完成施工之后還需要進行相應坐標以及高程的復測，以此保障測量的可靠性。

2.土層基本性質分析

巖土層基本性質分析是進行巖土勘察的主要目的之一，通過相應勘探結果，對工程建設區(qū)域內巖土層的實際情況進行深入分析，了解其基本性質，為后續(xù)深基坑支護方案的設計奠定良好基礎。巖土層基本性質分析的主要內容包括以下幾個方面，即地質剖面情況、地下水文特點、水位指標情況、巖土分布特征、腐蝕情況以及相應力學性能等多個方面。

3.施工環(huán)境調查研究

施工環(huán)境調查也是進行巖土勘察的主要內容，對于建筑施工的安全性以及可靠性有著直接影響。在實際進行施工環(huán)境調查的過程中，應著重加強對于基坑周圍建筑物穩(wěn)定性情況、圍護情況以及相應位移情況等方面的研究和分析，了解周圍建筑的結構形式和基礎類型，以免在實際進行深基坑施工的過程中，對周圍建筑工程等造成擾動，影響建筑使用以及施工安全，尤其應加強對于地下部分障礙物的調查和研究。

三、常用支護結構及其使用條件

當前建筑工程中，常用的深基坑支護方式主要包括土釘墻支護、錨拉式結構、樁錨支護、地下連續(xù)墻支護、重力式水泥土墻以及內支撐結構，不同的支護結構其有著不同特點，因此適用于不同的工程條件。

土釘墻支護就是通過在土體當中加入土釘，再噴射混凝土面層的方式，將土釘支護體系與土體進行融合處理，這種支護方式主要適用于深度較淺的基坑。錨拉式支護結構就是通過將錨桿打入土體當中，通過以此產生的錨固力抵消土體對于擋土結構的壓力，這種支護方式比較適合基坑深度較深的情況，適用于的土層類型較為廣泛。樁錨支護方式主要是使用錨桿為支護樁提供錨固力，以此實現(xiàn)擋土、隔水的作用，比較適用于深基坑、邊坡支護，以及施工區(qū)域較窄的環(huán)境。地下連續(xù)墻的主要優(yōu)勢在于結構強度大、安全性好、變形較小，而且有著較好的防水性能，多用于基坑較深，對于防水抗?jié)B有著較高需求的工程當中。重力式水泥土墻，該基坑支護方法是完全依靠水泥土墻自身重力、摩擦力和土壓力實現(xiàn)的，屬于一種無支撐的支護結構，比較適合深度較淺的基坑，以及淤泥質土基坑。內支撐支護方式是依靠內部支撐結構和擋土結構實現(xiàn)基坑支護的，適用范圍相對較為廣泛。

四、深基坑支護設計分析

1.支護方案初選

本次深基坑支護工程項目其支護方案的選取和設計必須要滿足以下幾個要求：首先，應確保支護設計的安全性，安全性是進行深基坑支護的首要要求和基本條件，因此在進行支護方案設計的過程中，應避免一味節(jié)約成本，應將更多的注意力放置在保障工程安全方面。其次，在保障工程安全的基礎上，合理進行方案設計和優(yōu)化調整，進一步節(jié)約項目成本。最后，要確保支護方案設計的便捷性，促使支護施工能夠得以順利推進，以此強化對于施工質量、進度、成本等方面的控制。結合案例工程實際情況，以及相應巖土勘察結果，經(jīng)過對周圍環(huán)境，方案的經(jīng)濟性、可靠性，以及相應施工技術發(fā)展情況的綜合考慮，最終確定了樁錨支護和土釘墻支護兩種方式。

樁錨支護方式的主要優(yōu)勢表現(xiàn)在以下幾個方面：第一，經(jīng)過多年的研究和實踐探索，樁錨支護形式無論是在設計成熟度，還是在施工方面都有著十分豐富的經(jīng)驗，能夠有效保障深基坑支護質量和安全性；第二，在實際進行樁錨支護施工過程中，可對周圍邊坡進行垂直挖掘，然后再使用錨桿進行加固處理，在節(jié)約空間方面有著極強的優(yōu)勢；第三，樁錨支護的樁體是直接嵌入地下的，因此有著較好的剛度和抗形變能力。

