礦山工程深基坑支護(hù)設(shè)計及施工探討

王 茜

近年來，我國礦山基礎(chǔ)工程施工項(xiàng)目逐步增多，而在工業(yè)化進(jìn)程不斷推進(jìn)的大環(huán)境下，對礦山工程施工的質(zhì)量要求越來越高，基坑的深度逐年增大，對深基坑支護(hù)提出了更高的要求?；又ёo(hù)主要是為保護(hù)地下主體結(jié)構(gòu)施工和基坑周邊環(huán)境的安全，對基坑采用的臨時性支擋、加固、保護(hù)與地下水控制的措施?；又ёo(hù)能夠保證基坑四周的土體的穩(wěn)定性，同時滿足地下室施工有足夠空間的要求，這是土方開挖和地下室施工的必要條件；坑壁土體的變形，包括地面和地下土體的垂直和水平位移要控制在允許范圍內(nèi)。通過截水、降水、排水等措施，保證礦山基坑工程施工作業(yè)面在地下水位以上。我國不同區(qū)域工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件差異明顯，適用的深基坑支護(hù)技術(shù)也不相同，在具體施工中需要結(jié)合工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，以及礦山工程的特點(diǎn)和使用用途，采取有針對性的支護(hù)技術(shù)和方案，才能提升支護(hù)效果，保證深基坑的穩(wěn)定性，并降低對周圍既有基礎(chǔ)設(shè)施造成的不良影響。基于此，開展礦山工程深基坑支護(hù)設(shè)計及施工的探討分析就顯得尤為必要。

1 工程概述

某礦山工程，總面積為2.64 萬m2，整體結(jié)構(gòu)為框架混凝土結(jié)構(gòu)，基坑面積為1.85 萬m2，基坑深度最深處為18.6m，最淺處也有15.4m。自然地面高程在4.6m ～4.8m 之間，地質(zhì)條件比較復(fù)雜，通過鉆探勘查結(jié)果表明，本工程在土方開挖的范圍內(nèi)，地質(zhì)結(jié)構(gòu)從上到下依次為：雜填土、淤泥質(zhì)土、淤泥、砂礫、粉質(zhì)粘土、粘土等。施工區(qū)域內(nèi)地下水位的高低季節(jié)性明顯，潛水每年的11月份，到第二年的3月份地下水位比較高，其余月份比較低，年變化幅度為2m 左右。

2 礦山工程深基坑支護(hù)的特點(diǎn)分析

深基坑和常規(guī)基坑相比，具有很強(qiáng)的綜合性，設(shè)計和施工也比較復(fù)雜，具有的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

第一，深度在不斷增加。在工業(yè)化進(jìn)程不斷推進(jìn)的背景下，城市現(xiàn)有土地資源越來越少，為提升有限資源的最大利用率，礦山工程的高度越來越高，高度的增加必然會引起基坑深度的增加，這是客觀存在的。

第二，區(qū)域性比較強(qiáng)。我國不同地區(qū)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件差異明顯，在礦山工程深基坑支護(hù)中即便是相同的區(qū)域，不同的土層的巖土工程性質(zhì)也不相同。在進(jìn)行深基坑支護(hù)和開挖的過程中，必須結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際條件采取有針對性的技術(shù)，才能保證各項(xiàng)工作有序開展。

第三，周邊環(huán)境影響大，有一少部分礦山基礎(chǔ)工程施工項(xiàng)目位于城市內(nèi)，人流車流密集的區(qū)域，因此，影響深基坑支護(hù)設(shè)計和施工的因素比較多，在選擇設(shè)計方案和施工技術(shù)的時候，需要綜合考慮對周圍既有基礎(chǔ)設(shè)施和地下管線造成的不良影響。

第四，風(fēng)險性和隨機(jī)性。深基坑支護(hù)多為臨時性工程，一些施工單位降低成本，對深基坑支護(hù)不夠重視，大大增加了深基坑施工發(fā)生安全風(fēng)險的概率。而且深基坑施工時間比較長，存在很多不確定因素，增強(qiáng)了深基坑支護(hù)施工的隨機(jī)性。

3 礦山工程深基坑支護(hù)設(shè)計要點(diǎn)

