基坑支護結構設計中改善巖土工程地質條件的常見方法

呼延安娣

（鄭州大學，河南 鄭州 450000）

0 引言

在工程建設中，基坑支護主要起到穩固基坑的作用，能夠全面提升工程施工安全性。部分工程處于地質情況較為復雜的區域，復雜的地質情況會增加施工難度，例如一些含水量較高的地質條件中，需要對基坑支護體系進行科學設計，從而提高結構體系支護效果，滿足工程建設需要。也就是說，巖土工程地質條件是基坑支護設計的依據，關系到地基結構的穩定性，關系到基坑支護施工的安全。表面處理、不均勻沉降處理、含水率控制以及基坑支護加固是常見的改善巖土工程地質條件的科學方法，在基坑支護結構設計多有應用。本文從基坑支護工程設計的基本原則出發，對基坑支護工程設計中常用的改善巖土工程地質條件的科學方法進行介紹。

1 基坑支護基本概念及結構設計基本原則

1.1 基坑支護基本概念

在工程建設領域中，基坑支護技術是工程建設的重要基礎，對于工程整體質量具有深刻影響。基坑是為了工程建設而開挖的基礎坑，基坑支護是指支撐深基坑的結構體系，主要作用是保證基坑穩定性，使其在施工過程中不會出現坍塌、過大位移或過大沉降的一種結構體系[1]。基坑能夠提高建筑地基承載力，同時能夠提高施工空間利用率，對于施工空間較為狹小的工程具有重要意義。基坑支護設計則是指根據地質勘察結果，保證基坑穩定性和安全性的支護結構設計，需要進行荷載計算、位移計算等，才能夠保證基坑支護結構質量。

1.2 基坑支護結構設計基本原則

（1）安全性原則。因為基坑施工是一個動態化過程，存在多項危險因素，如果出現基坑坍塌等問題，會對施工人員造成很大影響，所以基坑支護結構設計必須將安全可靠性原則放在首要位置，根據巖土工程地質條件，做好結構設計工作，確保基坑支護結構具有較高強度。

（2）經濟性原則。因為基坑支護工程量較大，需要投入較多成本，為了提升工程經濟效益，合理地控制施工成本，則需要在保證支護結構質量的基礎上，充分考慮成本問題。

（3）施工便利性原則。不能為了節省施工成本，而增加施工難度，需要充分考慮到工況條件、材料運輸等方面，從而能夠提高施工效率，防止在施工過程中出現工期延誤的問題[2]。

2 巖土工程地質條件是建筑工程地基處理的科學依據

通常情況下，巖土工程地質條件勘察工作主要涉及地質形態、地質截面劃分、巖土參數、地下條件以及勘察技術等幾個方面。地質形態是在建筑工程施工開展前，通過對施工現場地下巖土情況、破壞情況、巖土類型以及分布等進行勘察，從而為建筑工程提供科學的地質信息數據支持；截面劃分標準在不同地區根據具體的情況有著不同的規定，施工現場的截面劃分必須滿足實際建設需求；巖土參數主要是分析巖土的化學成分、巖土顆粒大小、巖土破壞程度等，所包含的內容較多，是巖土工程勘察工作中的最主要內容，能夠為建筑工程地基處理提供科學的依據，提供數據支持；地下水對于工程建設具有重要影響，地下水位高低、地下水補充關系等都需要在工程前期進行充分考慮，尤其是基坑支護工程中，地下水會對基坑支護結構穩定性造成直接影響，所以必須將其充分體現在巖土工程地質條件中；勘察技術是巖土工程勘察工作的基礎，勘察人員必須掌握專業的勘察技術以及知識體系，從而得到準確的勘察結果[3]。

3 巖土工程地質條件在基坑支護設計中的具體應用

在H市某高層住宅建筑工程中，該工程場地總體地勢平坦開闊。筆者負責本次項目中4#、5#、6#三棟高層建筑、一棟六層商業樓（7#樓），以及之間連通的地下室。4#、5#、6#三棟高層建筑和7#商業建筑標高為67.3m；負一層地下室底板頂標高為-5.12m，地下室底板墊層標高設計高程為61.42m；負二層地下室底板頂標高為-8.74m，地下室底板墊層標高設計高程為57.84m，靠近南側雙樁承臺墊層底部為57.04m，坑底設計高程為60.74m。4#、5#、6#三棟高層建筑應用樁筏基礎，地下室應用旋挖基礎樁。

在前期地質勘察中，重點對土層分布特征進行分析，該區域土層中主要包括：

（1）人工填土層。素填土①層：褐黃色，松散～稍密，稍濕，以粉土為主，含植物根系、少量磚塊與碎石，厚度0.5～1.1m。

（2）第四系上更新統坡洪積層。粉土（褐黃色）層：褐黃色，中密～密實，稍濕～濕，含云母，氧化鐵，局部含少量鈣質結核、灰綠色團塊，局部夾粉砂薄層。揭露厚度為16.2m。

