巖土工程中深基坑支護設計問題與應對策略

呂辰

(福州電力設計院有限公司，福建 福州 350000)

深基坑作為現(xiàn)階段巖土工程項目中的重要構成部分，相對于一般基坑工程，有著更高的處理難度和要求，設計人員應該予以積極關注，在明確深基坑支護設計特點和要求的基礎上，切實優(yōu)化支護設計方案，提高工程可靠性及經(jīng)濟性。但由于深基坑支護結構的復雜性，設計難度相對較大，在設計過程中也就容易出現(xiàn)一些較為明顯的偏差問題，影響后續(xù)深基坑支護施工效果。因此，針對深基坑支護設計問題進行分析梳理極為必要，只有全面掌握所面臨的問題和干擾因素，才能夠予以調(diào)整和改進，不斷提升巖土工程深基坑支護設計水平。

1 巖土工程深基坑支護設計概述

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，巖土工程中深基坑支護越來越常見，尤其是對于一些高層建筑或者是其它地下市政工程項目，必須采用深基坑才能有效解決問題。在巖土工程深基坑結構應用中，因其深度較大，往往在5m以上，且面臨的地下土層以及地下水環(huán)境較為復雜，因此在設計過程中也就容易出現(xiàn)偏差，尤其是塌方事故的出現(xiàn)，更是需要引起高度重視。基于此，針對深基坑進行有效支護成為重要任務，只有在基坑開挖過程進行有效支護，才能夠較好實現(xiàn)對于不利影響因素的有效防控，在形成理想擋土以及擋水作用的同時，避免深基坑出現(xiàn)塌方等事故的幾率[1]。

為了使深基坑支護結構較為穩(wěn)定可靠，從前期規(guī)劃設計環(huán)節(jié)入手極為必要，只有確保相應支護結構體系符合項目實際狀況，才能夠伴隨著深基坑開挖予以及時準確的支護處理，并發(fā)揮出理想的作用價值，解決支護體系方面的偏差問題。但是因為深基坑結構較為復雜，雖然現(xiàn)階段可供選擇的支護方式越來越多，但是設計工作依然面臨較大難度，無論是支護方式選擇不當，還是支護結構中的各種細節(jié)處理不到位，都有可能影響到深基坑支護結構的應用效果，給后續(xù)施工作業(yè)埋下隱患。因此，設計人員應該在綜合全面分析周邊環(huán)境、水文地質(zhì)條件、基坑深度、工期籌劃及施工工藝等基礎上，確定適宜合理的支護方案，同時關注各個細節(jié)的準確控制，最終形成較為理想的深基坑支護設計方案，指導后續(xù)深基坑支護作業(yè)。

2 巖土工程深基坑支護設計問題分析

2.1 參考資料問題

巖土工程中深基坑支護設計問題首先表現(xiàn)在參考資料方面，因為設計工作所需要的參考資料不夠完善，或者是參考資料的準確度不夠理想，都會影響到深基坑支護設計效果，成為源頭性干擾因素。基于巖土工程中深基坑支護設計所需參考資料的不充分問題進行分析，主要表現(xiàn)為設計人員沒有能夠圍繞著深基坑支護方案進行多角度探討，導致參考資料的搜集過于狹隘，設計人員往往只關注于現(xiàn)場土體勘探結果的搜集和整理，這樣雖然可以輔助設計人員準確了解巖土工程深基坑所處區(qū)域的地質(zhì)狀況，但是卻忽視了基坑在其他方面可能面臨的風險。此外，對于巖土工程深基坑支護所需要參考的勘探資料，因為現(xiàn)場取樣不規(guī)范或者是試驗分析不夠準確，都會影響到相關資料的準確度，隨之給深基坑支護設計工作帶來不利影響[2]。