土釘墻支護構造的主要優(yōu)勢在于：首先，土釘墻支護結構主要包括鋼筋網(wǎng)、混凝土面層以及土釘和土體，有著較好的穩(wěn)定性；其次，土釘墻支護施工無需大型、重型機械設備，施工過程中的噪音也相對較低，對于周圍建筑物幾乎沒有沉降影響；再次，土釘墻支護施工需要層層開挖，能夠更好地對施工現(xiàn)場進行控制，及時進行相應參數(shù)調整，有助于保障工程質量效果；最后，相較于樁錨支護而言，土釘墻支護所占空間較大，但是由于案例工程土質情況相對較好，因此可以合理調整加大邊坡坡度，彌補該方案的缺陷問題。

2.支護方案設計

（1）樁錨支護方案設計

首先，根據(jù)相應勘察以及土質檢測結果，確定工程區(qū)域內主要包括雜填土、粘性土以及中砂，其土層具體情況如表1所示。

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其次，結合土層實際情況以及樁錨支護相關技術經(jīng)驗，進行部分支護結構參數(shù)設計。其中支護樁直徑為0.6m，支護樁之間的距離設計為1m，混凝土強度等級為C30，樁的螺旋箍筋間距為150mm。設置承臺，臺寬1.5m，坡高1.5m。支護結構安全等級為二級；支護結構重要性系數(shù)為1；基坑深度為7m；嵌固深度為3m；樁頂標高為-1.5m；樁材料類型為鋼筋混凝土；樁截面類型為矩形。錨樁支護支錨類型為錨桿，錨桿水平間距為4m，入射角度為35°，錨桿長度為6.3m，錨固段長度為2.8m。

再次，結合樁錨支護施工實際操作情況，將其施工過程劃分為以下三個階段。第一階段，打樁支護施工，在深基坑挖掘到3.5m 左右的時候，進行支護樁施工，此時的土壓力范圍在-57.41kN/m 到40.80kN/m 之間。第二階段，在-3m 的位置進行錨桿施工，此時進行土壓力值的測算分析，發(fā)現(xiàn)錨桿的加入與否對于土壓力值的影響不大，但是有效減少了邊坡位移情況。第三階段，為挖掘到-7m 時。

最后，針對樁錨支護方案設計進行相應驗算。其中支護系統(tǒng)整體穩(wěn)定性計算結果為2.4，大于1.35 能夠滿足工程要求?？孤∑痱炈阒校枰鶕?jù)實際情況，分層進行抗隆起計算，其中支護底部抗隆起計算結果為19.8；深度12.5m 的位置，其抗隆起驗算結果為3.8；坑底抗隆起計算結果為2.3，上述驗算結果均大于1.8，因此該支護方案的抗隆起穩(wěn)定性能夠滿足工程需求。

（2）土釘墻支護方案設計

根據(jù)相應勘察以及土質檢測結果，進行土釘墻支護方案設計分析。

第一，根據(jù)相應勘察結果，明確所選擇工程地段的土層情況，如表2 所示，其中各土層與錨固體阻力、與土釘摩擦力情況如表2 所示。

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第二，根據(jù)建筑工程項目實際情況以及土釘墻支護設計規(guī)范，確定相應安全等級、基坑深度等相關參數(shù)。此次深基坑支護工程中，支護結構安全等級為二級；支護結構重要性系數(shù)為1；基坑深度為7m；土釘墻坡角為85°；放坡級數(shù)為0；超載個數(shù)為1，超載值為20kPa，作用深度為0m，作用寬度為12m，距坑邊距為12m，形式為條形。