3.1 設(shè)計原則

就案例工程而言，深基坑規(guī)模比較大，為保證深基坑支護(hù)質(zhì)量和效果，在具體設(shè)計中必須嚴(yán)格遵循“技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠”的原則，以保證深基坑支護(hù)在地下結(jié)構(gòu)施工中的穩(wěn)定性，避免發(fā)生安全問題。而且在設(shè)計中還要綜合考慮工程特點(diǎn)和水文地質(zhì)條件，進(jìn)行因地制宜和科學(xué)合理的設(shè)計。礦山工程深基坑深度最深處達(dá)到18.6m，屬于大規(guī)模深基坑工程，而且周圍有很多既有基礎(chǔ)設(shè)施，管線布設(shè)復(fù)雜，深基坑支護(hù)設(shè)計的安全性至關(guān)重要，因此，在本工程深基坑支護(hù)設(shè)計安全等級必須達(dá)到一級，重要性系數(shù)取值為1.1。

3.2 深基坑支護(hù)方案設(shè)計

選擇深基坑支護(hù)方案，是深基坑支護(hù)設(shè)計在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，深基坑支護(hù)施工技術(shù)愈發(fā)多樣化，在每種支護(hù)技術(shù)都有其獨(dú)特的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍的情況下，綜合考慮多方面因素才能選擇出最佳的支護(hù)方案，主要包括以下幾個方面：

第一，造價。在深基坑支護(hù)設(shè)計中需要考慮經(jīng)濟(jì)效益，在保證支護(hù)效果和質(zhì)量的基礎(chǔ)上，最大限度降低人力、材料、機(jī)械設(shè)備的投入成本，合理安排深基坑開挖、土方運(yùn)輸、堆放、回填等，以便最大限度降低深基坑支護(hù)的成本。

第二，環(huán)境因素。在深基坑支護(hù)設(shè)計中，需要切實(shí)做好安全生產(chǎn)、文明施工，在后期施工中要能夠最大限度的降低對周圍環(huán)境造成的影響。

第三，工期。深基坑支護(hù)形式不同，施工工期也不相同。案例工程規(guī)模大、時間緊、任務(wù)重，要求深基坑支護(hù)工期越短越好。

第四，不可預(yù)見性因素。在深基坑支護(hù)方案設(shè)計中還要綜合考慮降雨、降雪等因素對施工造成的不良影響。

綜合上述因素，結(jié)合本工程的場地條件，考慮到施工工期比較緊，為縮短工期，降低造價，減少回填量，且基坑挖深15m ～18m，地質(zhì)條件較差綜合分析，決定采用支護(hù)樁+預(yù)應(yīng)力錨桿的支護(hù)方案，本方案具有的優(yōu)勢包括：對周圍臨近基礎(chǔ)設(shè)施的影響比較小，結(jié)構(gòu)輕輕，柔性大，同時具有良好的抗震性和延性，而且施工方便，安全，操作靈活，可結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際需求，及時調(diào)整設(shè)計方案。在整個施工中無需獨(dú)立的使用場地，穩(wěn)定可靠，支護(hù)之后邊坡的位移比較小，水平位移通常為深基坑深度的0.1%～0.2%，最大不超過0.3%，工期短，效率高，成本低，很好地契合礦山工程施工對深基坑支護(hù)的要求。

4 礦山工程深基坑支護(hù)施工要點(diǎn)

4.1 做好施工前的準(zhǔn)備工作

礦山工程的深基坑支護(hù)采用支護(hù)樁+預(yù)應(yīng)力錨桿的支護(hù)方式，首先需要做好施工前的準(zhǔn)備工作，充分了解和掌握地下障礙物和管線分布情況。做好測量放線工作，布設(shè)好變形監(jiān)測點(diǎn)，組織施工單位進(jìn)行技術(shù)交底、安全交底。同時按照設(shè)計方案的要求，做好材料、設(shè)備、人員、工藝的準(zhǔn)備工作，以保證后期的施工能夠高效、有序的開展。

4.2 支護(hù)樁施工

（1）設(shè)備安裝。首先是挖護(hù)筒，護(hù)筒的中心軸線對準(zhǔn)裝維的中心，并在護(hù)筒做好標(biāo)記，控制樁位。之后鉆機(jī)要按照指定的位置布置好，將桅桿和鉆桿的角度根據(jù)施工計劃進(jìn)行調(diào)整，將鉆機(jī)安裝好并調(diào)平處理，不要明顯嚴(yán)重的傾斜及移位。

