解析復(fù)雜條件下的深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)選型研究及實(shí)例

凌付南

（廣西壯族自治區(qū)地球物理勘察院，廣西 柳州 545005）

1 礦山工程概況、周邊環(huán)境及其管線(xiàn)布置

（1）礦山工程概況

目標(biāo)礦山建筑工程坐落在某市經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)外，地勢(shì)相對(duì)平緩，場(chǎng)地后堆填土。經(jīng)過(guò)施工單位實(shí)地勘測(cè)發(fā)現(xiàn)，孔口標(biāo)高維持在8.1米到10.14米之間，礦區(qū)場(chǎng)地南面部分區(qū)域，標(biāo)高是7米，而南西北三面道路標(biāo)高維持在8.1米上下。

目標(biāo)工程預(yù)計(jì)設(shè)置地下礦井，礦山建設(shè)總高度為約為93米。礦山礦井基坑占地面積約為20314平方米，基坑周長(zhǎng)保持在571米左右。礦井基坑整體形狀為方形，本工程±0.00標(biāo)高約為9.10米；根據(jù)礦區(qū)場(chǎng)地實(shí)際狀況及其附近道路標(biāo)高，正式施工前對(duì)礦區(qū)場(chǎng)地標(biāo)高進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，相對(duì)標(biāo)高維持在-0.8米，而地質(zhì)表面面相對(duì)標(biāo)高維持在-14.2米；因?yàn)榈V山基礎(chǔ)底板與墊層自身?yè)碛幸欢ǖ暮穸葹?.9米，所以將礦井基坑底的相對(duì)標(biāo)高調(diào)整為-15.1米，礦井核心筒電梯井基坑底相對(duì)標(biāo)高維持在-19.25米。基于此，從整體上來(lái)看，目標(biāo)礦山建筑工程基坑開(kāi)挖的深度應(yīng)當(dāng)維持在14.3米到18.45米之間。

（2）地質(zhì)條件

礦山工程施工場(chǎng)地位于沖積地質(zhì)表面，其地質(zhì)礦層主要包括①素填土：平均厚度維持在5371米，主要以粘性土、砂以及填碎石為主；②質(zhì)土：平均厚度維持在1.79米，主要以粉粘粒無(wú)為主；③粉細(xì)砂：平均厚度維持在8.91米；④中粗砂：平均厚度維持在2.12米；⑤礫砂：平均厚度維持在2.12米；⑥粉質(zhì)粘土：平均厚度維持在2.33米，主要以粉粘粒為主。

（3）礦山周邊環(huán)境

礦區(qū)場(chǎng)地整體上地勢(shì)較為平緩；場(chǎng)地東面為處于礦山施工期間的運(yùn)輸?shù)缆罚缆窐?biāo)高為8.1米，礦井與運(yùn)輸?shù)缆愤吘€(xiàn)、礦山建筑圍墻以及用地紅線(xiàn)之間的距離大約為21.6米；南面是琶洲大道，礦山地質(zhì)邊線(xiàn)與用地紅線(xiàn)以及道路邊線(xiàn)之間的距離大約為13米，部分礦區(qū)和場(chǎng)地之間存在1.7米的高度差，施工前已將其調(diào)整為8.3米；礦山地質(zhì)邊線(xiàn)與目標(biāo)工程用地紅線(xiàn)之間的距離為10米，礦山地質(zhì)邊線(xiàn)與圍墻以及用用地紅線(xiàn)之間的距離為12.6米。

（4）管線(xiàn)布置

參照目標(biāo)礦山工程現(xiàn)場(chǎng)周邊管線(xiàn)資料來(lái)看，大量電信、電力以及市管線(xiàn)分布在場(chǎng)地的南北兩面；而礦山基坑南面地質(zhì)下集中分布著各類(lèi)管線(xiàn)；污水管線(xiàn)、雨水管線(xiàn)以及電力管線(xiàn)等集中分布在礦山基坑北面地質(zhì)礦層下方區(qū)域。

2 復(fù)雜條件下礦山深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)選型討論與計(jì)算

2.1 復(fù)雜條件下礦山深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)選型討論

目標(biāo)礦山工程因?yàn)榛娱_(kāi)挖深度較深，同時(shí)地質(zhì)條件較差，礦層不僅厚，而且也直接與強(qiáng)風(fēng)化巖層相接，所以礦井止水工作難度相對(duì)較高。基于此，礦山基坑支護(hù)安全等級(jí)達(dá)到了一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，側(cè)壁重要性系數(shù)也應(yīng)當(dāng)去1.1。場(chǎng)地地質(zhì)條件較差集中體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：施工場(chǎng)地存有厚度大、分布廣泛的強(qiáng)透水砂層、淤泥質(zhì)土以及松散填土，礦山地下水不僅豐富而且水壓較大。

如果止水措施與基坑支護(hù)設(shè)計(jì)不合理，則礦井基坑在開(kāi)挖的過(guò)程中極易出現(xiàn)變形的狀況，從而影響到礦山運(yùn)輸?shù)缆芳捌湎嚓P(guān)管線(xiàn)的管定性。基于此，目標(biāo)工程首要解決的問(wèn)題就是做好止水帷幕工作，并對(duì)礦井基坑位移進(jìn)行嚴(yán)格把控，從而為后續(xù)工程的順利施工奠定良好的基礎(chǔ)。

