基于岩土勘察的地质工程基坑支护设计研究

李 娜

(中国建筑材料工业地质勘查中心黑龙江总队,黑龙江 哈尔滨 150040)

1 岩土勘察分析

在地质工程岩土勘察工作中，主要包含岩土勘察和环境勘察两部分内容。开展岩土勘察工作，需要对土质特性、软化度等展开分析，获得精确数据。在掌握地层状况、水文分布等信息的情况下，能够深入研究施工条件，根据分析结果制定科学支护方案。勘察环境，需要对工程所在区域环境展开调研，确认现场建筑物分布状况，做到精准测量各种建筑物与施工场地的距离[1]。与此同时，需要对周围土质进行测量，掌握地下管道、线缆埋设情况。将勘察获得的数据汇总，然后对工程地质展开评价，才能统筹安排施工。作为复杂工程，岩土勘察可以采用多种技术手段对复杂岩土结构展开分析，并通过严格检验确认能否满足施工要求，直接关系到基坑施工质量和安全。使用先进技术开展勘察工作，并完成数据合理分析，才能出具科学的勘察报告，确保施工人员全面认识工程的地质条件、土层结构、土壤状况等，做到合理进行基坑支护设计，做好支护结构施工安排，保证工程建设取得理想效果。

2 岩土勘察与地质工程基坑支护设计要点

2.1 把握基坑勘察要求

地质工程基坑支护设计需要做到因地制宜，因为不同场地地质条件和不同土层岩土性质等都存在差异，而基坑施工将同时受到土壤性质、地下水位和周围环境等多种复杂因素影响。想要为支护设计提供科学数据依据，需要做好前期勘察工作，避免施工期间出现安全或质量问题。根据基坑开挖复杂度，可以确定勘察工作布点要求，因为随着开挖程度从简单变化为复杂，各勘察点距离需要从50 m减小至10 m，以便获得更全的地质数据[2]。在调查土壤性质时，需要确定土层下是否存在软土层或含水层等特殊土层。通常情况下，特殊土层位置较深，在深基坑施工期间可能与这些土层产生接触，因此应做好土层勘察。在雨季施工，基坑支护容易受地下水影响，需要对地下水位置及其变化情况等相关情况展开勘察。根据基坑开挖具体情况，才能明确岩土勘察目标，合理进行勘察内容安排，并做好勘察技术选择，保证勘察工作高效开展。在勘察过程中，需要进行钻探作业，应提前查找有关资料确认勘察区域内地下构筑物及管线分布情况，并根据以往水文地质资料加强土层分布情况把控，编制详细勘察纲要。确保纲要内容与工程建设方案相符，要求勘察深度达到开挖深度2～3倍，遇到坚硬黏土、碎石土等可以适当减少勘察深度，遇到软弱土层应增加勘察深度和范围，才能保证勘察结果全面、准确。

2.2 选择合理结构参数

伴随着地质工程基坑支护技术发展，出现了挡土墙、连续墙、喷锚等各种支护形式，拥有各自结构特点，要求做好结构受力分析，确保结构整体稳定，能够为基坑开挖提供安全保障。在结构分析阶段，受土体粘聚力、摩擦角等因素影响，不同位置结构受力存在差异，未能做好力学参数选择将造成结构安全性能下降。为保证支护结构稳定，需要引进先进设计理念，通过建立反馈系统提出完善支护设计方案。但实际岩土工程结构复杂，需要根据场地地形地貌、周围环境条件等展开分析，因此要求根据精准的勘察数据进行土层参数选择，对垂直支护体系进行建模分析[3]。在基坑设置内支撑的情况下，可以采用有限元分析软件简化分析过程，在各剖面输入不同土层参数，完成基坑深度设定，分析得到基坑周围荷载，选择适合支护形式。在实际设计时，由于支护结构多架设在侧壁岩土层中，对勘察数据精确性提出了较高要求。在地质勘察存在偶然性的情况下，需要适当增加支护结构整体强度，确保结构拥有足够承载力，有效避免安全事故发生。在深基坑支护过程中，为保证支护方案科学性，需要对土壤性质开展动态观察，通过与以往性质报告比对掌握土壤性质变化情况，做到合理选择结构力学参数，从而有效提高基坑支护技术水平。

2.3 科学处理开挖问题

在基坑开挖阶段，可能遭遇边坡失稳问题，与开挖作业引发的空间效应有关。在基坑长度较大的情况下，这一问题较为突出，应通过改进支护结构加强平面应变，确保长度方向产生一致开挖效应，有效避免边坡失稳问题发生。在基坑支护设计实践中，应根据场地情况做好变形设计，合理预测变形范围，并根据气候环境做出适当改进。根据基坑安全等级，可以确定变形控制参数，如表1所示，H为基坑深，可知基坑安全等级越高，需要控制的变形量越大。根据基坑安全系数，可以对支护构件承载力展开分析，在构件抗力和外力比值超出安全系数时，说明结构相对安全，能够达到基坑开挖施工要求[4]。作为临时工程，基坑支护应加强安全设计，在周围环境或岩土性质复杂的情况下，应适当增加结构承载力。在深基坑支护中，为保证结构安全，可以采用有限元分析软件对结构受力情况进行验算，确定支撑体系强度，在不同工况条件进行模拟施工，确定结构深层位移和侧向位移变化情况，提出有效支护方案。在保证结构安全的基础上，选择经济性较佳的支护方式，能够达到较高基坑支护设计水平。