（2）成孔。打入第一個支護(hù)樁時，要緩速勻速進(jìn)行，結(jié)合地層的地質(zhì)情況，避免對周圍基礎(chǔ)設(shè)施造成影響，控制鉆進(jìn)的參數(shù)，不能鉆速過快。成孔過程中采用泥漿護(hù)壁，鉆進(jìn)時要確保泥漿面不能比導(dǎo)墻頂部低，需超過40cm。打入到足夠深度后提鉆，提鉆過程中也要向孔中注入泥漿，確保泥漿高度不會有明顯的變化。在鉆進(jìn)期間還要定期檢查相關(guān)尺寸，如果和施工設(shè)計不符，需要及時調(diào)整。

（3）清孔。當(dāng)鉆到設(shè)計的深度后，提出鉆頭，對鉆孔進(jìn)行清理，采用磨盤撈渣鉆頭清理，確保孔底厚度的沉渣不超過15cm。

（4）鋼筋籠制作及安裝。結(jié)合施工設(shè)計，根據(jù)預(yù)先設(shè)計的鋼筋籠進(jìn)行制作，制作完成后經(jīng)過驗(yàn)收合格到現(xiàn)場進(jìn)行焊接。鋼筋籠堆放于不會影響到基坑支護(hù)的地方，焊接是需要把加勁箍以及螺旋箍和鋼筋牢牢焊接，分段制作并完成焊接。在鋼筋籠的安裝施工中，利用吊車?yán)υ喂?，平穩(wěn)吊起，防止鋼筋籠在吊裝過程中變形，對于體型大的這類鋼筋籠?？赏瑫r運(yùn)用調(diào)車主副鉤將鋼筋籠一并吊起。將鋼筋籠吊到設(shè)計位置，下放至標(biāo)高，并設(shè)置墊塊加以保護(hù)。

（5）混凝土灌注。完成以上操作后就可以開展混凝土的灌注施工，本工程利用自由塞隔水，也就是充氣球膽，其直徑的大小選擇沒有固定，只要能夠保證導(dǎo)管的自由進(jìn)出就好。導(dǎo)管的下入深度和孔深等參數(shù)必須要嚴(yán)格測量，導(dǎo)管的地步和孔底的距離要控制在大約0.3m ～0.5m 的范圍，且導(dǎo)管要居中位置。

進(jìn)行混凝土灌注施工時，首灌的埋管深度要至少為1m，首灌完成之后，混凝土可以開始持續(xù)灌注，經(jīng)由漏洞向?qū)Ч茏⑷?，但是注意不能一次性注滿，防止有氣囊生成。注入完成之后將導(dǎo)管拔出，需要先確定灌注深度以及導(dǎo)管埋深，再將導(dǎo)管拔出。為了能夠保證樁頂?shù)馁|(zhì)量達(dá)標(biāo)，需要在樁頂?shù)脑O(shè)計標(biāo)高的基礎(chǔ)上額外增加0.8m ～1m 的高度，因?yàn)樵诠嘧⒔Y(jié)束后，將導(dǎo)管拔出，同時灌注壓力也減少，這可能會使灌注樁造成一定程度下沉，所以本工程在灌注時在設(shè)計高度基礎(chǔ)上額外增加了一部分的灌注高度。此外，在拔出導(dǎo)管時，拔出的速度不能過快，避免孔上部的泥漿滲入到灌注樁中。灌注完成后，形成混凝土灌注支護(hù)樁，進(jìn)行質(zhì)量檢測工作。質(zhì)量檢測需要在每個工序完成后都要進(jìn)行，在全部工序完成后也要進(jìn)行一次整體的質(zhì)檢工作。質(zhì)量檢測包括成孔、清孔的質(zhì)量、鋼筋籠的質(zhì)量、混凝土灌注樁的質(zhì)量等方面，嚴(yán)格按照施工設(shè)計，以及業(yè)內(nèi)技術(shù)規(guī)范作為參照標(biāo)準(zhǔn)。樁身的質(zhì)量要通過低應(yīng)變動測技術(shù)來檢測完整性，確保灌注支護(hù)樁內(nèi)部沒有離析、夾層或是縮頸等問題。抽檢工程總樁數(shù)中的10%，本工程的支護(hù)樁施工經(jīng)過質(zhì)量檢測均滿足設(shè)計要求和相關(guān)規(guī)范。

