复杂地质条件下深基坑工程中的特殊支护体系应用

（河南省建设基础工程有限公司，河南郑州 450000）

特殊支护体系由挡土、挖土、支护降水等子项工程构成，对深基坑侧壁进行加固保护，确保周边及地下相关建筑物管网管线的安全性，保证其结构稳定并防止地下水渗透，对深基坑工程安全具有重要作用[1]。国内外对支护体系开展了大量研究，重点分析了软土地区的深基坑工程，得出围护结构最大位移与开挖深度的关系，支护与基坑周边土体相互影响，可判断基坑变形与支护应用的关联性，并对不同支护形式的基坑变形进行监测，对围护结构变形进行分析，得到支护体系的开挖深度、侧向位移、地表沉降等比值[2]。结合深基坑工程实例，对淤泥质土的固化性能进行深入分析，得到固化土强度规律，实现对支护结构变形的监控，优化支护主体的加固参数，控制支护体系的内支撑预应力，计算支护体系的土压力，得到支护体系土体加固的最优施工方案[3]。复杂地质条件下的基坑支护工程风险较大，事故发生率较高，工程对支护体系开挖技术的要求越来越高。部分基坑支护形式的应用设计不合理，导致深基坑出现坍塌、结构失稳等现象，研究复杂地质条件下的基坑支护应用，保证深基坑施工的安全性和稳定性，为施工过程提供指导性建议。

1 复杂地质条件下特殊支护体系在深基坑工程中的应用

某核电站常规岛/泵房基坑布置在周边水源充足的软土地基上，表层覆盖淤泥软土层较厚。该基坑工程开挖范围大、深度深（27 m），该工程地下海工防渗分布复杂，周边已施工部分前期工程。基坑开挖应保证基坑周边边坡自身稳定，保证周围构筑物不受破坏、不丧失结构功能。在深基坑开挖施工中，须针对基坑周边构筑物的变形和振动等设计要求进行控制施工，以确保基坑周边边坡的自身稳定及周边构筑物不受破坏，确保工程施工安全。常规的基坑支护方案实施难度大、费用高，因此，采用强夯挤淤支护施工技术。

1.1 采取土钉墙支护形式

深基坑工程周边地质条件复杂时，选取土钉墙支护形式，充分发挥边坡土体的自承能力。在基坑侧壁通过钻孔放置土钉、注浆，使钢筋、土体形成一个整体，支护对象主要为含水率较高的软弱土层和砂层[4]。在地下水位较低且地质情况较好的地层中，土钉应沿孔道注入纯水泥浆或水泥砂浆，使锚固体达到相应的强度：

式中：σ——静止土压力强度为（Pa）；r——支挡土体重度；K——静止土压力系数；P——锚固体强度（N/m）。

利用上述公式，控制支护体系注入锚孔内注浆体的强度，在孔内放入钢筋，对边坡土体进行加固处理，在此过程中进行信息化、动态化控制。选择土钉形式时，采集施工现场的监测数据，根据不同地质情况和地下水情况，选择合适的土钉支护方式，形成复合土体，起到支护作用[5]。

土钉形式支护流程如图1所示。

图1 土钉墙支护流程

根据不同区域的地质特征，选取组合支护方案，确定合理的结构形式。根据复杂地质条件下的工程情况进行综合分析，确定采用的具体桩型。根据排桩的成桩工艺和桩型，确定无支撑、多支撑、单支撑结构的布置方式，采用预制地下连续墙技术，工厂预制现场装配的流程，使其可承受较大的水平荷载。地下水位较高且土质较差的软土地区，可使用专用机械设备，采用对土体扰动较少的排桩支护方案，实现钻孔灌注桩的支护结构。施工过程中应注意防水工作，使护栓作为地下结构的外墙，起到两墙合一的作用。施工过程中应严格控制土体的位移沉降，避免采用挖空桩，以此确定深基坑工程支护形式。

1.2 控制支护桩墙变形量

土钉墙支护流程过程中，存在孔道水压力消散的过程，导致坑底土体、基坑外地表及支护桩墙产生变形，应选取土钉墙支护参数，监测深基坑及支护体系变形，将变形影响控制在一定范围内[6-7]。对深基坑进行开挖处理，使两侧土体形成应力差，控制深基坑的横竖向深度为开挖深度的3～5、2～4倍，约束桩墙顶的水平位移，使桩墙在坑外土压力的作用下形成倒三角形位移形状，土体应力差：

式中：i——深基坑地质层；E——两侧土体卸载模量；b——总卸载应力；L——两侧土体厚度（m）；h——土体残余应力系数；S——土体应力差。

可根据围护桩墙所在地层的移动面积，判断假定的地表沉降曲线。桩墙的最大侧向位移为坑底，应距离基坑边开挖0.5倍深度，在基坑底选取一个固定点，计算该点沉降量与地表最大沉降量的比值及桩墙距离与开挖深度的比值，支护参数的变形量：

式中：Q——支护参数的变形量；Zi——基坑底至第i层土底面的距离（m）；ai——基坑底计算点至第i层土底面平均应力附加系数；Zi-1——i-1层土底面的距离（m）；j——土体回弹影响的沉降经验系数；c——坑底以上土体的自重；ai-1——i-1层土底面范围内平均应力附加系数。

无地区经验取值时，j取1，c应处于地下水位以下并去除水的浮力。利用式（3）可判断深基坑工程的地表差异性沉降，测量围护桩墙水平位移，取墙体水平位移的0.8倍值，判断地表沉降相应土层移动面积的关系，使地表沉降分布在开挖深度范围内，其范围应距基坑边2倍距离。0.8倍值超过1/150时，变形量会导致桩墙出现开裂，应控制坑底位置沉降量为最大值，预测深基坑地表沉降，使支护桩墙位移变量降至最低，实现支护桩墙变形量的控制。以完成复杂地质条件下特殊支护体系在深基坑工程中应用方法的设计。

2 试验论证分析

深基坑工程选取某地下车库，自西向东略有起伏，基坑形状为矩形，底口线周长为253.1 m，地面标高介于419.32～420.09 m，设置9支护段，其支护类型如表1所示。

表1 各支护段支护类型 单位：m

护段支护材料为混凝土，单元类型分别为植入式梁单元和2D板单元，两种方法分别对支护体系的结构参数进行计算，得到结构参数如表2所示。

表2 支护结构材料参数

对施工过程中9支护段的护坡桩沉降量进行检测，两种应用方法的对比结果如表3所示。

表3 试验对比结果 单位：mm

由表3可知，本文应用方法平均沉降量为3.3 mm，传统应用方法平均沉降量为5.1 mm。相比传统方法，本文方法沉降量减少了1.8 mm，控制基坑边线最大沉降量在荷载作用范围内，使特殊支护体系的应用效果更满足安全性要求。

3 结语

本文提出的支护体系应用方法采取了土钉墙支护形式，在复杂地质环境中，保证了深基坑工程的安全稳定，减少了护桩的沉降量。