表1 基坑支护结构变形控制参数

3 基于岩土勘察的地质工程基坑支护设计实践

3.1 工程概况

某工程计划建设60栋住宅建设，层高在7～10层，并完成地下车库、商场、幼儿园等配套设施建设。通过前期调查，了解相关资料，确定工程勘察等级为乙级，安全、场地和地基均为二级。工程基坑深达6 m，位于城市公路交汇区域，为保证施工安全，需要进行基坑支护施工。为保证基坑支护设计科学性，需要做好前期岩土勘察工作，加强基础施工安全和质量管控。

3.2 勘察技术

3.2.1 测点布置

在岩土勘察阶段，考虑到工期紧张，同时采用钻探、贯入试验等手段高效开展勘察工作，做到全面采集工程地质信息，合理判断场地是否存在造成工程基础不稳的因素。根据工程相关资料，在现场布置25个观测点，各点之间保持15～30 m距离。开展实地考察工作，完成施工场地及周围岩土的土质取样。结合实际条件，选用XY-150钻机进行钻探取样，使用130 mm钻具开口，孔径达到110 mm。钻进作业期间，直至达到黏土层可以停止钻孔，从提升上来的钻具下方取样。针对粉土层下方区域，采用旋转钻进方式，并配合使用泥浆护壁防止塌孔问题发生。在岩石取样操作中，按规定从芯柱位置获得样品。

3.2.2 勘察试验

开展触探试验，能够检测卵石层压实度。在试验期间，采用重锤动力触探方式，探头直径达到74 mm，锥角为60°。通过自由落锤，将重62.4 kg重锤从73 cm高度位置落下。将贯入10 cm当成是一个记录点，可以确认锤击数。在粉土层压实度测试阶段，开展标准贯入试验，确定土层稳定性。一般的情况下，粉土密实度在砂土和黏性土之间，塑性指数最大为10，按照规定要求粒径超0.075 mm的颗粒占粉土总量50%。根据密度，对照岩土勘察规范可以确定实测击数。试验时采用自动脱钩方式，圆锤重量不变，从73 cm高度落下，按照贯入30 cm记录锤击数。在场地类型划分方面，需要确认场地中与土层等效的剪力波速等数据，合理进行工程抗震系数设计。在不同测点开展波束试验，采取单口速度检测方法，确认测点距离为1 m，深度达20 m，通过人工激振方式开展测试。利用动测仪采集数据，然后利用计算机处理数据，能够获得相关数据。为对工程地下水位、含水量等进行深度勘察，开展了抽水试验，对基坑开挖范围和周围范围水层展开勘察，判断是否可能发生突然涌水问题。判断存在问题，需要制定降水方案，避免支护结构受到威胁。此外，需要在室内对土样进行固结试验、快剪试验等各种试验，科学开展基坑土质评价工作。

3.3 支护设计

3.3.1 安全评价

根据岩土勘察结果和工程水文地质调查结果，能够对基坑和环境的安全性展开评价。从场地情况来看，拟建区域较为平坦，周围存在较多空地，高程差最大为6.4 m。场地拥有三级山脊与河流，标高可以控制在829.6～836.1 m。基坑施工区域地层主要为平原充填土和粉质黏土，也包含风化岩石、砂砾等。地下水在素填土层中，在地表0.2～0.5 m位置，水量随季节变化。而水质为轻微腐蚀状态，不存在污染问题，要求施工采用耐腐蚀钢筋。在基坑底部位置，主要为粉质黏土，属于黏土夹层。根据相关技术规范可知，可以评定为二级。为避免影响周围道路正常通行，不能进行放坡施工。此外，侧壁位置为土质松散的填土层，开挖时容易给边坡稳定性带来影响。从总体上来看，工程地质条件相对简单，可以利用等值梁法进行支护结构稳定性验算和抗渗流分析，制定科学的支护方案。

3.3.2 支护方案

在基坑支护设计上，在保证结构安全性的基础上，为避免支护结构给周围道路通行带来影响，决定采用锚杆支护方式。采用C30混凝土进行钻孔灌注桩浇筑，将挡土结构布置在基坑距离坑顶1/3位置。采用双层锚杆，在地下3 m位置布置首层锚杆，并在深6 m位置布置第二层，锚杆倾角达到15°。将锚固位置看成是不动支座，将形成的挡土结构看成是梁，能够将主动和被动土压全部看成是外部荷载，对结构内力展开分析，求解静定梁问题。实际在出土压力验算上，地下3 m位置主动土压力达到51 kPa，被动土压为342 kPa。在6 m深的位置，主动土压将达到81 kPa，被动土为435 kPa。在1 m位置，土压为0。在弯矩平衡的条件下，对锚杆水平拉力展开分析，能够确定首层锚杆拉力大小达到99 kN，第二层达到162 kN，根据验算结构，需要将首层锚杆拉力设计为198 kN，第二层为323 kN，支护柱为18 m。考虑到基坑支护施工期间将遭遇雨季，导致结构容易受到地下水位变化因素的影响。为保证基坑施工安全，需要做好底部排水池设计，有效治理上层滞水。从工程后期施工情况来看，通过建立监测系统对基坑开挖过程进行监管，确认基坑支护结构水平位移最大为36 mm，周围地面沉降变形量最大为21 mm，均未超出二级安全等级要求。此外，在施工期间开展环境巡查工作，始终未发现道路裂缝、异常水渗漏等情况，说明采取的排水和支护方式有效。因此从总体上来看，采用的支护方案能够确保基坑施工的安全性。

4 结 语

运用多种岩土勘察技术开展全面调研，能够为地质工程基坑支护设计提供充足数据，在把握土壤黏度、环境条件等因素的基础上选择适合的支护方式，并通过合理验算结构力学性能保证工程施工安全。在实践工作中，需要熟练掌握岩土勘察和基坑支护设计要点，做到规范开展各类试验，才能保证获得的数据准确，从而提出正确的支护方案，有效提升支护结构的稳定性。

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