礦床深基坑支護設計與監測分析

孔令華

（山東省第八地質礦產勘查院，山東 日照 276800）

礦床深基坑開挖與支護設計受到場地地質和周圍環境影響，支護設計方案應本著安全、經濟原則上，制定基坑支護設計方案。以往基坑支護設計方案沒有考慮到地理環境影響，導致基坑在開挖過程中很難精準計算土水壓力，需依靠工程經驗進行施工，無法保證工程質量和施工人員生命安全[1]。

針對以往設計方案存在的問題，結合地質條件以及水質條件，對土體應力進行分析，并對支護結構位移、周邊建筑物沉降物進行監測分析，為施工人員生命安全提供保障。

1 礦床深基坑支護設計

1.1 工程條件

①地質條件。在礦床深基坑支護設計深度范圍內，根據土層特征以及物理學差異，將地層分為雜填土、黃土狀粉土、卵石和砂巖這4個主要層次。其中雜填土屬于人工堆積物，結構雜亂，主要是由厚層為0.2m～4.4m混凝土塊和碎磚等垃圾堆積而成；黃土狀粉土屬于沖洪積物，土質均勻，主要是由厚層為1.1m～22.0m黃褐色土質組成的，局部間夾有薄層黏土；卵石屬于沖洪積物，呈青灰色，主要是由厚層為4.4m～10.4m顆粒組成的，該顆粒包括石英巖、花崗巖，偶含漂石，局部間夾有中砂；砂巖也屬于沖洪積物，砂質較純，主要是由粒徑大于0.25mm顆粒組成，另含有少量云母，呈青灰色[2]。②水文條件。地下水多以孔隙潛水為主，存賦于卵石層之中，受到大氣降水補給影響，水位會隨著季節變換逐年升高。根據鄰近建筑物基坑情況，充分考慮地下水對基坑設計影響[3]。

1.2 設計方案

考慮場地質、水文條件和基坑安全經濟情況，基坑支護設計方案一定要從錨索、排樁預應力錨桿支護、排樁嵌固深度進行設計。

（1）錨索。錨索第一道支撐和因受到地理環境影響無法正常施工，那么應該錨索第二道支撐處，采用鋼筋混凝土進行支撐，針對其他位置，采用排樁預應力錨桿支護。錨索的設計能夠有效控制地基變形，保證內部支撐不會受到已建筑物影響，在保持第一道內支撐同時，可與冠梁進行同步施工，使周期縮短。

（2）排樁預應力錨桿支護。在設計排樁預應力錨桿支護時，應先分析土層基本物理參數，如下所示：①雜填土：重度為17.2kN/m3，粘聚力為14.0kpa，內摩擦角為25°，界面粘結強度為32kpa；②粉土：重度為17.2kN/m3，粘聚力為17.0kpa，內摩擦角為25°，界面粘結強度為64kpa；③卵石：重度為22.1kN/m3，粘聚力為0kpa，內摩擦角為35°，界面粘結強度為220kpa；④砂巖：重度為23.5kN/m3，粘聚力為33pa，內摩擦角為27°，界面粘結強度為140kpa。

依據上述土層基本物理參數設計排樁預應力錨桿支護，使地下施工空間足夠大，加快施工速度。通常采用3道預應力錨桿，其中第一道錨桿冠梁頂面為2.0m，第二道錨桿冠梁頂面為2.4m，第三道錨桿冠梁頂面為2.6m，插入鋼筋土釘，平面呈梅花形，保證樁間土在支護設計過程中不會出現局部塌落現象。

（3）排樁嵌固深度。采用沖擊成孔方式灌注混排樁，樁徑設計為1000mm，根據樁距確定排樁間距，否則錨桿進入樓基礎樁時會出現碰撞情況。依據樁身混凝土強度，確定排樁嵌固深度。設置排樁冠梁橫截面尺寸為1000mm×500mm，進而加強基坑支護整體性能，為保證基坑安全提供數據支持。

2 監測分析

利用有限元軟件PLAXIS對礦床深基坑支護設計進行監測分析，監測時間從開挖開始至回填結束，具體施工工況與時間關系如表1所示。

表1 施工時間與工況

依據表1所示施工時間和工況，將以往設計方法與結合地理條件設計方法基坑總變形情況進行對比分析，結果如圖1所示。

圖1 兩種設計方法樁頂側向位移

由圖1可知：隨著開工時間的增加，兩種方法樁頂側向位移也隨之變化。當時間為15t時，傳統方法樁頂側向位移為80m，結合地理環境設計方法樁頂側向位移為10m；當時間為45t時，傳統方法樁頂側向位移為47m，結合地理環境設計方法樁頂側向位移為8m；當時間為75t時，傳統方法樁頂側向位移為37m，結合地理環境設計方法樁頂側向位移為5m；當時間為90t時，傳統方法樁頂側向位移為30m，結合地理環境設計方法樁頂側向位移為5m。

對比兩種方法樁頂側向位移可知，在時間依次為15t、30t、45t、60t、75t、90t結合地理環境設計方法比傳統方法樁頂側向位移依次小70m、55m、39m、33m、32m、25m。由此可知，結合地理環境設計方法樁頂側向位移較小，說明更符合實際設計標準，由此也證實該方法設計的合理性。

3 結語

待基坑開挖完成后，進行地下室封頂時，支護水平位移并不收斂，增加坍塌風險，因此，盡早回填是保證基坑支護設計安全必要條件。對支護設計進行監測分析可得到如下結論：①在排樁預應力錨桿支護下進行基坑開挖，可降低周圍環境受到的干擾影響，從監測數據分析，樁頂側向位移較小，符合實際設計標準。②由于受到卵石影響，導致錨桿設計過于靠近基坑頂面，因此對于錨桿位置設計有待進一步研究。