浅谈岩土工程中软质岩石基坑支护设计及应用

摘要：本文通过工程实例的研究，探讨了软质岩石基坑工程的勘察要点，阐述基坑支护方案的比选论证思路和设计应用，并对基坑支护设计存在的问题进行了分析。

关键词：基坑；岩土工程；设计；

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

前 言

基坑支护计算深度的确定本是简单的问题，但事实并非如此，由于基础存在大大小小承台，或由于建筑地下室功能的需要，基坑坑底深度并不相同，可能出现不少坑中坑。由于对坑中坑重视不够，轻则位移偏大对周边造成影响，重则造成基坑失稳。不少基坑在开挖大承台时出现事故，纠其原因，除存在施工质量问题外，更因为是没有考虑开挖坑中坑对支护的影响造成的。因此对这一问题应该引起重视。对于坑中坑设计，难就难在基坑计算深度的取值上，若计算深度取底板底，计算模型未考虑坑中坑，支护设计偏于不安全，坑中坑越靠近基坑边，范围越大越不安全，特别在软土地基中越容易出现工程事故。若设计计算深度取坑中坑的最大深度，则设计过于保守，将造成不必要的浪费。如何适度考虑坑中坑的影响，即如何确定基坑计算深度对合理设计支护结构节省造价非常重要。由于基坑支护结构一般为临时性结构物，支护造价的节省往往是开发商首要考虑的问题。在市场竞争日益激烈的今天，作为技术人员不仅要考虑技术安全，还应考虑节省造价。对于一般的基坑支护设计比较成熟，但对于坑中坑的支护设计，由于没有明确规定其设计，不同的设计人员存在不同的基坑深度计算取值。因此，合理设计支护结构是至关重要的。

1基坑支护的重要性

目前，在岩士工程中基坑施工时，为确保施工安全。防止塌方事故发生，必须对开挖的基坑采取支护措施。建筑基坑支护设计与施工应综合考虑工程地质与水文地质条件、基坑类型、基坑开挖深度、降排水条件、周边环境对基坑侧壁位移的影响，并应考虑基坑周边荷载、施工季节、支护结构使用期限等因素，做到合理设计、精心施工、经济安全。

2工程概况

某项目为扩建工程，场地狭小，该段输煤系统平面布置形态呈L型，设计采用现浇混凝土箱型基础，场地±0.00标高为83.10m，基础埋深-16.40-17.00m。翻车机室及1号转运站总长近90m，宽近25m。1号转运站至2号转运站总长近40m，宽近17m。另外，拟建场地分布的岩石陡坎顶部高程一般在89.00-93.00m之间．坎下地面标高一般在83.00m左右，由于地面起伏较大，基坑开挖将形成高达16.00-26.00m的基坑边坡。

3岩土工程条件

拟建场地地层结构简单。地表浅部分布有：①杂填土，层厚0.40-2.00m，其下主要由上段⑦层泥灰岩和下段的⑨层砂质泥岩、泥质砂岩、泥岩等软质岩石组成；⑦层为强风化泥灰岩，层理不明显、节理裂隙不甚发育，抗软化、抗风化能力较差，层底标高81.00～85.00m；⑨层上部为强风化的⑨-1亚层，长期受水浸泡，强度明显降低，用手可轻易折断、捏碎、用力可捏成团，间夹较硬的细砂岩，呈现软硬交错状，层厚4.50-10.00m，层底标高73.80-79.30m；⑨-1亚层向下渐变为中等风化层，岩层产状近于水平，胶结较差，裂隙、孔隙不发育，在外露时易风化，浸水时易软化，其岩性类别交错变化频繁，局部夹较硬的细砂岩、砾岩夹层或透镜体，揭露厚度大于26.00m。地下水为基岩裂隙水，水位起伏较大，水位标高一般在77.80-81.40m之间，电厂西围墙外的地下水位标高在85.00m左右。地下水位表现出西高东低的特点。⑨层及⑨-1亚层主要物理力学性质指标见表1。

表1⑨层、⑨-1亚层物理力学性质指标

4基坑支护设计

4.1基坑支护设计原则：

1）.基坑侧壁安全等级为二级，其基坑侧壁重要性系数γ0=1.0；

2）.基坑支护结构平面布置应满足地下室基础及外墙尺寸、规范允许变形、施工误差及施工作业面要求；

3）.基坑侧壁整体稳定安全系数要求不小于1.30；

4）.施工阶段基坑最大变形控制在30mm以内。

4.2基坑边坡排桩一锚喷网联合支护设计

1）.钻孔灌注桩

桩插入深度确定：由力矩平衡方程X=0。计算插入深度La=6m．桩长L=17．2+6=23．2m；

桩参数：桩径600mm，桩间距1500mm，桩长23．2m，桩体钢筋采用通配，主筋为16ф22．箍筋为ф8@200，并且每2m加设1ф14箍筋，材料采用C30混凝土。桩位偏差不应大于50mm，桩身垂直度偏差不应超过1／200；桩顶设钢筋混凝土冠梁，冠梁高700mm，宽700mm，主筋为8ф22和4ф12．箍筋为ф8@200。桩内主筋锚入冠梁的长度为600mm．冠梁材料采用C30混凝土．主筋混凝土保护层厚度不小于50mm。冠梁下设100厚C10素混凝土垫层。