第三，結合實際情況，對土釘?shù)罃?shù)、水平間距等相關參數(shù)進行計算。根據(jù)現(xiàn)場實際情況以及巖土勘測結果，確定土釘?shù)罃?shù)為6 道，土釘之間的水平間距和豎向間距均為1m，入射角度為12°，鉆孔直徑為100mm，土釘長度為8m。

第四，進行混凝土面層厚度、強度等級等方面的計算，確定混凝土面層厚度為100mm，混凝土強度等級為C30，土釘以梅花形方式進行布置，拉區(qū)鋼筋合力點到板外皮的距離為15mm，荷載分項系數(shù)為1.2。

按照上述方案設計參數(shù)對土釘墻支護抗拔承載力、整體穩(wěn)定性以及抗隆起情況進行驗算分析，經(jīng)計算，土釘墻支護體系的安全系數(shù)在2.0～3.7 之間，支護底部和深度7.5m 位置的抗隆起穩(wěn)定性分別為2.8 和4.6，均大于1.6，滿足實際工程需求。

3.方案設計對比分析

經(jīng)過上述樁錨支護和土釘墻支護設計分析，明確了相應支護方案，并通過對不同支護方案下支護體系的穩(wěn)定性、抗隆起性能等進行計算，確定了兩種設計方案均能夠滿足案例工程中深基坑支護需求?，F(xiàn)對兩種支護設計方案進行對比分析。

第一，支護穩(wěn)定性方面。經(jīng)過上述方案設計，以及穩(wěn)定性驗算分析可知，在整體穩(wěn)定性方面，樁錨支護方案有著更好的安全效果，但是從坑底隆起穩(wěn)定性方面進行分析，土釘墻有著更加明顯的優(yōu)勢。

第二，施工工藝方面。兩種支護方案各有利弊。其中土釘墻支護施工需要進行分層開挖，并在第一工況下，打入土釘、鋪設鋼筋網(wǎng)、噴施混凝土面層等施工環(huán)節(jié)全部完成之后，才可進行后續(xù)施工。在此過程中，需要注意以下幾個方面，首先，應加強對于開挖深度的控制，一旦挖掘深度超過方案設計要求，就會對整個支護系統(tǒng)的穩(wěn)定性產生不良影響；其次，在進行施工過程中，需要及時對基坑以及土釘孔洞進行清理，以此保障土釘打入的準確性，并設置定位架，確保土釘打入的角度和深度都能夠符合設計要求；最后，還需要做好排水工作，避免基坑存水，影響土體穩(wěn)定性。對于樁錨支護方案而言，需要注意以下兩個方面，一方面，樁錨支護對于支護樁打入施工有著較高的要求，應避免樁體傾斜，若出現(xiàn)樁體傾斜的情況，會影響后續(xù)施工，以及支護樁的強度；另一方面，在錨桿施工階段，雖然其施工過程與土釘墻較為相似，但是有著更加嚴苛的要求，必須要確保錨桿的長度、打入的角度都嚴格符合設計要求，同時也需要做好相應排水工作，以免含水量過高，降低土壤粘性。此外，雖然樁錨支護施工難度較大、要求較高，但是該支護系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性都相對更好。

第三，周圍環(huán)境影響。樁錨支護需要進行打樁施工，因此會對土地以及周圍建筑產生一定影響，引發(fā)沉降現(xiàn)象；而土釘墻則無需進行打樁，而且施工工具簡單、操作便捷，因此不會引發(fā)周圍建筑物沉降，而且噪聲較小。

五、結束語

綜上所述，在實際深基坑支護工程當中，必須要做好巖土勘察工作，確保相應勘察結果的準確性以及可靠性，并根據(jù)勘察結果，以及現(xiàn)場實際情況，合理選擇深基坑支護方式，加強支護方案設計，并針對設計方案進行整體穩(wěn)定性計算分析，以此確保方案設計的可靠性和安全性。相信隨著對巖土勘察以及深基坑支護設計的研究和實踐探索，我國基坑支護水平將會得到進一步提升。