基于高應力的巖土工程地質特征及變形力學機制研究

高 鵬, 董 霞

（1.中國有色金屬長沙勘察設計研究院有限公司，湖南 長沙 410000；2.湖南德力電力建設集團有限公司，湖南 長沙 410000）

1 設計依據

設計依據，是根據中國有色金屬勘查設計研究院有限公司2013年12月提供的巖土工程詳細勘查報告；建設單位2014年2月20日提供的地形圖、基坑開挖邊線圖（電子版）；理正深基坑計算軟件7.0版。

2 工程概況

擬建巖土工程場地位于大型礦山場地，巖土場地原始地貌單元屬沖積階地，后經人工改造，原始地形已改變。現場地四周較高中間低，地勢起伏較大，大部分地段現為巖土工程。場地內標高介于36.64～43.47m。擬建巖土工程基坑北側層數為2層，設計地坪標高為41.00～41.15m，基坑底板頂標高為32.15m（基坑底板按0.50m考慮，則基坑底板底標高為31.65），現北側基坑頂標高為41.00m左右，則基坑北側開挖深度9.0m左右；基坑南側地下礦層數為一層，設計地坪標高為41.00～41.15m，基坑底板頂標高為36.05m（基坑底板按0.50m考慮，則基坑底板底標高為35.55），現南側基坑頂標高為41.00m～43.55m，則基坑南側開挖深度5.45～8.00m；巖土工程基坑支護長度約435米。

3 巖土工程地質和水文地質條件

（1）地層巖性。根據勘查結果，擬建場地內分布有人工填巖土層、第四系沖積層及第四系殘積層，場地內下伏基巖為白堊系泥質粉砂巖體，各巖土層的野外特征自上而下依次描述如下。

人工填土(Q4ml)①（“①”為地層編號，下同）：素填土，主要分布場地南面及東面，部分巖土工程地段地質表面主要呈現褐紅、黃褐色，并且由粘性土組成，堆填時間約10年，密實度不均勻，干-稍濕，呈稍密狀態，層厚0.60～2.70。

雜填土：主要分布場地西部、東南及東北場地局部地段，雜色，主要巖土工程建筑垃圾組成，混10～30%的粘性土，密實度不均勻，堆填時間約6年，干-稍濕，呈稍密、局部松散狀態,層厚1.30～6.10m。

（2）礦山巖土工程水文地質條件。水文地質地表水及地下水類型和水位擬建場地地質地表水主要為地表大氣降水及鄰近生活用污水，其二為場地東側魚塘地表水體。

勘查期間，場地內各鉆孔中均遇見地下水，主要為上層滯水和潛水。上層滯水主要賦存于人工填土①及和植物層②中，受大氣降水和地表水補給，未形成連續穩定的水位面，水量較小；潛水主要賦存于粉砂⑤及圓礫⑥中，受大氣降水及地表水的下滲補給及地下水橫向徑流補給，水量較大，局部略具承壓性。

4 巖土工程基坑支護方案選擇

在巖土工程中，基坑支護方案有很多，如邊坡、支護樁、錨桿、噴射混凝土錨桿、樁錨、內支護等。各種方案都有其優點和局限性。因此，選擇合理的支護方案是保證基坑支護工程質量的關鍵。本設計在深入了解和研究現有礦山巖土工程地質、水文地質資料及周邊環境條件的基礎上，借鑒成功的設計和施工經驗，對各種方案進行分析論證和優化，確定本工程AB、EF、FG、GA段采用放坡巖土工程支護，BB’、B’C、CD、DD’、D’E段采用上部放坡結合土釘墻，下部采用人工孔灌注樁結合錨索等支護型式，G’D段采用自然放坡+噴射砼支護。

5 排水系統

在礦坑(頂)底修筑截（排）水溝，尺寸300×300mm，按2～5‰坡度流向集水井中，排水溝Mu10灰砂磚砌筑，M10水泥砂漿抹面，厚度≥10mm。根據基坑內實際水量情況，布置一定數量的集水井，尺寸1000×1000×1000mm，用Mu10灰砂磚砌筑，M10水泥砂漿抹面，厚度≥10mm。抽排地下水統一匯入沉淀池，并經沉淀后方可排入市政管道。

6 礦坑支護設計

（1）設計原則。礦坑支護為臨時性支護，支護結構使用年限為礦坑支護竣工后一年。設計方案根據施工單位提供的總體方案，結合巖土工程周邊環境條件和基坑開挖深度確定。基坑支護施工應以巖土工程建筑物和基坑底線為依據，并利用頂線關系進行尺寸復核，確保支護結構不會對礦坑底部建筑及周邊道路等造成影響。

