岩土工程中深基坑支护设计方法

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［摘要］岩土工程深基坑施工环境复杂，规范化地开展深基坑支护设计，能为后期深基坑支护施工及其他项目建设奠定良好基础。在阐述岩土工程水理特性及深基坑支护特征的基础上，就岩土工程深基坑支护设计的关键问题和设计要点展开分析，并指出提升岩体工程深基坑支护设计质量的方法，期望能进一步提升深基坑支护设计质量，促进岩土工程的持续、稳定发展。

［关键词］岩土工程；深基坑；支护

岩土工程深基坑施工环境较为复杂，在项目施工中，基坑渗水、岩土崩塌等都可能对项目施工造成影响，这不仅影响了项目建设质量，而且容易造成工期延误和施工人员人身伤害等问题。基于此，有必要在深基坑施工初期阶段开展基坑支护工作。规范化开展深基坑支护设计，从源头上保证深基坑支护施工质量，推动岩土工程项目建设工作的顺利实施。

1岩土工程水理特性及深基坑支护特征

1.1水理特性

在岩土工程深基坑支护中，科学合理地进行水理特性分析，能最大限度地发挥深基坑支护体系职能，提升基坑支护效果。结合岩土工程建设实际可知，除崩解性外，岩土工程本身还具有膨胀性的特征。（1）岩土工程崩解性代表了岩土的湿化能力，即岩土中渗透进静水后，静水会破坏岩土土粒之间的连接结构，此时岩土会出现崩散和解体现象，这不仅降低了岩土结构的强度，而且影响了岩土的稳定性。工程实践表明，岩土工程自身崩解性直接影响深基坑施工，当崩解性越高时，深基坑施工所受到的影响就会更加明显。（2）地下水会对岩土的体积结构产生作用，即岩土中渗入地下水时，自身的体积会有所膨胀，但是随着水分的流失，早期发生膨胀的岩土又会逐渐恢复原来的体积，在岩土工程中，这一特性被称为岩土的膨胀特性。膨胀特性对于岩土结构稳定性、安全性具有较大影响，深基坑项目建设中，岩土膨胀特性会引起基坑裂缝、突起、坍塌等。值得注意的是，岩土工程本身还具有溶水、持水、透水的特性，这些特性均会对深基坑项目的建设造成影响。

1.2深基坑支护特征

深坑支护本质上属于临时工程范畴，但其在项目建设中起到关键作用，能为深基坑建设及岩土工程后期施工创设良好、安全的环境。岩土工程项目建设中，深基坑支护具有区域性、综合性、不确定性和多事故性的特征。（1）工程项目建设地点不同时，岩土的物理特性、力学特性也存在较大差异，这使得岩土深基坑支护因地区不同而存在较大差异。基于此，在岩土工程深基坑支护初期阶段，需系统开展勘察工作，掌握岩土地质构造、水质情况等因素。（2）岩土工程深基坑支护受诸多因素影响，工程建设人员不仅要考虑深基坑支护技术应用情况，而且需分析支护技术与工程环境、工程建设安全性等因素的关联性，这使得项目建设出现了系统性、综合性的特征。此外，岩土内部结构及性质存在较大差异，这种差异导致工程项目建设存在较大的不确定性，增加了项目施工的危险性，故在深基坑设计施工阶段，还需考虑工程多事故性的特征，科学合理地开展项目设计，为后期安全施工奠定良好基础。

2深基坑支护设计关键问题

2.1设计计算

岩土工程深基坑设计具有较强的专业性、综合性和复杂性，为从源头上提升项目设计质量，需系统考虑项目设计计算工作。（1）在岩土深基坑支护设计中，需系统考虑土体支撑力与土层受力情况，明确支撑体系与土层之间的关系。如在土层压力计算中，应基于多因素分析法进行各要素影响效果的计算，消除单纯分析主动、被动、静止条件等极限状态所带来的片面性。（2）深基坑支护结构受诸多因素影响，在完成基坑支护后，随着时间的推移及后期项目施工，土层含水率会因外界环境的影响而变化，这在一定程度上会对土体的力学性质发生变化，而这种变化会间接作用于支护体系。因此，在深基坑支护设计中，还需考虑岩土工程的渐变因素，提升支护体系设计质量，满足工程项目建设要求。

