浅析特殊地质条件下的深基坑支护设计

浅析特殊地质条件下的深基坑支护设计

摘要：本文首先论述了一般情况下深基坑支护设计的原则及需要注意的问题，然后分析了特殊地质条件下深基坑支护设计的要点。

关键词：深基坑原则问题地质条件

深基坑支护设计是地基项目施工的主要技术保障与施工依据,对于地基施工的进度与质量都具有十分重要的意义和作用。随着建筑行业的不断发展,深基坑作业环境也在不断的发生变化,越来越多的施工项目需要在地质条件极为复杂的地区进行。传统的设计理念与技术已经难以适应现代不同地质条件的深基坑设计工作的实际需求了,必须适时进行革新与完善。

一 、深基坑支护设计的一般程序及要求

深基坑支护设计时，首先应分析场地岩土结构及其物理力学性质，然后还需了解环境荷载和相邻建筑物、地下管线的特性及其承受变形的能力，仔细考虑施工工况(时间和空间效应)，计算地下室施工全过程的各种应力，估算支护结构本身可能产生的变形，从而因地制宜地优选合理可靠的支护结构体系，并对结构构件的强度和刚度进行分析和计算。

基坑支护作为一个结构体系,应要满足稳定和变形的要求,即通常规范所说的承载能力极限状态和正常使用极限状态。基坑支护设计相对于承载力极限状态要有足够的安全系数,不致使支护产生失稳,而在保证不出现失稳的条件下,还要控制位移量,不致影响周边建筑物的安全使用。在深基坑支护设计中,设计人员要充分考虑到各方面有可能出现的因素,提前对于支护结构的变形现象进行计算。支护结构变形计算中,设计人员要尽量保证各项计算项目数据与结果的真实、准确,以便在发生突发事件时,可迅速提出整改方案；支护结构是建筑工程项目地基部分施工的重要环节,其强度是否符合国家相关工程质量标准与技术要求,将直接关系到地基工程项目的整体质量、耐腐蚀性、使用年限等问题。

二 、特殊地质条件下的深基坑支护设计

在软土、高水位及其他复杂场地条件下开挖基坑，很容易产生土体滑移、基坑失稳、桩体变位、基底隆起、支挡结构严重漏水等问题，因此研究这些特殊地质条件下的深基坑支护设计，具有重要的经济意义和社会意义。下面主要对软土、淤泥土、填土三种地质条件下的基坑设计事项进行分析。

2.1 软土环境下的基坑设计

软土地区土体因含水量高、孔隙比大、压缩性高、透水性差、抗剪强度低、

灵敏度高、触变性和蠕变性显著，是一种工程力学性质很差的土层。近年来,国内对于软土的深基坑支护设计,主要采取悬壁式、单支点及多支点式、圆筒式等支护结构,各种支护结构都有其显著的特点,并被广泛应用于软土地质条件的深基坑项目施工中。由于软土的性质偏软,因此在深基坑支护设计中一定要考虑到深基坑的整体硬度和强度,对于部分土层较软的部分,还要进行必要的加固设计,确保深基坑施工中的安全性与稳定性。在软土地区的基坑设计中，为了控制邻近地面、管线、已建建筑物的位移和沉降，可采取以下几种措施：围护结构采用刚度较大的支护类型；采用良好的止水帷幕；加固坑底土体、增大被动区土体的抗力；首道支撑采用刚度较大的钢筋混凝土结构；其余支撑尽量采用能够快速施工的钢结构，以减少基坑暴露时间，从而降低围护体变形量。

2.2填土环境下的基坑设计

目前,填土的深基坑支护设计是国内较为常见的地质条件之一,具有较强代表性与典型性。填土层的地下水主要有三层,即上层滞水、潜水和承压水。上层滞水埋藏于粘质粉土层、粉土、填土中;潜水埋藏于砂卵石层中;承压水也埋藏在砂卵石层中。在制定填土的深基坑支护设计方案时,一定要特别注意深基坑施工中对于地下水系统的破坏,还要充分考虑到由于地下水的流动与冲刷对支护系统的腐蚀,要采取有效的措施排除深基坑中的存水量,确保深基坑施工中施工人员的安全,以及机械设备的稳定。

