礦山工程深基坑支護設計及施工探討

王 茜

近年來，我國礦山基礎工程施工項目逐步增多，而在工業化進程不斷推進的大環境下，對礦山工程施工的質量要求越來越高，基坑的深度逐年增大，對深基坑支護提出了更高的要求。基坑支護主要是為保護地下主體結構施工和基坑周邊環境的安全，對基坑采用的臨時性支擋、加固、保護與地下水控制的措施。基坑支護能夠保證基坑四周的土體的穩定性，同時滿足地下室施工有足夠空間的要求，這是土方開挖和地下室施工的必要條件；坑壁土體的變形，包括地面和地下土體的垂直和水平位移要控制在允許范圍內。通過截水、降水、排水等措施，保證礦山基坑工程施工作業面在地下水位以上。我國不同區域工程地質、水文地質條件差異明顯，適用的深基坑支護技術也不相同，在具體施工中需要結合工程地質、水文地質條件，以及礦山工程的特點和使用用途，采取有針對性的支護技術和方案，才能提升支護效果，保證深基坑的穩定性，并降低對周圍既有基礎設施造成的不良影響。基于此，開展礦山工程深基坑支護設計及施工的探討分析就顯得尤為必要。

1 工程概述

某礦山工程，總面積為2.64 萬m2，整體結構為框架混凝土結構，基坑面積為1.85 萬m2，基坑深度最深處為18.6m，最淺處也有15.4m。自然地面高程在4.6m ～4.8m 之間，地質條件比較復雜，通過鉆探勘查結果表明，本工程在土方開挖的范圍內，地質結構從上到下依次為：雜填土、淤泥質土、淤泥、砂礫、粉質粘土、粘土等。施工區域內地下水位的高低季節性明顯，潛水每年的11月份，到第二年的3月份地下水位比較高，其余月份比較低，年變化幅度為2m 左右。

2 礦山工程深基坑支護的特點分析

深基坑和常規基坑相比，具有很強的綜合性，設計和施工也比較復雜，具有的特點主要體現在以下幾個方面：

第一，深度在不斷增加。在工業化進程不斷推進的背景下，城市現有土地資源越來越少，為提升有限資源的最大利用率，礦山工程的高度越來越高，高度的增加必然會引起基坑深度的增加，這是客觀存在的。

第二，區域性比較強。我國不同地區工程地質、水文地質條件差異明顯，在礦山工程深基坑支護中即便是相同的區域，不同的土層的巖土工程性質也不相同。在進行深基坑支護和開挖的過程中，必須結合當地的實際條件采取有針對性的技術，才能保證各項工作有序開展。

第三，周邊環境影響大，有一少部分礦山基礎工程施工項目位于城市內，人流車流密集的區域，因此，影響深基坑支護設計和施工的因素比較多，在選擇設計方案和施工技術的時候，需要綜合考慮對周圍既有基礎設施和地下管線造成的不良影響。

第四，風險性和隨機性。深基坑支護多為臨時性工程，一些施工單位降低成本，對深基坑支護不夠重視，大大增加了深基坑施工發生安全風險的概率。而且深基坑施工時間比較長，存在很多不確定因素，增強了深基坑支護施工的隨機性。

3 礦山工程深基坑支護設計要點

3.1 設計原則

就案例工程而言，深基坑規模比較大，為保證深基坑支護質量和效果，在具體設計中必須嚴格遵循“技術先進、經濟合理、安全可靠”的原則，以保證深基坑支護在地下結構施工中的穩定性，避免發生安全問題。而且在設計中還要綜合考慮工程特點和水文地質條件，進行因地制宜和科學合理的設計。礦山工程深基坑深度最深處達到18.6m，屬于大規模深基坑工程，而且周圍有很多既有基礎設施，管線布設復雜，深基坑支護設計的安全性至關重要，因此，在本工程深基坑支護設計安全等級必須達到一級，重要性系數取值為1.1。

3.2 深基坑支護方案設計

選擇深基坑支護方案，是深基坑支護設計在科學技術不斷發展的背景下，深基坑支護施工技術愈發多樣化，在每種支護技術都有其獨特的特點和應用范圍的情況下，綜合考慮多方面因素才能選擇出最佳的支護方案，主要包括以下幾個方面：