（3）第四系上更新統坡洪積層。黃土狀粉土層：灰黃色，中密～密實，稍濕，含云母、氧化鐵，見白色菌絲，偶含鈣質結核，揭露厚度8.2m。

針對該地層結構，為了提升支護結構體系強度需要按照巖土工程地質條件即工程巖土力學參數對其支護結構進行設計。表1為工程巖土物理學參數建議值詳細數據。

表1 工程巖土物理學建議值

在該工程的基坑支護設計中，按照實際巖土工程勘察結果，結合表1的建議值，對基坑支護體系進行設計，詳細設計內容如表2所示。

表2 工程基坑支護體系設計

4 改善巖土工程地質條件的方法

巖土工程地質條件是基坑支護設計的依據，關系到地基結構的穩定性，關系到基坑支護施工的安全。在巖土工程地質條件較差時，基坑支護設計中需要采取科學的方法加以改善。表面處理、不均勻沉降處理、含水率控制以及基坑支護加固是常見的改善巖土工程地質條件的科學方法。

4.1 表面處理為基坑支護提供穩固的支撐

表面處理是根據巖土工程地質條件對軟土地基實施的技術處理，通過對地基表面的處理，能夠提高排水效果，從而確保地基結構穩定性，為基坑支護提供穩固的支撐。如果地基中水分含量較大，可以通過在地面挖掘溝渠的方式，將地基中的水分排出，起到強化地基強度的作用。在對地基進行換填時，可以將砂墊用于地基薄弱且排水方便的區域中，同時保證所采用的砂石符合質量要求。通常情況下，礫石相比于砂墊更加方便，在更換碎石之后，需要對地基進行加固處理，使其內部縫隙逐漸縮小，從而能夠全面提升地基質量，起到支撐基坑支護結構的作用[4]。

4.2 不均勻沉降處理確保地基能夠支撐基坑支護結構

在建筑工程建設期間，如果巖土工程中發生不均勻沉降的現象，可以采用排水加固、注漿加固、夯實加固以及更換土層等處理方法，確保地基能夠支撐基坑支護結構，防止基坑支護結構穩定性受到影響，提高施工安全性。也可以采用水泥、生石灰等對地基進行處理，從而提高地基支撐強度，滿足基坑支護結構要求。

4.3 加強含水率控制改善巖土工程地質條件

在該工程中，因為建筑場地為某河流區域，工程區域內地下水為填土層中的上層滯水，第四系砂、礫石層中的空隙承壓水。經過地質勘察，該區域地上水位在61～64.5m之間，上層滯水主要位于雜填土中，地下水補給主要來源于自然降水，對基坑施工產生的影響有限，所以上層滯水可以采用明排的方式進行處理，通過建造排水溝和集水井的方式，能夠將水排出基坑外，從而防止對基坑支護結構造成影響。但是部分區域的輸水量較大，在查明原因后發現無法應用堵截的方式進行處理，所以在基坑上坡面中，按照間距100cm×100cm安裝PVC管泄水孔，上層滯水則能夠順利排到集水井中，在部分地下水較多的區域通過采用速凝劑等方式，能夠有效處理多余水量[5]。

在基坑開挖過程中，針對存在地表水的區域，采用坑內排水溝的方式，將其導流進入集水井中，通過承壓泵明排方式排出。為了防止地表水或自然降水流入基坑內部，該工程中沿著基坑周圍建造混凝土硬化層，厚度為10cm，硬化層作為反坡，外部建造集水溝，從而能夠阻止自然降水進入基坑內；針對基坑內部的積水，在基坑內部設置排水溝、集水井，集水井安裝在基坑內的低洼地帶，設置間距為60m，排水溝和集水井設置在地下水基礎邊線的0.5m區域，排水溝底部低于0.3m左右，集水井低于排水溝約0.4m。除此之外，通過對負二層地下室和5#樓分別對降水井進行計算，按照單個降水井的降水影響范圍，同時結合附近降水資料，考慮到該區域地質地層的情況，因負二層基坑深度較大，按照基坑形狀，對負二層地下室設置32口降水井，6口觀測井，5#樓降水井口總數為6口，觀測井5口；考慮到基坑所處地層主要為雜填土和粉質黏土，形狀較差，對于基坑邊坡穩定性會產生很大影響，所以采用減壓降水方法，降壓范圍主要針對粉砂。

4.4 基坑支護加固提高基坑支護體系質量

為了提高基坑支護體系質量，確保其質量能夠達到標準，需要對基坑支護結構進行加固，保證其能夠承載相應的負荷。在本次基坑支護施工過程中，為了提高支護結構體系承載力，結合實際情況對其進行加固處理，從而保證基坑支護體系結構能夠有效承載負荷，使得基坑支護結構質量得到很大提升。與此同時，考慮到該工程環境較為復雜，地層穩定性較差，且施工場地較為狹窄，所以不能通過對基坑支護結構外部加固的方式，否則會對周圍其他建筑物的地基等造成影響，在技術人員論證后，決定采用連續墻底部注漿加固技術，沿著已經施工完成的基坑支護結構開挖出一段溝槽，并在溝槽內部安裝鋼筋籠，之后通過混凝土澆筑的方式，使其形成連續單元墻，能夠起到良好的加固效果[6]。通過科學的加固方案設計，使得本次基坑支護結構質量得以全面提高，促進基坑工程順利實施。

5 結束語

綜上所述，在基坑支護設計過程中，巖土工程地質條件是建筑工程地基處理的科學依據，能夠為基坑支護設計提供科學的地質資料，從而提高支護結構體系設計的合理性，滿足工程建設的安全要求。也就是說，巖土工程地質條件是基坑支護設計的依據，關系到地基結構的穩定性，關系到基坑支護施工的安全。實踐證明，在巖土工程地質條件較差時，表面處理、不均勻沉降處理、含水率控制以及基坑支護加固等方法科學合理，切實可行，實用價值高。