復雜地質條件下深基坑工程中的特殊支護體系應用

（河南省建設基礎工程有限公司，河南鄭州 450000）

特殊支護體系由擋土、挖土、支護降水等子項工程構成，對深基坑側壁進行加固保護，確保周邊及地下相關建筑物管網管線的安全性，保證其結構穩定并防止地下水滲透，對深基坑工程安全具有重要作用[1]。國內外對支護體系開展了大量研究，重點分析了軟土地區的深基坑工程，得出圍護結構最大位移與開挖深度的關系，支護與基坑周邊土體相互影響，可判斷基坑變形與支護應用的關聯性，并對不同支護形式的基坑變形進行監測，對圍護結構變形進行分析，得到支護體系的開挖深度、側向位移、地表沉降等比值[2]。結合深基坑工程實例，對淤泥質土的固化性能進行深入分析，得到固化土強度規律，實現對支護結構變形的監控，優化支護主體的加固參數，控制支護體系的內支撐預應力，計算支護體系的土壓力，得到支護體系土體加固的最優施工方案[3]。復雜地質條件下的基坑支護工程風險較大，事故發生率較高，工程對支護體系開挖技術的要求越來越高。部分基坑支護形式的應用設計不合理，導致深基坑出現坍塌、結構失穩等現象，研究復雜地質條件下的基坑支護應用，保證深基坑施工的安全性和穩定性，為施工過程提供指導性建議。

1 復雜地質條件下特殊支護體系在深基坑工程中的應用

某核電站常規島/泵房基坑布置在周邊水源充足的軟土地基上，表層覆蓋淤泥軟土層較厚。該基坑工程開挖范圍大、深度深（27 m），該工程地下海工防滲分布復雜，周邊已施工部分前期工程。基坑開挖應保證基坑周邊邊坡自身穩定，保證周圍構筑物不受破壞、不喪失結構功能。在深基坑開挖施工中，須針對基坑周邊構筑物的變形和振動等設計要求進行控制施工，以確保基坑周邊邊坡的自身穩定及周邊構筑物不受破壞，確保工程施工安全。常規的基坑支護方案實施難度大、費用高，因此，采用強夯擠淤支護施工技術。

1.1 采取土釘墻支護形式

深基坑工程周邊地質條件復雜時，選取土釘墻支護形式，充分發揮邊坡土體的自承能力。在基坑側壁通過鉆孔放置土釘、注漿，使鋼筋、土體形成一個整體，支護對象主要為含水率較高的軟弱土層和砂層[4]。在地下水位較低且地質情況較好的地層中，土釘應沿孔道注入純水泥漿或水泥砂漿，使錨固體達到相應的強度：

式中：σ——靜止土壓力強度為（Pa）；r——支擋土體重度；K——靜止土壓力系數；P——錨固體強度（N/m）。

利用上述公式，控制支護體系注入錨孔內注漿體的強度，在孔內放入鋼筋，對邊坡土體進行加固處理，在此過程中進行信息化、動態化控制。選擇土釘形式時，采集施工現場的監測數據，根據不同地質情況和地下水情況，選擇合適的土釘支護方式，形成復合土體，起到支護作用[5]。

土釘形式支護流程如圖1所示。

圖1 土釘墻支護流程

根據不同區域的地質特征，選取組合支護方案，確定合理的結構形式。根據復雜地質條件下的工程情況進行綜合分析，確定采用的具體樁型。根據排樁的成樁工藝和樁型，確定無支撐、多支撐、單支撐結構的布置方式，采用預制地下連續墻技術，工廠預制現場裝配的流程，使其可承受較大的水平荷載。地下水位較高且土質較差的軟土地區，可使用專用機械設備，采用對土體擾動較少的排樁支護方案，實現鉆孔灌注樁的支護結構。施工過程中應注意防水工作，使護栓作為地下結構的外墻，起到兩墻合一的作用。施工過程中應嚴格控制土體的位移沉降，避免采用挖空樁，以此確定深基坑工程支護形式。

1.2 控制支護樁墻變形量

土釘墻支護流程過程中，存在孔道水壓力消散的過程，導致坑底土體、基坑外地表及支護樁墻產生變形，應選取土釘墻支護參數，監測深基坑及支護體系變形，將變形影響控制在一定范圍內[6-7]。對深基坑進行開挖處理，使兩側土體形成應力差，控制深基坑的橫豎向深度為開挖深度的3～5、2～4倍，約束樁墻頂的水平位移，使樁墻在坑外土壓力的作用下形成倒三角形位移形狀，土體應力差：

式中：i——深基坑地質層；E——兩側土體卸載模量；b——總卸載應力；L——兩側土體厚度（m）；h——土體殘余應力系數；S——土體應力差。

可根據圍護樁墻所在地層的移動面積，判斷假定的地表沉降曲線。樁墻的最大側向位移為坑底，應距離基坑邊開挖0.5倍深度，在基坑底選取一個固定點，計算該點沉降量與地表最大沉降量的比值及樁墻距離與開挖深度的比值，支護參數的變形量：

式中：Q——支護參數的變形量；Zi——基坑底至第i層土底面的距離（m）；ai——基坑底計算點至第i層土底面平均應力附加系數；Zi-1——i-1層土底面的距離（m）；j——土體回彈影響的沉降經驗系數；c——坑底以上土體的自重；ai-1——i-1層土底面范圍內平均應力附加系數。

無地區經驗取值時，j取1，c應處于地下水位以下并去除水的浮力。利用式（3）可判斷深基坑工程的地表差異性沉降，測量圍護樁墻水平位移，取墻體水平位移的0.8倍值，判斷地表沉降相應土層移動面積的關系，使地表沉降分布在開挖深度范圍內，其范圍應距基坑邊2倍距離。0.8倍值超過1/150時，變形量會導致樁墻出現開裂，應控制坑底位置沉降量為最大值，預測深基坑地表沉降，使支護樁墻位移變量降至最低，實現支護樁墻變形量的控制。以完成復雜地質條件下特殊支護體系在深基坑工程中應用方法的設計。

2 試驗論證分析

深基坑工程選取某地下車庫，自西向東略有起伏，基坑形狀為矩形，底口線周長為253.1 m，地面標高介于419.32～420.09 m，設置9支護段，其支護類型如表1所示。

表1 各支護段支護類型 單位：m

護段支護材料為混凝土，單元類型分別為植入式梁單元和2D板單元，兩種方法分別對支護體系的結構參數進行計算，得到結構參數如表2所示。

表2 支護結構材料參數

對施工過程中9支護段的護坡樁沉降量進行檢測，兩種應用方法的對比結果如表3所示。

表3 試驗對比結果 單位：mm

由表3可知，本文應用方法平均沉降量為3.3 mm，傳統應用方法平均沉降量為5.1 mm。相比傳統方法，本文方法沉降量減少了1.8 mm，控制基坑邊線最大沉降量在荷載作用范圍內，使特殊支護體系的應用效果更滿足安全性要求。

3 結語

本文提出的支護體系應用方法采取了土釘墻支護形式，在復雜地質環境中，保證了深基坑工程的安全穩定，減少了護樁的沉降量。