第一，造價。在深基坑支護設計中需要考慮經濟效益，在保證支護效果和質量的基礎上，最大限度降低人力、材料、機械設備的投入成本，合理安排深基坑開挖、土方運輸、堆放、回填等，以便最大限度降低深基坑支護的成本。

第二，環境因素。在深基坑支護設計中，需要切實做好安全生產、文明施工，在后期施工中要能夠最大限度的降低對周圍環境造成的影響。

第三，工期。深基坑支護形式不同，施工工期也不相同。案例工程規模大、時間緊、任務重，要求深基坑支護工期越短越好。

第四，不可預見性因素。在深基坑支護方案設計中還要綜合考慮降雨、降雪等因素對施工造成的不良影響。

綜合上述因素，結合本工程的場地條件，考慮到施工工期比較緊，為縮短工期，降低造價，減少回填量，且基坑挖深15m ～18m，地質條件較差綜合分析，決定采用支護樁+預應力錨桿的支護方案，本方案具有的優勢包括：對周圍臨近基礎設施的影響比較小，結構輕輕，柔性大，同時具有良好的抗震性和延性，而且施工方便，安全，操作靈活，可結合現場實際需求，及時調整設計方案。在整個施工中無需獨立的使用場地，穩定可靠，支護之后邊坡的位移比較小，水平位移通常為深基坑深度的0.1%～0.2%，最大不超過0.3%，工期短，效率高，成本低，很好地契合礦山工程施工對深基坑支護的要求。

4 礦山工程深基坑支護施工要點

4.1 做好施工前的準備工作

礦山工程的深基坑支護采用支護樁+預應力錨桿的支護方式，首先需要做好施工前的準備工作，充分了解和掌握地下障礙物和管線分布情況。做好測量放線工作，布設好變形監測點，組織施工單位進行技術交底、安全交底。同時按照設計方案的要求，做好材料、設備、人員、工藝的準備工作，以保證后期的施工能夠高效、有序的開展。

4.2 支護樁施工

（1）設備安裝。首先是挖護筒，護筒的中心軸線對準裝維的中心，并在護筒做好標記，控制樁位。之后鉆機要按照指定的位置布置好，將桅桿和鉆桿的角度根據施工計劃進行調整，將鉆機安裝好并調平處理，不要明顯嚴重的傾斜及移位。

（2）成孔。打入第一個支護樁時，要緩速勻速進行，結合地層的地質情況，避免對周圍基礎設施造成影響，控制鉆進的參數，不能鉆速過快。成孔過程中采用泥漿護壁，鉆進時要確保泥漿面不能比導墻頂部低，需超過40cm。打入到足夠深度后提鉆，提鉆過程中也要向孔中注入泥漿，確保泥漿高度不會有明顯的變化。在鉆進期間還要定期檢查相關尺寸，如果和施工設計不符，需要及時調整。

（3）清孔。當鉆到設計的深度后，提出鉆頭，對鉆孔進行清理，采用磨盤撈渣鉆頭清理，確保孔底厚度的沉渣不超過15cm。

（4）鋼筋籠制作及安裝。結合施工設計，根據預先設計的鋼筋籠進行制作，制作完成后經過驗收合格到現場進行焊接。鋼筋籠堆放于不會影響到基坑支護的地方，焊接是需要把加勁箍以及螺旋箍和鋼筋牢牢焊接，分段制作并完成焊接。在鋼筋籠的安裝施工中，利用吊車捆扎牢固，平穩吊起，防止鋼筋籠在吊裝過程中變形，對于體型大的這類鋼筋籠。可同時運用調車主副鉤將鋼筋籠一并吊起。將鋼筋籠吊到設計位置，下放至標高，并設置墊塊加以保護。

（5）混凝土灌注。完成以上操作后就可以開展混凝土的灌注施工，本工程利用自由塞隔水，也就是充氣球膽，其直徑的大小選擇沒有固定，只要能夠保證導管的自由進出就好。導管的下入深度和孔深等參數必須要嚴格測量，導管的地步和孔底的距離要控制在大約0.3m ～0.5m 的范圍，且導管要居中位置。