目標(biāo)礦山工程從施工工期、工程施工以及施工安全等多角度出發(fā)，擬使用地下連續(xù)墻+鋼筋土角支撐體系。其與旋挖灌注樁+預(yù)應(yīng)力支護(hù)體系相比較來(lái)看：前者對(duì)變形控制效果更好，且不會(huì)對(duì)礦山周邊運(yùn)輸?shù)缆放c地下管線(xiàn)產(chǎn)生較大的影響；同時(shí)具有較高的礦山地質(zhì)止水性能，可靠性與安全性較高；除此之外，礦山施工工序更加簡(jiǎn)單，可行性較高，從而能夠確保整個(gè)礦山工程在規(guī)定的工期內(nèi)完工，并且施工成本投入也相對(duì)較少。

2.2 復(fù)雜條件下礦井深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)選型結(jié)構(gòu)的計(jì)算

因?yàn)檎麄€(gè)礦井深基坑開(kāi)挖過(guò)程涉及多方面的內(nèi)容，施工極其復(fù)雜，所以想要真實(shí)還原整個(gè)礦井基坑開(kāi)挖過(guò)程難度相對(duì)較大。基于此，本文擬采用礦井開(kāi)采深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)軟件對(duì)目標(biāo)工程基坑支護(hù)設(shè)計(jì)選型結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。

（1）全部分區(qū)地面超載取值

對(duì)于常規(guī)區(qū)域而言，考慮各方面因素的影響，擬將其地面超載取值定為20kPa；而針對(duì)部分特殊區(qū)域，如出土口區(qū)，擬將其地面超載取值定為35kPa。

（2）水位取值

礦井基坑內(nèi)側(cè)水位結(jié)合地下水位下降到基坑底以下0.5米；而基坑外側(cè)水位則因?yàn)榈V井上方區(qū)域存在放坡泄水管排水狀況，所以其水位應(yīng)當(dāng)選取地面下2.5米。

（3）支撐剛度取值

針對(duì)角撐：最大跨度取值為100米

因此，支護(hù)剛度取值應(yīng)當(dāng)為400MN/m。

（4）材料抗力取值

基于C30混凝土支撐梁1000*1000材料抗力，其計(jì)算公式為：

2.3 實(shí)際效果

礦山目標(biāo)工程基坑施工從2013年11月開(kāi)始，至2015年7月基坑及其相關(guān)地下結(jié)構(gòu)基本全部完工。施工期間經(jīng)受住了特大暴雨的考驗(yàn)。現(xiàn)如今，整個(gè)礦山建筑工程已經(jīng)投入使用。因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)階段全方面考慮了各種影響因素，所以最終礦井基坑支護(hù)效果十分理想；自投入使用以來(lái)，基坑內(nèi)部沒(méi)有出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，止水效果優(yōu)秀，同時(shí)從相關(guān)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果來(lái)看，基坑基本沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)較大的變形，基本處于安全狀況。

圖1 目標(biāo)工程平面示意圖

而結(jié)合預(yù)先設(shè)置的礦井基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)（如圖1所示）所表明的支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看：水平位移累積量最大的點(diǎn)為測(cè)點(diǎn)SV21，其向基坑內(nèi)側(cè)位移的量為30.23毫米；沉降累積量最大的點(diǎn)為測(cè)點(diǎn)SV17，其向下沉量約為-29.37毫米；支護(hù)結(jié)構(gòu)斜側(cè)累積量最大的點(diǎn)為測(cè)點(diǎn)CX7，其位于管口下方6.5米，側(cè)移量為30.01毫米；基坑地下水位監(jiān)測(cè)累積量最大的點(diǎn)為SW11，其礦井地下水位下降了約2.39米，第二排測(cè)點(diǎn)ZC12支撐軸力累積量最大，約為7493kN；LZ23柱沉降累積量最大，約為29毫米。結(jié)合最終的結(jié)果，不難看出，計(jì)算值與實(shí)際監(jiān)測(cè)獲得的數(shù)據(jù)大致保持相應(yīng)，同時(shí)沉降較大值與反映位移較大值都集中在基坑邊線(xiàn)中部，而兩者的較小值都集中在礦井基坑邊線(xiàn)的端部。

因此，對(duì)于豎向支護(hù)體系而言，當(dāng)?shù)V井基坑開(kāi)挖深度不低于10米，且地下15米圖被礦層厚度超過(guò)4米時(shí)，一級(jí)基坑應(yīng)當(dāng)盡可能使用地下連續(xù)墻支護(hù)結(jié)構(gòu)。而當(dāng)?shù)V層處于堅(jiān)硬巖面或者強(qiáng)風(fēng)化巖面的時(shí)候，礦山施工單位需要盡可能采取較為可靠的界面止水措施；針對(duì)強(qiáng)透水地層的施工場(chǎng)地則需要使用連續(xù)封閉的止水帷幕；除個(gè)別情況外，盡可能不要使用攪拌樁止水以及高壓噴射注漿。而對(duì)于側(cè)向支護(hù)體系而言，不適合使用錨索，應(yīng)當(dāng)使用GPS定位支撐支護(hù)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，礦井深基坑支護(hù)施工本身難度就大，尤其是在復(fù)雜地形條件下，施工單位更應(yīng)當(dāng)重視深礦井基坑支護(hù)設(shè)計(jì)選型的合理性。本文以實(shí)際礦山礦井工程為例，從不同角度對(duì)復(fù)雜條件下深礦井基坑支護(hù)設(shè)計(jì)選型展開(kāi)深入討論與分析。結(jié)果表明，在實(shí)際設(shè)計(jì)選型過(guò)程中，施工單位需要結(jié)合實(shí)際狀況，進(jìn)行全面現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，并在此基礎(chǔ)上，完成深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)工作，從而為整個(gè)工程的順利施工提供有力保障。