2.2 力學參數(shù)問題

巖土工程中深基坑支護設計工作的開展難度較大，其中難度最大的一點就是選取合理的物理力學參數(shù)，任何力學參數(shù)出現(xiàn)偏差問題，都會影響到相應深基坑支護結構的穩(wěn)定性，成為不容忽視的干擾因素?；趲r土工程中深基坑支護設計面臨的物理力學參數(shù)選用要求進行分析，往往涉及到了多方面因素，比如土壓力就存在著較高的計算難度，因為深基坑支護結構所需要承擔的土壓力計算不合理，相應深基坑支護結構的應對方案也就必然不夠理想，進而也就極容易出現(xiàn)塌方隱患。具體到深基坑支護結構面臨的土壓力進行計算時，無論是計算方法選擇不當，還是對于現(xiàn)場實際狀況的掌握不準確，都會影響到最終設計效果，導致深基坑支護結構在實際使用過程中的受力狀態(tài)與計算不符。在計算方法選用上，現(xiàn)階段很多項目設計人員依然沿用朗肯公式或者庫倫公式，這些方法的應用必然也就會影響到土壓力的計算準確度。對于直接關系到土壓力的土體含水率、粘聚力以及內(nèi)摩擦角等參數(shù)，設計人員除了要考慮到相關標準的規(guī)定，往往還需要著重關注現(xiàn)場的可變狀況，對巖土力學參數(shù)進行合理取值，否則極容易出現(xiàn)偏差問題。當然，在巖土工程深基坑支護設計中力學參數(shù)的選用時，如果設計人員沒有能夠密切結合基坑的開挖時序及時空效應，同樣也極有可能會影響到深基坑支護設計效果。

2.3 支護形式選擇問題

巖土工程中深基坑支護設計存在的問題還表現(xiàn)在支護形式選擇上，因為深基坑支護形式的選擇不合理，則必然會影響到相應設計方案的可行性及經(jīng)濟性，按照該方案進行后續(xù)深基坑支護處理，同樣也會明顯增加出現(xiàn)深基坑塌方事故或者變形問題的風險。現(xiàn)階段巖土工程深基坑支護處理中可供選擇的支護形式不斷增多，比如鋼板樁支護、地下連續(xù)墻支護、排樁支護、錨桿支護、土釘墻以及重力式水泥土墻支護等，這些支護形式的應用特點各異，適用類型同樣也存在較為明顯的差異，如此也就需要設計人員予以綜合考慮。但是因為深基坑支護項目的復雜性，涉及到的影響因素相對比較多，設計人員也就容易在支護形式選擇中出現(xiàn)較為明顯的偏差問題。比如攪拌樁支護形式雖然可以發(fā)揮出較為理想的擋土以及擋水功能，但是其適用深度卻并不是特別理想，如果基坑深度大于6m，單純借助于攪拌樁支護形式很難發(fā)揮出理想的作用效果，容易出現(xiàn)較為嚴重的不適應現(xiàn)象，很可能在后續(xù)出現(xiàn)深基坑邊坡塌方以及變形風險，又比如排樁支護雖然有較好的剛度能保證基坑側(cè)壁變形得到有效控制，但不適用于地下水位較高的情況，需要配合止水帷幕才能達到良好的支護效果[3]。

2.4 設計變更問題

巖土工程中深基坑支護設計問題還表現(xiàn)在設計變更方面，因為深基坑支護設計工作的復雜性較為突出，在基坑開挖過程中隨時都可能有新的情況發(fā)生，深基坑結構本身也會在后續(xù)出現(xiàn)一些變動，前期預判可能會出現(xiàn)偏差，由此造成相應設計方案的可行性不足，后續(xù)容易出現(xiàn)設計變更問題。如果后續(xù)施工階段沒有適當?shù)幕颖O(jiān)測以及設計人員的積極參與，對設計方案進行及時調(diào)整，必然也就會影響到深基坑支護效果[4]。