進行混凝土灌注施工時，首灌的埋管深度要至少為1m，首灌完成之后，混凝土可以開始持續灌注，經由漏洞向導管注入，但是注意不能一次性注滿，防止有氣囊生成。注入完成之后將導管拔出，需要先確定灌注深度以及導管埋深，再將導管拔出。為了能夠保證樁頂的質量達標，需要在樁頂的設計標高的基礎上額外增加0.8m ～1m 的高度，因為在灌注結束后，將導管拔出，同時灌注壓力也減少，這可能會使灌注樁造成一定程度下沉，所以本工程在灌注時在設計高度基礎上額外增加了一部分的灌注高度。此外，在拔出導管時，拔出的速度不能過快，避免孔上部的泥漿滲入到灌注樁中。灌注完成后，形成混凝土灌注支護樁，進行質量檢測工作。質量檢測需要在每個工序完成后都要進行，在全部工序完成后也要進行一次整體的質檢工作。質量檢測包括成孔、清孔的質量、鋼筋籠的質量、混凝土灌注樁的質量等方面，嚴格按照施工設計，以及業內技術規范作為參照標準。樁身的質量要通過低應變動測技術來檢測完整性，確保灌注支護樁內部沒有離析、夾層或是縮頸等問題。抽檢工程總樁數中的10%，本工程的支護樁施工經過質量檢測均滿足設計要求和相關規范。

4.3 預應力錨桿施工

4.3.1 造孔

通過錨桿機鉆按照設計的位置進行鉆孔，鉆孔工藝為濕法成孔。在鉆施工之前，要根據工程設計確定好鉆孔的所在位置，并進行標記，孔的位置不能有過大偏差，錨桿傾角為15°，角度誤差不能超過±3°。錨孔的成孔深度要比設計深度預留出一定長度，大約是0.5m，如果造孔過程中發現存在較大的水量，那么就需要先暫停施工，避免滲水塌孔，需要設置倒水孔，并做好清理，才能將錨桿插入。

4.3.2 錨桿的制作和組裝

按照工程設計選擇對應的鋼絞線尺寸規格，在錨桿和鋼絞線到現場后先要進行去污除銹處理，再進行組裝。不同鋼絞線如果有接頭，那么接頭部分需要錯開，并通過擠壓式套管處理接頭使其連接穩定。錨桿和錨固體的連接部位通過鉛絲進行捆扎，鋼絞線結合應用的千斤頂重量確定需要預留的張拉長度。在錨桿前段還要設置一個導向裝置。

4.3.3 錨桿的安插

將錨桿小心謹慎地插入到錨孔之中，這期間要避免不要出現錨桿彎曲、扭曲的情況。在插入錨桿的同時，通過底部注漿的辦法，使錨桿固定，注漿管要和錨桿以同插入到錨孔之中，注漿管的頭部要和孔底有大約5cm ～10cm 的距離，當錨桿安插固定好之后，再通過鎖緊裝置固定錨桿頭。

4.3.4 錨桿注漿

錨桿注漿采用純水泥漿，結合試驗設計水灰配比，本工程的水灰比為0.4 ～0.5，并添加一些早強劑，從而使錨桿和漿液的固結體能夠盡快提升強度，保證在20d 的強度可達20MPa以上。此外，注漿的方法是二次注漿法，在首次注漿時按照0.5MPa ～0.7MPa 的注漿壓力進行注漿，把導管插入到孔底，之后將漿液注入，邊注漿邊勻速、緩速地將導管拔出，在這一過程中導管出漿口要始終位于錨孔的漿體以下。第二次注漿采用高壓注漿，當首次注漿的24 后，進行二次注漿，利用φ20 的注漿管隨著錨桿異同進入到錨孔底部，二次注漿的壓力控制為2.5MPa ～5MPa 的范圍。注漿結束，或是需要中途暫停較長的時間，那么務必要對注漿泵及注漿管進行清洗，避免堵塞。

4.3.5 錨桿的預應力張拉和鎖定

這是預應力錨桿的關鍵施工環節，等到錨桿和注漿所形成的錨固體充分融合，錨固體強度達到設計強度的七層時，就可以進行預應力張拉。大約每15 米的距離設置一個錨桿，按照隔二拉一的原則張拉預應力鋼絞線并進行鎖定。在張拉前，先要將鋼絞線完全伸直，之后按照0.7 倍/s 的當前應力逐漸增加，直到達到設計值，但是要預留一部分富余量，因為松開鋼絞線時可能會有一部分回縮，因此建議拉倒設計值的1.1 倍～1.2 倍左右，保持5min ～10min，之后將其鎖定，并檢查預應力是否達標，如果沒有達到設計值需要再進行張拉。