2.2空间效应

深基坑支护设计中，若仅考虑水平支撑力，忽视对基坑空间效益的分析，会使整个支撑体系出现缺陷，降低深基坑支护的可靠性。可见，深层次分析深基坑支护的空间效应是岩土工程项目建设的内在要求。工程实践表明：在多种因素作用下，岩土工程深基坑在空间层面会发生位移，这种位移变化会使项目支撑体系失稳，降低基坑支护的稳定性和安全性。因此，在基坑支护体系设计中，有必要将基坑的空间效应纳入考虑范围，分析空间位移对项目支护体系造成的间接影响，以此来提升项目支护设计的综合效益。

2.3土体取样及参数选择

在岩土工程深基坑支护设计之初，规范化地开展项目测量，选取有代表性的土样进行土体力学特征分析，能为后期设计工作开展奠定良好基础，从源头上保证基坑支护设计的科学性、合理性。深基坑土体取样过程中，要求具有丰富经验的工作人员按照相关规范进行取样，在考虑深基坑土体结构复杂性的基础上实施多点取样，确保所选择的土壤样品具有代表性。另外，在完成土体取样后，还应结合样品检测的实际情况选择力学参数，并通过该参数开展工程支护体系设计，确保设计的支护体系具有较强承载能力，能实现项目施工过程的有效支撑和保护。

3深基坑支护技术设计

3.1土层锚杆支护

土层锚杆支护技术是岩土工程深基坑支护中的常用方式，该支撑体系下，锚杆的一侧衔接支护结构，另一侧插入结构稳定的岩土中。从支护体系设计效果来看，锚杆支护技术在连接禁锢锚杆、土层灌浆的基础上，将深基坑岩土结构连接成一个整体，有效地提升了设备基坑支护设计的质量，为后期项目施工奠定了良好基础。要进一步深化土层锚杆支护技术应用水平，在初期设计阶段必须考虑以下因素。（1）土层锚杆支护设计受岩土工程建设区域环境的影响，为准确掌握岩土工程建设区域的地质、水文环境，要求开展施工区域的系统勘察，并在具体勘察中考虑岩土工程的建设结构、工程特征，然后规范化地进行工程建设区域的土样提取、参数选择和数据计算。（2）将锚杆材料规格、性能等参数纳入考虑范围，尤其是要做好钢管、钢丝等材料性能的分析，确保杆体材料能满足项目基坑支护体系建设及应用需要。（3）在土层锚杆支护细节设计层面，应从施工准备、成孔、拉杆安装、灌注、张拉锚固等环节开展锚杆支撑体系设计，并且在设计中需做好锚杆关键参数的计算分析，为后期项目施工提供有效指导（表1）。

3.2土钉支护技术

岩土工程土层结构不同，在深基坑支护体系设计中必须结合土层特征，差异化地选择支护技术。譬如在地下水位较低的粘土、砂土、粉土地基中，可选择土钉支护技术进行项目基坑支护设计。就土洞支护技术而言，其不仅包括密集的土钉群，而且涉及混凝土面层和防水系统。相比于其他支护体系，土钉支护技术具有技术优越、造价低廉、施工便捷的特征。土钉支护技术要点设计包括2个方面。（1）应注重土钉支护技术应用形态的设计，先锚后喷、先喷后锚是该技术应有的2种基本形态，应结合基坑挖土特性的设计情况选择支护方式。（2）机械成孔是土钉支护施工的常用技术，在此项技术设计中，应从钻孔、注浆、安装钢筋网、喷射混凝土面等环节开展设计，通常在喷射混凝土设计中，应尽可能地使用C20混凝土，并确保喷射混凝土厚度维持在80~100mm。结合工程实际可知，深基坑土钉墙施工中，钻孔机抽出环节容易出现坍孔，应采用套管成孔和挤压成孔方式进行处理，确保土钉支护技术适应工程建设需要。另外，混凝土喷射是土钉支护技术设计的关键内容，在混凝土喷射技术参数设计中，要求采用空压机作业时，设计空压机的风量保持在9m3/min，且压力需大于0.5MPa；土钉墙孔位偏差设计中，要求孔位偏差保持在150mm以内，钻孔倾角保持在3°以内。