2）.上部边坡锚喷网支护

锚杆参数：锚杆孔用人工或机械成孔，孔径100mm，水平倾角为80-160°，依实际情况和需要调整，采用梅花型布置。锚杆材料采用ф22螺纹钢筋。水平间距1.2m，垂直间距1.2m，长度9m；水泥浆：锚杆孔内压力注浆，水泥采用32.5R复合硅酸盐水泥，水灰比0.45-0.60，注浆压力0.4-0.6MPa；加强筋：材料采用ф12钢筋，菱形布置在锚杆上；钢筋网：材料采用ф6.5钢筋，间距250×250mm；喷射混凝土：水泥采用32.5R复合硅酸盐水泥，强度C20，厚度100mm。

5基坑支护结构设计存在的问题

5．1支护结构设计中土体的物理力学参数选择不当。

基坑支护结构所承担的土压力大小直接影响其安全度，但由于地质情况多变且十分复杂，要精确地计算土压力目前还十分困难，至今仍在采用库伦公式或朗肯公式。关于土体物理参数的选择是一个非常复杂的问题。尤其是在深基坑开挖后，含水率、内摩擦角和粘聚力三个参数是可变值，准确计算出支护结构的实际受力比较困难。在深基坑支护结构设计中，如果对地基土体的物理力学参数取值不准，将对设计的结果产生很大影响。实验数据表明：基坑开挖前、后。土体的内摩擦角值一般相差5°，而土体的主动土压力也不相同；而原土体的凝聚力与开挖后土体的凝聚力差别也大，一般在6kPa以上。施工工艺和支护结构形式不同，对土体的物理力学参数的选取也有很大影响。

5．2支护结构设计计算与实际受力不符

目前，深基坑支护结构的设计计算仍基于极限平衡理论，但支护结构的实际受力并不那么简单。工程实践证明，有的支护结构按极限平衡理论设计计算的安全系数，从理论上讲是绝对安全的，但有时却发生破坏；有的支护结构安全系数虽然比较小，甚至达不到规范的要求，但在实际工程中却满足要求。极限平衡理论是深基坑支护结构的一种静态设计，而实际上开挖后的土体是一种动态平衡状态，也是一个土体逐渐松弛的过程，随着时间的增长，土体强度逐渐下降。并产生一定的变形。所以，在设计中必须充分考虑到这一点。

6基坑支护设计的改进

6.1大力开展支护结构的试验研究

正确的理论必须建立在大量试验研究的基础上。但是，在基坑支护结构方面，我国至今还缺乏系统的科学试验研究。一些支护结构工程成功了，也讲不出具体成功之处；一些支护结构工程失败了，也说不清失败的真实原因。在支护工程施工的过程中积累的技术资料很丰富，但缺少科学的测试数据，无法进行科学分析，不能上升到理论的高度，这是—个很大的缺陷。开展支护结构的试验研究(包括实验室模拟试验和工程现场试验)。虽然要耗费部分资金，但由于深基坑支护工程投资巨大。如经过科学试验再进行设计时，肯定会节省可观的经费。因此，工程现场试验是非常必要的。通过工程实践积累大量的测试数据，可对同类工程的成功打好基础，为理论研究和建立新的计算方法提供可靠的第一手资料。

6.2探索新型支护结构的计算方法

高层建筑的飞速发展给深基坑支护结构带来一场技术革命。在钢板桩、钢筋混凝土板桩、钻孔灌注桩挡墙、地下连续墙等支护结构成功应用后，双排桩、士钉墙、组合拱帷幕、旋喷土锚、预应力钢筋混凝土多孔板等新的支护结构型式也相继问世。但是，这些支护结构型式的计算模型如何建立、计算简图怎样选取、设计方法如何趋于科学，仍是当前新型支护结构设计中急需解决的问题。

结论

综上所述，基坑的开挖与支护结构是一个系统工程，涉及工程地质、水文地质、工程结构、建筑材料、施工工艺和施工管理等多方面。它是集土力学、水力学、材料才学和结构力学等于一体的综合性学科。支护结构又是由若干具有独立功能的体系组成的整体。正因如此，无论是结构设计还是施工组织都应当从整体功能出发，将各组成部分协调好，才能确保它的安全可靠、经济合理。

参考文献：

1.黄迪深基坑的特点及其施工技术研究[期刊论文]-中国新技术新产品，2010(12)

2.李贞龙岩土工程中深基坑支护问题研究[期刊论文]-建筑设计管理，2010(4)

3.吴光水.徐文彬论深基坑施工技术相关特点要点[期刊论文]-科技创新导报，2010(15)

4.安关峰，殷坤龙，唐辉明,广州地铁新南站基坑支护设计[J],地下空间，2003，23（3）