（2）礦坑支護方案。根據周邊環境條件、巖土工程條件及基坑支護深度的不同，將基坑分為AB、BB’、B’C、CD、DD’、D’E、EF、FG、GA和G’D十段，AB、EF、FG、GA段采用放坡+復合土釘墻支護，BB’、B’C、CD、DD’、D’E段采用上部放坡結合土釘墻，下部采用人工孔灌注樁結合錨索等支護型式，G’D段采用自然放坡+噴射砼支護。

7 礦坑支護施工技術要求

（1）施工工序。礦坑開挖線及支護樁位放線、復核→變形觀測點（含基準點）的設置→變形初始觀測→坡頂截水溝修筑（上部有放坡段先進行分層開挖→土釘施工→噴射砼施工、支護至冠梁頂標高）→人工挖孔樁施工→樁頂冠梁施工→坡頂截水溝修筑→（土方開挖至錨索（錨桿）標高以下0.5m→樁間土處理施工→分層錨索（錨桿）施工、鎖定→分層分段土方開挖、噴砼、支護→依此循環至設計基底標高→坡底排水溝修筑。

（2）施工準備。礦坑支護施工前做好充分的施工準備，主要包括以下內容：進一步對礦坑周邊環境進行詳細調查，并編制基坑環境調查報告。明確礦坑周邊企業管線現狀及滲漏情況，鄰近巖土建筑工程基礎形式、埋深、結構類型、使用狀況；相鄰區域內正在施工和使用的礦坑工程情況；相鄰巖土工程建筑打樁振動情況。

8 基坑支護變形觀測

礦坑支護變形觀測應委托第三方監測，監測應按規范規程進行，監理方應進行旁站，確保監測數據真實有效。

（1）監測目的。礦坑工程進行現場監測的目的：為施工提供及時的監測結果和信息，使參與施工的各方能夠完全客觀、真實地把握工程質量，掌握工程各個環節的關鍵指標和工程狀態;及時、準確地預測礦井工程主體及周圍環境的潛在危害，確保礦井結構及周邊環境的安全;在施工過程中，通過實測數據驗證工程設計中所采用的各種假設和參數，及時改進施工工藝或調整設計參數，達到良好的工程效果，從而優化設計和信息化建設。

（2）監測方法及精度要求。邊坡巖土工程的現場監測應采用儀器監測與巡視檢查相結合的方法。監測方法的選擇應根據邊坡坡度、精度要求、設計要求、場地條件、區域經驗以及方法的適用性等因素，監測方法應合理、易于實施;監測方法應根據不同的現場觀測條件和要求，如落點法、水平角法、正交點法、法線垂直線法、差分沉降法等。

（3）監測內容。根據邊坡場地巖土工程地質、水文質條件、邊坡安全等級、周邊環境條件，巖土工程規程規范，本邊坡為永久性邊坡，按一級邊坡進行監測，應監測至竣工后兩年。

9 基坑支護試驗與檢測

所有支護結構的施工質量檢驗應按照《建筑工程規范》等相關標準和規定進行，檢驗點的數量和次數應符合上述規范要求。錨索和土釘施工前應進行基礎試驗，基礎試驗專用的非工作錨索和土釘不得少于3根。

錨索抗拔承載力的檢測應符合下列規定：①檢測數量不應少于錨索總數的5%，且同一土層中的錨索檢測數量不應少于3根；②檢測試驗應在錨固段注漿固結體強度達到15MPa或達到設計強度的75%后進行；③檢測錨索應采用隨機抽樣的方法選取。④土釘采用抗拉試驗檢測承載力，同一條件下，試驗數量不宜少于總數的1%，且不應小于3根。

10 結語

本文件是在甲方2014年2月20日提供的總圖、地形圖及現場周邊條件的基礎上進行基坑支護設計的，如上述基坑條件發生變化或地質條件變化較大時應及時通知設計人員做出調整；本文件所述的各種試驗結果，應及時通知我司，如試驗不成功，應及時通知設計人員做出調整；施工過程中及竣工后，基坑頂的荷載不得超過設計允許值；在基坑的施工和使用期間，應嚴格控制不利于坡壁穩定因素的產生和發展，如隨意開挖坡腳、巖土工程地表水和地下水大量滲入坡體內等；在施工和開挖過程中，應監測基坑頂板的側向位移。當位移與當前開挖深度之比超過2‰時，應密切觀察并及時采取支護加固措施。