3.3深层搅拌桩技术

就深层搅拌桩而言，其采用水泥充当固化剂，然后在深层搅拌机械的作用下，将软土或砂等与固化剂强制拌和，这样原先的软土地基将得到硬化，这对于岩土工程项目建设具有积极作用。在岩土工程深基坑支护设计中，除淤泥、砂土地质外，淤泥质土、泥炭土和粉土均可使用深层搅拌桩技术进行支护。基于该技术开展岩土工程深基坑支护设计时，应注意以下几点。（1）应系统考虑桩机定位、对中、调平设计，要求移动搅拌桩机到达指定桩位后，采用水准仪设备进行对正调平，设计搅拌桩机定位偏差保持在5cm以内，桩架的垂直度偏差不大于1%，导向架垂直度小于1.0%桩长。（2）浆液配比设计是深层搅拌桩技术设计的重要内容，其直接关系着搅拌桩成桩的质量，一般选择C42.5水泥作为固化剂，同时要求浆液水灰比控制在0.45~0.50。此外，应结合土质环境，一般设计深层搅拌桩水泥用量不少于50kg/m。在搅拌沉桩作业设计中，要求按照场地平整、桩基就位、搅拌下沉、拌制水泥浆、注浆搅拌提升、重复搅拌下沉、重复提升、关闭搅拌机、搅拌机移至下一桩位的流程进行作业。在具体作业参数设计中，设计搅拌沉桩机钻杆提升速度保持在0.5~0.8m/min，注浆泵出口压力控制在0.4~0.6MPa，实现浆液和土体充分拌和。随后规范开展桩体搭接及质量检查设计，要求桩体搭接时间超过24h时，应增加第2根桩体的注浆量，确保第2根桩体注浆量超出第1根20%。在桩体质量建设设计中，要求重视检查样本抽取方法设计，同时做好夹心层及断浆等问题检测方法的设计，这样能为后期施工提供有效指导，实现岩土基坑的有效围护。

3.4地下连续墙支护技术

当岩土工程深基坑施工存在较大渗水时，可采用地下连续墙支护技术进行处理。施工实践中，基坑深度低于地下水位、岩土工程施工地点存在砂土层等问题时，均可采用该方法进行处理。从施工过程来看，地下连续墙施工的振动性较小，且墙体刚度较大，此外，其能有效提升土石项目的防渗效果，施工效果较好。在实际施工中，针对地下连续墙支护技术的应用，还应注重以下要点。（1）地下连续墙多采用混凝土浇筑施工方式，施工体量较大，可采用分层连续浇筑或推移式连续浇筑的方式进行施工。（2）在实际浇筑中，应严格遵守边浇筑、边振捣的工艺要求，要求振捣器垂直插入的深度不小于500mm，在振捣顺序管理中，按照自后向前的顺序进行施工。此外，完成地下连续墙施工后，为确保良好的施工效果，还应加强连续墙的养护管理，在养护中，严格控制墙体表面温度、湿度，确保地下连续墙整体完整性。地下连续墙养护时间应控制在14d左右，这样能有效提升防护墙的整体强度，保证岩土工程深基坑防护效果。

4提升岩土工程中的深基坑支护设计质量的方法

现阶段，岩土工程建设环境越发复杂，工程项目深基坑建设施工的难度不断增大。出于提升项目施工质量考虑，在项目建设初期阶段，需系统开展深基坑支护设计。为进一步提升岩土工程深基坑设计质量，在项目具体设计中，需重视以下几点。（1）应做好工程项目设计部门与勘察部门、施工部门的沟通。岩土工程深基坑支护设计并非一个完全独立的作业过程，其需项目勘察数据作为支撑，同时设计结果对于后期施工质量具有深刻影响，故在开始设计时，就必须深化设计部门、勘察部门与施工部门的联系，科学合理开展项目设计，消除设计误差，为后期施工创造良好环境。（2）将深基坑支护方案应用于岩土工程深基坑作业，需大量材料设备作为支撑，故项目初期设计阶段须考虑施工材料应用因素，做好材料规格、类型选择，并对材料的数量、质量和性能进行控制，以此来实现项目设计与项目材料应用的统一。此外，岩土工程设计专业性较强，在具体设计中需考虑较多的信息数据，大幅增加了项目设计的难度，对此应深化信息技术在项目设计中的应用，提升项目设计的效率和质量。

5结束语

规范化地开展深基坑支护设计，能从源头上实现深基坑支护施工质量控制，为岩土工程项目建设奠定良好基础。只有充分认识到岩土工程水理特性和深基坑支护特征，深层次分析岩土工程深基坑支护设计的关键问题，并加强深基坑支护技术设计和设计过程方法把控，才能有效地提升深基坑支护设计水平，促进深基坑及岩土工程建设工作的有序开展。

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作者:张中龙 单位:中冶沈勘工程技术有限公司