解析复杂条件下的深基坑支护设计选型研究及实例

凌付南

（广西壮族自治区地球物理勘察院，广西 柳州 545005）

1 矿山工程概况、周边环境及其管线布置

（1）矿山工程概况

目标矿山建筑工程坐落在某市经济开发区外，地势相对平缓，场地后堆填土。经过施工单位实地勘测发现，孔口标高维持在8.1米到10.14米之间，矿区场地南面部分区域，标高是7米，而南西北三面道路标高维持在8.1米上下。

目标工程预计设置地下矿井，矿山建设总高度为约为93米。矿山矿井基坑占地面积约为20314平方米，基坑周长保持在571米左右。矿井基坑整体形状为方形，本工程±0.00标高约为9.10米；根据矿区场地实际状况及其附近道路标高，正式施工前对矿区场地标高进行适当调整，相对标高维持在-0.8米，而地质表面面相对标高维持在-14.2米；因为矿山基础底板与垫层自身拥有一定的厚度为0.9米，所以将矿井基坑底的相对标高调整为-15.1米，矿井核心筒电梯井基坑底相对标高维持在-19.25米。基于此，从整体上来看，目标矿山建筑工程基坑开挖的深度应当维持在14.3米到18.45米之间。

（2）地质条件

矿山工程施工场地位于冲积地质表面，其地质矿层主要包括①素填土：平均厚度维持在5371米，主要以粘性土、砂以及填碎石为主；②质土：平均厚度维持在1.79米，主要以粉粘粒无为主；③粉细砂：平均厚度维持在8.91米；④中粗砂：平均厚度维持在2.12米；⑤砾砂：平均厚度维持在2.12米；⑥粉质粘土：平均厚度维持在2.33米，主要以粉粘粒为主。

（3）矿山周边环境

矿区场地整体上地势较为平缓；场地东面为处于矿山施工期间的运输道路，道路标高为8.1米，矿井与运输道路边线、矿山建筑围墙以及用地红线之间的距离大约为21.6米；南面是琶洲大道，矿山地质边线与用地红线以及道路边线之间的距离大约为13米，部分矿区和场地之间存在1.7米的高度差，施工前已将其调整为8.3米；矿山地质边线与目标工程用地红线之间的距离为10米，矿山地质边线与围墙以及用用地红线之间的距离为12.6米。

（4）管线布置

参照目标矿山工程现场周边管线资料来看，大量电信、电力以及市管线分布在场地的南北两面；而矿山基坑南面地质下集中分布着各类管线；污水管线、雨水管线以及电力管线等集中分布在矿山基坑北面地质矿层下方区域。

2 复杂条件下矿山深基坑支护设计选型讨论与计算

2.1 复杂条件下矿山深基坑支护设计选型讨论

目标矿山工程因为基坑开挖深度较深，同时地质条件较差，矿层不仅厚，而且也直接与强风化岩层相接，所以矿井止水工作难度相对较高。基于此，矿山基坑支护安全等级达到了一级标准，侧壁重要性系数也应当去1.1。场地地质条件较差集中体现在以下几个方面：施工场地存有厚度大、分布广泛的强透水砂层、淤泥质土以及松散填土，矿山地下水不仅丰富而且水压较大。

如果止水措施与基坑支护设计不合理，则矿井基坑在开挖的过程中极易出现变形的状况，从而影响到矿山运输道路及其相关管线的管定性。基于此，目标工程首要解决的问题就是做好止水帷幕工作，并对矿井基坑位移进行严格把控，从而为后续工程的顺利施工奠定良好的基础。

目标矿山工程从施工工期、工程施工以及施工安全等多角度出发，拟使用地下连续墙+钢筋土角支撑体系。其与旋挖灌注桩+预应力支护体系相比较来看：前者对变形控制效果更好，且不会对矿山周边运输道路与地下管线产生较大的影响；同时具有较高的矿山地质止水性能，可靠性与安全性较高；除此之外，矿山施工工序更加简单，可行性较高，从而能够确保整个矿山工程在规定的工期内完工，并且施工成本投入也相对较少。

2.2 复杂条件下矿井深基坑支护设计选型结构的计算

因为整个矿井深基坑开挖过程涉及多方面的内容，施工极其复杂，所以想要真实还原整个矿井基坑开挖过程难度相对较大。基于此，本文拟采用矿井开采深基坑支护结构软件对目标工程基坑支护设计选型结构进行计算。

（1）全部分区地面超载取值

对于常规区域而言，考虑各方面因素的影响，拟将其地面超载取值定为20kPa；而针对部分特殊区域，如出土口区，拟将其地面超载取值定为35kPa。

（2）水位取值

矿井基坑内侧水位结合地下水位下降到基坑底以下0.5米；而基坑外侧水位则因为矿井上方区域存在放坡泄水管排水状况，所以其水位应当选取地面下2.5米。

（3）支撑刚度取值

针对角撑：最大跨度取值为100米

因此，支护刚度取值应当为400MN/m。

（4）材料抗力取值

基于C30混凝土支撑梁1000*1000材料抗力，其计算公式为：

2.3 实际效果

矿山目标工程基坑施工从2013年11月开始，至2015年7月基坑及其相关地下结构基本全部完工。施工期间经受住了特大暴雨的考验。现如今，整个矿山建筑工程已经投入使用。因为在设计阶段全方面考虑了各种影响因素，所以最终矿井基坑支护效果十分理想；自投入使用以来，基坑内部没有出现渗漏现象，止水效果优秀，同时从相关数据的分析结果来看，基坑基本没有出现过较大的变形，基本处于安全状况。

图1 目标工程平面示意图

而结合预先设置的矿井基坑监测点（如图1所示）所表明的支护结构水平位移监测结果来看：水平位移累积量最大的点为测点SV21，其向基坑内侧位移的量为30.23毫米；沉降累积量最大的点为测点SV17，其向下沉量约为-29.37毫米；支护结构斜侧累积量最大的点为测点CX7，其位于管口下方6.5米，侧移量为30.01毫米；基坑地下水位监测累积量最大的点为SW11，其矿井地下水位下降了约2.39米，第二排测点ZC12支撑轴力累积量最大，约为7493kN；LZ23柱沉降累积量最大，约为29毫米。结合最终的结果，不难看出，计算值与实际监测获得的数据大致保持相应，同时沉降较大值与反映位移较大值都集中在基坑边线中部，而两者的较小值都集中在矿井基坑边线的端部。

因此，对于竖向支护体系而言，当矿井基坑开挖深度不低于10米，且地下15米图被矿层厚度超过4米时，一级基坑应当尽可能使用地下连续墙支护结构。而当矿层处于坚硬岩面或者强风化岩面的时候，矿山施工单位需要尽可能采取较为可靠的界面止水措施；针对强透水地层的施工场地则需要使用连续封闭的止水帷幕；除个别情况外，尽可能不要使用搅拌桩止水以及高压喷射注浆。而对于侧向支护体系而言，不适合使用锚索，应当使用GPS定位支撑支护。

3 结语

综上所述，矿井深基坑支护施工本身难度就大，尤其是在复杂地形条件下，施工单位更应当重视深矿井基坑支护设计选型的合理性。本文以实际矿山矿井工程为例，从不同角度对复杂条件下深矿井基坑支护设计选型展开深入讨论与分析。结果表明，在实际设计选型过程中，施工单位需要结合实际状况，进行全面现场调研，并在此基础上，完成深基坑支护设计工作，从而为整个工程的顺利施工提供有力保障。