2.3淤泥质黏土条件下的基坑设计

淤泥质黏土主要分布于大中型江流湖泊的周边地区,主要是由河流冲刷所带的淤泥而形成。淤泥质黏土层的含水量一般在40% ~50%左右、孔隙比一般在1.2~1. 6之间,土层的压缩性高,抗剪强度较低。在淤泥质黏土的深基坑支护设计中,设计人员一定要注意挖掘机械的应用,以及施工人员的具体操作流程等实际问题,并要在设计方案中分别制定出有针对性的解决措施与方法。淤泥质黏土层开挖深度普遍要求小于6m,也可以根据工程项目实际需求而有所增加,但是要尽量控制在6m~10m之间,如果超出这个深度数值,就难以保证深基坑施工的安全。

三 、特殊地质条件下的基坑设计案例

3.1 工程概况

某工程拟建场地的周边分别是运行道路、河流、施工道路，拟建场地原为耕地和住房，现在均已平整，根据拟建工程的《岩土工程勘察报告（详勘）》揭示，本工程的水文地质条件如下：

层 号 土 层 名 称 重度γ 粘聚力 内摩擦角 (KN/m3) (Kpa) (°)

第一层 杂填土 18 10 15

第二层 粘土 17.7 20.5 12

第三层 淤泥质粘土 17.5 12.5 10.5

3.2 本工程中基坑支护方案的设计

⑴ 平面体系

本工程中基坑的设计深度在四到八米之间，同时场地条件比较开阔，周边环境对变形要求相对不时特别高，根据上述特点及与多个方案的比较，最终决定根据不同开挖深度和周边环境情况在开挖深度四到五米部位选用两级放坡结合搅拌桩重力式挡墙方案、开挖深度较深部位选用两级放坡结合排桩加拉锚方案，局部东北角和西北角部位采用单级放坡结合排桩加内支撑的组合支护结构方案。该组合支护方案发挥了每种支护结构的优点，具有安全可靠、挖土施工方便、造价低、施工周期短、地下室施工方便及施工经验丰富等特点。

⑵ 围护桩选型

排桩部位，计算开挖深度为八米部位均选用φ650@1000钻孔灌注桩，其余计算开挖深度为五米部位均选用φ500@800沉管灌注桩。

⑶ 两级放坡结合搅拌桩重力式挡墙支护部位竖向布置：第一级放坡坡高为1.5m，按1:1放坡，台宽为1.5m；第二级坡高为1.5m，按1:1.5放坡，台宽为2.0～4.5m，挡墙宽度为1.2～1.7m。

⑷ 两级放坡结合排桩加拉锚部位竖向布置：拉锚设在地面下1.7米部位，拉锚采用搅拌水泥土锚杆，土锚杆设计长度为15m和18m，轴向拉力设计值分别为70KN和90KN。

⑸ 单级放坡结合排桩加内支撑部位竖向布置：为保证底板钢筋施工的工作空间，环梁面标高设在地面下1.5m处。

⑹ 止水及挡漏土措施：靠近河流部位采取粘土换填措施，同时在排桩外侧打设一排φ700@500密排搅拌桩止水挡漏土。

⑺ 控制变形措施：基坑开挖面积很大，围护体系的空间效应较差，为减少变形采取以下措施：根据基坑围护平面布置以及场地实际条件适当增大卸土范围以降低造价，同时在搅拌桩部位坑底间隔8.0～10.0米左右设置一个搅拌桩支墩；强化开挖顺序，基坑四周两个轴线开挖严格按先挖到底板垫层底，完成垫层后再用人工进行承台、地梁、电梯井开挖的原则；地下室四周8.0m左右范围采用300厚砼垫层。

四 、结束语

深基坑支护工程是基础施工所必须的临时结构,其工程造价与设计的合理性紧密相关,合理的设计是影响整个工程施工进度与造价的关键所在。在深基坑支护结构的设计中,由于各种水文地质条件的影响,如何根据具体问题具体分析,选择一个既经济安全又可以提前完成进度的设计方案就成了一个必须思考的重要问题。

参考文献：

[1]张杰.底部为深厚淤泥层时的基坑设计对策[D].2007.

[2]邓君君.海口市海甸岛地区软土基坑优化设计研究[D].2008.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。