3 巖土工程深基坑支護設計問題的應對策略

3.1 搜集審查參考資料

巖土工程中深基坑支護設計時，設計人員首先應該對所有參考資料進行詳細搜集和整理，力求確保其較為全面詳盡，避免在任何方面存在遺漏。當然，設計人員除了從現(xiàn)有的地質(zhì)資料入手進行搜集整理以外，還應該結合自身處理要求，從其它方面獲取所需要的資料信息，比如巖土工程深基坑項目周圍存在的各種建構筑物的結構類型、結構高度、基礎型式、基礎尺寸、基礎埋深及地基處理情況、建成時間及變形損壞情況、使用情況等，以及地下管線的管材、管徑、埋深、新舊程度等，甚至對于區(qū)域地質(zhì)構造帶也要進行一定了解，以便分析這些既有因素是否會對于深基坑支護帶來不利影響，并針對性予以防控處理，使深基坑支護結構設計更為合理，避免因為該方面考慮不到位，影響到基坑支護結構穩(wěn)定性。在此基礎上，設計人員還需要著重圍繞巖土工程現(xiàn)場勘探資料進行詳細審查把關。對于地質(zhì)不均一地區(qū)尤其注意水平方向的差異，遇鉆孔未貫穿地層時選取周邊參照孔應特別小心，地勘采用兩點一線法時對兩個孔之間的區(qū)域應按較差一側(cè)考慮。對于地下潛水應注意周邊水系的調(diào)查，淺層透水層往往與周邊河道聯(lián)通，應注意做好止水設計，廢棄的老管線要引起重視。對于承壓水應注意承壓含水層的范圍、水頭高程的調(diào)查，并對基坑各個部位進行抗突涌穩(wěn)定性驗算，若抗突涌不夠應做懸掛止水結合降水、隔斷、水平封堵等經(jīng)濟技術比選，降水需提前進行專業(yè)降水試驗，以確定可行性。對于參考資料中存在明顯模糊或者是不符合標準的內(nèi)容，設計人員也需要及時聯(lián)系相關專業(yè)人員，對相關內(nèi)容進一步核實，以便促使后續(xù)設計工作可以得到有效參考應用。

3.2 控制力學參數(shù)

巖土工程中深基坑支護設計工作開展時，設計人員還應該將重點放在力學參數(shù)的控制上，避免因為力學參數(shù)的選用不當，影響到后續(xù)設計方案的可行性效果。具體到深基坑支護設計相關物理力學參數(shù)選用中，設計人員首先需要全方位分析明確所有相關力學參數(shù)信息，進而選擇相匹配的計算分析方法，確保相應力學參數(shù)得到合理選用，解決該方面出現(xiàn)的偏差問題。在深基坑支護設計中運用力學參數(shù)時，設計人員應該著重考慮到土壓力的合理設定，從而對于深基坑支護設計工作提供可靠指導。為了切實優(yōu)化土壓力計算效果，設計人員應該注重選擇恰當?shù)挠嬎惴椒ǎe極探索一些新型設計輔助工具的運用，以便促使相關設計工作較為適宜合理，解決計算本身層面存在的偏差問題。此外，土壓力的計算還應該考慮到相關參數(shù)指標的選擇，土工參數(shù)指標受取土設備、試驗方法、勘探人員、試驗季節(jié)等外部因素影響很大，尤其是對于關聯(lián)度較高的土體含水率、粘聚力以及內(nèi)摩擦角等核心指標，設計人員不能簡單的照搬地勘參數(shù)，要注意收集當?shù)亟?jīng)驗參數(shù)、結合地區(qū)經(jīng)驗加以判斷。對于不合理的土工參數(shù)要積極與現(xiàn)場勘探技術人員溝通，避免因為勘探工作中存在的偏差問題，影響到勘探結果的準確度，進而在應用到深基坑支護設計工作時，對于設計效果產(chǎn)生干擾[5]。確保受力狀況可以得到多角度把關，避免因為力學參數(shù)取值不夠準確，影響到最終土壓力的計算效果。比如在土體內(nèi)粘聚力設定時，因為原有土體的內(nèi)粘聚力和深基坑開挖之后形成土體的內(nèi)粘聚力存在明顯差別，設計人員也就需要再綜合考慮到該方面變化的基礎上，促使該參數(shù)的確定較為適宜合理。又比如土體的側(cè)向基床比例系數(shù)m值對圍護結構內(nèi)力和變形影響很大，需注意勘察報告和不同規(guī)范中給出的m值取值范圍對應不同的土壓力計算模式，軟件直接計算的m值也往往偏大。在所有物理力學參數(shù)設定中，設計人員往往還需要考慮到后續(xù)深基坑支護所用結構形式，根據(jù)不同結構形式的要求進行針對性把關，以此更好優(yōu)化力學參數(shù)控制效果。