4.3 預(yù)應(yīng)力錨桿施工

4.3.1 造孔

通過錨桿機(jī)鉆按照設(shè)計的位置進(jìn)行鉆孔，鉆孔工藝為濕法成孔。在鉆施工之前，要根據(jù)工程設(shè)計確定好鉆孔的所在位置，并進(jìn)行標(biāo)記，孔的位置不能有過大偏差，錨桿傾角為15°，角度誤差不能超過±3°。錨孔的成孔深度要比設(shè)計深度預(yù)留出一定長度，大約是0.5m，如果造孔過程中發(fā)現(xiàn)存在較大的水量，那么就需要先暫停施工，避免滲水塌孔，需要設(shè)置倒水孔，并做好清理，才能將錨桿插入。

4.3.2 錨桿的制作和組裝

按照工程設(shè)計選擇對應(yīng)的鋼絞線尺寸規(guī)格，在錨桿和鋼絞線到現(xiàn)場后先要進(jìn)行去污除銹處理，再進(jìn)行組裝。不同鋼絞線如果有接頭，那么接頭部分需要錯開，并通過擠壓式套管處理接頭使其連接穩(wěn)定。錨桿和錨固體的連接部位通過鉛絲進(jìn)行捆扎，鋼絞線結(jié)合應(yīng)用的千斤頂重量確定需要預(yù)留的張拉長度。在錨桿前段還要設(shè)置一個導(dǎo)向裝置。

4.3.3 錨桿的安插

將錨桿小心謹(jǐn)慎地插入到錨孔之中，這期間要避免不要出現(xiàn)錨桿彎曲、扭曲的情況。在插入錨桿的同時，通過底部注漿的辦法，使錨桿固定，注漿管要和錨桿以同插入到錨孔之中，注漿管的頭部要和孔底有大約5cm ～10cm 的距離，當(dāng)錨桿安插固定好之后，再通過鎖緊裝置固定錨桿頭。

4.3.4 錨桿注漿

錨桿注漿采用純水泥漿，結(jié)合試驗(yàn)設(shè)計水灰配比，本工程的水灰比為0.4 ～0.5，并添加一些早強(qiáng)劑，從而使錨桿和漿液的固結(jié)體能夠盡快提升強(qiáng)度，保證在20d 的強(qiáng)度可達(dá)20MPa以上。此外，注漿的方法是二次注漿法，在首次注漿時按照0.5MPa ～0.7MPa 的注漿壓力進(jìn)行注漿，把導(dǎo)管插入到孔底，之后將漿液注入，邊注漿邊勻速、緩速地將導(dǎo)管拔出，在這一過程中導(dǎo)管出漿口要始終位于錨孔的漿體以下。第二次注漿采用高壓注漿，當(dāng)首次注漿的24 后，進(jìn)行二次注漿，利用φ20 的注漿管隨著錨桿異同進(jìn)入到錨孔底部，二次注漿的壓力控制為2.5MPa ～5MPa 的范圍。注漿結(jié)束，或是需要中途暫停較長的時間，那么務(wù)必要對注漿泵及注漿管進(jìn)行清洗，避免堵塞。

4.3.5 錨桿的預(yù)應(yīng)力張拉和鎖定

這是預(yù)應(yīng)力錨桿的關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)，等到錨桿和注漿所形成的錨固體充分融合，錨固體強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的七層時，就可以進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉。大約每15 米的距離設(shè)置一個錨桿，按照隔二拉一的原則張拉預(yù)應(yīng)力鋼絞線并進(jìn)行鎖定。在張拉前，先要將鋼絞線完全伸直，之后按照0.7 倍/s 的當(dāng)前應(yīng)力逐漸增加，直到達(dá)到設(shè)計值，但是要預(yù)留一部分富余量，因?yàn)樗砷_鋼絞線時可能會有一部分回縮，因此建議拉倒設(shè)計值的1.1 倍～1.2 倍左右，保持5min ～10min，之后將其鎖定，并檢查預(yù)應(yīng)力是否達(dá)標(biāo)，如果沒有達(dá)到設(shè)計值需要再進(jìn)行張拉。

4.4 排水系統(tǒng)