4.4 排水系統

為提升支護效果，整個支護過程需要在排除地下水的情況下進行，否則會增大支護的難度，而且不利于保證施工質量。案例工程在深基坑支護施工中，為營造一個無水環境，采取了地表排水、支護內部排水、基坑排水相互結合的方法。施工面復核工程坐標、水準基點、場地標高，并報驗。基坑開挖的原則應側壁土方四周先開挖再退中間的土方，基坑側壁土方必須分層分段均衡開挖，嚴格做到開挖一層支護一層，上層末支護完，不得開挖下一層。每層開挖深度為土釘以下0.5m，支護系統強度達到設計強度的80%后方可開挖下一層，開挖坡度必須符合設計要求，同時不得在大雨天開挖，施工每層開挖深度不超過1.5m，每段開挖長度不大于15m，素填土層開挖長度不大于15m，淤泥每層開挖深度不超過1.3m，每段開挖長度不大于6m，且應間隔開挖，開挖后應及時對壁面進行修整。土方開挖過程中應做好坑內滯水及大氣降水的疏導工作，確保坑內不積水；土方開挖順序與速度應根據監測結果及時調整。防止土地處于飽和狀態并減輕作用于面層上的靜水壓力。在深基坑頂部四周需要采取明溝排水的方法，以免雨水滲流到深基坑內部，影響支護效果。在深基坑內部需要布設排水溝和集水井，并和深基坑邊壁之間需要預留出一定的距離，集水井中的積水需要潛水泵及時排出，從為深基坑土釘支護營造一個無水的環境，更好的保證支護效果。

5 礦山工程深基坑支護施工中特殊情況的處理

礦山工程深基坑支護施工難度比較大，影響施工質量的因素比較多，為保證施工質量，控制安全問題，在礦山工程深基坑支護施工中難免會遇到一些特殊情況，控制不當會引起嚴重的質量問題和安全性問題，需要進行有針對性的處理。常見的特殊性情況有滑坡、局部坍塌、地標裂縫，相應的處理措施如下。

5.1 滑坡的處理措施

在礦山工程深基坑支護施工中一旦遇到滑坡問題，需要立即停止施工，如果情況嚴重，要及時組織施工人員撤離到安全地帶。現場管理人員要采取有效的處理措施，來降低滑坡造成的危害和損害，比如：可用挖掘機在坡腳位置快速回填。并按照滑動跡象，設置合適的觀測點，按照滑坡體平面位移和沉降變化情況，作好記錄，為滑坡處理提供有效的數據參考。

5.2 局部坍塌

局部坍塌也是礦山工程深基坑支護施工常見的安全問題，在深基坑支護中如果遇到砂土層，沒有及時支護，致使砂土長時間暴露在空氣中，砂土中水份散失后，在自重或者是外力的作用下就會發生坍塌問題。為解決這一問題，需要盡量縮短清坡和支護的時間，將開挖分段長度控制在3m ～5m 之內，并調整施工工序，清坡后立交進行土釘支護，掛設鋼筋網片和噴射混凝土。

5.3 地標裂縫

在正常情況下，地標發生輕微裂縫，以及靠近基坑的基礎設施出現微小開裂可看做是正常現象無需處理。但如果裂縫過大，或者微小裂縫有繼續發展的趨勢，就需要停止施工，修改支護參數，及時加固處理，以保證礦山工程深基坑支護結構的穩定性。

6 結語

綜上所述，結合工程實例，探討了礦山工程深基坑支護設計及施工，探討結果表明，深基坑設計和施工是礦山工程施工的關鍵內容，對整個礦山工程的總體質量及穩定性有很大影響。為保證礦山工程深基坑支護質量。需要結合工程特點，掌握深基坑水文地質條件，綜合考慮經濟性、使用速度、環境保護等都多方面內容，設計出最適宜的深基坑支護方案，并對施工過程進行嚴格控制，才能提升深基坑的質量，更好的保證礦山工程的施工質量。