3.3 優(yōu)選支護形式

巖土工程中深基坑支護設計還應該注重選擇合理的支護形式，以便使支護形式具有良好的安全性和適用性。在選擇支護形式時，應該注重全方位分析相關資料，結合周邊環(huán)境、地質(zhì)情況、基坑深度以及上述力學參數(shù)選用狀況，明確深基坑支護結構所需要具備的功能，進而選擇相匹配的支護形式。當然，設計人員同樣還需要對多種支護形式較為熟悉，在熟練掌握各種支護形式及其應用特點的基礎上，靈活選擇適宜合理的支護形式。因為深基坑結構的特殊性，往往很多項目都難以借助于單一的支護形式予以處理，設計人員也就需要針對多種支護形式進行有效結合，以便促使最終支護結構可以表現(xiàn)出更強的穩(wěn)定性。比如在超過6m的深基坑支護處理中，單純運用攪拌樁支護方式往往很難達到理想效果，設計時可以適當結合一些其它處理方式，比如在水泥材料中合理增加鋼構件，使其形成更為穩(wěn)定牢固的復合擋土結構，同時還可以借助于內(nèi)支撐以及錨桿支護形式，使該深基坑支護結構具備更強應用價值，切實解決支護形式方面的隱患。

3.4 注重動態(tài)設計

巖土工程深基坑支護設計的難度較大，雖然現(xiàn)階段設計水平在不斷提升，但是由于巖土工程自身的特點，在后續(xù)實際施工建設過程中，依然容易出現(xiàn)現(xiàn)場開挖情況與設計不符的現(xiàn)象。因此要加強基坑監(jiān)測工作，在設計方案中提出監(jiān)測內(nèi)容和監(jiān)測要求，對重大風險源明確應急措施預案。針對設計變更問題予以解決時，除了依托設計人員更為專業(yè)的能力，以及輔助運用一些更為先進的設計工具，以求不斷提升設計方案的可行性和合理性，運用動態(tài)設計同樣也是不容忽視的手段，可以將設計變更帶來的危害性降到最低。在巖土工程深基坑支護動態(tài)設計工作開展中，設計人員應該轉(zhuǎn)變原有僅僅在施工前完成設計方案的固定工作模式，盡量將設計工作貫穿整個巖土工程深基坑支護項目，尤其是在后續(xù)深基坑開挖以及支護施工過程中，設計人員同樣也需要積極參與，及時掌握出現(xiàn)的設計變更需求，采取動態(tài)設計，及時協(xié)同其它技術人員，共同實現(xiàn)對于設計方案的糾正和調(diào)整，不斷提升設計方案的可行性和合理性，解決原有設計方案中存在的不合理因素。

4 結語

綜上所述，巖土工程中深基坑支護設計工作的重要性較為突出，設計難度同樣也比較大，容易出現(xiàn)一些較為明顯的偏差問題。為了切實優(yōu)化巖土工程中深基坑支護設計效果，設計人員應該首先注重全面搜集審查參考資料，以便形成理想的設計條件，對于設計中的所有力學參數(shù)予以準確選用控制，同時恰當選擇支護形式，促使設計方案較為合理可行。