為提升支護(hù)效果，整個支護(hù)過程需要在排除地下水的情況下進(jìn)行，否則會增大支護(hù)的難度，而且不利于保證施工質(zhì)量。案例工程在深基坑支護(hù)施工中，為營造一個無水環(huán)境，采取了地表排水、支護(hù)內(nèi)部排水、基坑排水相互結(jié)合的方法。施工面復(fù)核工程坐標(biāo)、水準(zhǔn)基點(diǎn)、場地標(biāo)高，并報驗(yàn)?；娱_挖的原則應(yīng)側(cè)壁土方四周先開挖再退中間的土方，基坑側(cè)壁土方必須分層分段均衡開挖，嚴(yán)格做到開挖一層支護(hù)一層，上層末支護(hù)完，不得開挖下一層。每層開挖深度為土釘以下0.5m，支護(hù)系統(tǒng)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的80%后方可開挖下一層，開挖坡度必須符合設(shè)計要求，同時不得在大雨天開挖，施工每層開挖深度不超過1.5m，每段開挖長度不大于15m，素填土層開挖長度不大于15m，淤泥每層開挖深度不超過1.3m，每段開挖長度不大于6m，且應(yīng)間隔開挖，開挖后應(yīng)及時對壁面進(jìn)行修整。土方開挖過程中應(yīng)做好坑內(nèi)滯水及大氣降水的疏導(dǎo)工作，確?？觾?nèi)不積水；土方開挖順序與速度應(yīng)根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時調(diào)整。防止土地處于飽和狀態(tài)并減輕作用于面層上的靜水壓力。在深基坑頂部四周需要采取明溝排水的方法，以免雨水滲流到深基坑內(nèi)部，影響支護(hù)效果。在深基坑內(nèi)部需要布設(shè)排水溝和集水井，并和深基坑邊壁之間需要預(yù)留出一定的距離，集水井中的積水需要潛水泵及時排出，從為深基坑土釘支護(hù)營造一個無水的環(huán)境，更好的保證支護(hù)效果。

5 礦山工程深基坑支護(hù)施工中特殊情況的處理

礦山工程深基坑支護(hù)施工難度比較大，影響施工質(zhì)量的因素比較多，為保證施工質(zhì)量，控制安全問題，在礦山工程深基坑支護(hù)施工中難免會遇到一些特殊情況，控制不當(dāng)會引起嚴(yán)重的質(zhì)量問題和安全性問題，需要進(jìn)行有針對性的處理。常見的特殊性情況有滑坡、局部坍塌、地標(biāo)裂縫，相應(yīng)的處理措施如下。

5.1 滑坡的處理措施

在礦山工程深基坑支護(hù)施工中一旦遇到滑坡問題，需要立即停止施工，如果情況嚴(yán)重，要及時組織施工人員撤離到安全地帶。現(xiàn)場管理人員要采取有效的處理措施，來降低滑坡造成的危害和損害，比如：可用挖掘機(jī)在坡腳位置快速回填。并按照滑動跡象，設(shè)置合適的觀測點(diǎn)，按照滑坡體平面位移和沉降變化情況，作好記錄，為滑坡處理提供有效的數(shù)據(jù)參考。

5.2 局部坍塌

局部坍塌也是礦山工程深基坑支護(hù)施工常見的安全問題，在深基坑支護(hù)中如果遇到砂土層，沒有及時支護(hù)，致使砂土長時間暴露在空氣中，砂土中水份散失后，在自重或者是外力的作用下就會發(fā)生坍塌問題。為解決這一問題，需要盡量縮短清坡和支護(hù)的時間，將開挖分段長度控制在3m ～5m 之內(nèi)，并調(diào)整施工工序，清坡后立交進(jìn)行土釘支護(hù)，掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片和噴射混凝土。

5.3 地標(biāo)裂縫

在正常情況下，地標(biāo)發(fā)生輕微裂縫，以及靠近基坑的基礎(chǔ)設(shè)施出現(xiàn)微小開裂可看做是正?，F(xiàn)象無需處理。但如果裂縫過大，或者微小裂縫有繼續(xù)發(fā)展的趨勢，就需要停止施工，修改支護(hù)參數(shù)，及時加固處理，以保證礦山工程深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

6 結(jié)語

綜上所述，結(jié)合工程實(shí)例，探討了礦山工程深基坑支護(hù)設(shè)計及施工，探討結(jié)果表明，深基坑設(shè)計和施工是礦山工程施工的關(guān)鍵內(nèi)容，對整個礦山工程的總體質(zhì)量及穩(wěn)定性有很大影響。為保證礦山工程深基坑支護(hù)質(zhì)量。需要結(jié)合工程特點(diǎn)，掌握深基坑水文地質(zhì)條件，綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、使用速度、環(huán)境保護(hù)等都多方面內(nèi)容，設(shè)計出最適宜的深基坑支護(hù)方案，并對施工過程進(jìn)行嚴(yán)格控制，才能提升深基坑的質(zhì)量，更好的保證礦山工程的施工質(zhì)量。