工程建設(shè)中深基坑支護與巖土工程勘察技術(shù)

牟喜冬

江蘇恒一巖土工程技術(shù)有限公司 江蘇 南通 226000

工程建設(shè)施工中基礎(chǔ)施工非常重要，施工效果直接關(guān)系到上層建筑的穩(wěn)定性和安全性。在基礎(chǔ)施工中需要對巖土地基進行處理，隨著開挖深度的增加，基坑周圍地質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性降低，在周圍地質(zhì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力的作用下容易出現(xiàn)坍塌，因此需要對基坑進行支護，避免基坑周圍的巖土向基坑內(nèi)部倒塌，從而帶來人員和財產(chǎn)損失。想要保障深基坑支護效果，必須提前掌握深基坑所在區(qū)域的巖土條件，結(jié)合巖土的特點設(shè)計支護方案，從而獲得預(yù)期的支護效果。

1 工程建設(shè)中深基坑支護技術(shù)的應(yīng)用

隨著時代的發(fā)展，現(xiàn)在工程建設(shè)中深基坑越來越多，深基坑支護對于基礎(chǔ)施工作業(yè)十分重要，支護效果的好壞直接關(guān)系到施工作業(yè)環(huán)境安全性和施工質(zhì)量，因此必須選擇經(jīng)濟合理的支護方案對基坑進行支護，有效地保障基坑支護作業(yè)質(zhì)量和安全，為地下施工作業(yè)順利開展打下良好的基礎(chǔ)。軟土、砂土等巖土基坑中常見的支護方法主要有錨網(wǎng)支護技術(shù)、攪拌樁支護技術(shù)、鉆孔灌注樁技術(shù)和排樁支護技術(shù)等，本章將對這些技術(shù)的應(yīng)用進行研究。

1.1 錨網(wǎng)支護技術(shù)

錨網(wǎng)支護技術(shù)是一種通過錨桿和鋼絲網(wǎng)組合的支護技術(shù)，這種支護方法能夠有效地提升邊坡支護質(zhì)量，防止邊坡發(fā)生滑坡。進行支護作業(yè)時首先需要在邊坡開設(shè)放置錨桿的孔洞，然后將錨桿放置在孔中，使用混凝土進行加固處理，然后將鋼絲網(wǎng)安裝在錨桿上，并進行加固處理，這種支護方法的優(yōu)勢是能夠使整個邊坡處于穩(wěn)定的支護保護之下，邊坡不會出現(xiàn)小規(guī)模的滑坡現(xiàn)象[1]。錨網(wǎng)支護技術(shù)在深基坑支護中被應(yīng)用于邊坡的上層位置，不適用于下層位置，特別是軟土和砂土類型的基坑下層不能使用這一支護技術(shù)。想要確保錨網(wǎng)支護的效果，必須合理設(shè)計錨桿長度、尺寸以及強度，施工時需要注意的事項時嚴格按照錨桿固定技術(shù)要求進行操作，確保錨桿能夠牢固并固定在孔洞內(nèi)部。

1.2 攪拌樁支護技術(shù)

攪拌樁支護技術(shù)利用了軟質(zhì)巖土構(gòu)成支護結(jié)構(gòu)，為基坑提供了穩(wěn)定的支護結(jié)構(gòu)。施工前可以根據(jù)不同地層的巖土特點設(shè)計混凝土組分，使用大型機械設(shè)備將水泥、石灰等運輸?shù)教囟ǖ牡貙樱⒃谶@些地層中進行攪拌，等到混合物攪拌充分后停止攪拌，隨著混合物水分流失攪拌區(qū)域結(jié)構(gòu)變得更加堅固，從而形成支護結(jié)構(gòu)。攪拌樁支護技術(shù)在深基坑中應(yīng)用廣泛，特別是軟土深基坑，該技術(shù)主要利用了自身樁重提供支護，根據(jù)混合樁的體積和重量不同，提供的支護能力也不同。此外，該支護技術(shù)的另一個優(yōu)點是效率快，在施工前使用攪拌機械設(shè)備在施工所在區(qū)域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)中進行攪拌即可，等到完成攪拌工作后支護結(jié)構(gòu)就能形成，無需對特定地層進行開挖，節(jié)省了大量的開挖作業(yè)時間。攪拌樁技術(shù)通常與錨桿支護技術(shù)組合使用，這樣不僅能夠發(fā)揮攪拌樁樁體結(jié)構(gòu)的作用，而且也能通過錨桿提升基坑的支護強度，從而更好地保障基坑環(huán)境的穩(wěn)定性和安全性。攪拌樁支護技術(shù)的應(yīng)用有效地保障了深基坑環(huán)境的安全，應(yīng)用這一技術(shù)能夠為解決傳統(tǒng)支護技術(shù)無法解決的問題，目前在很多超高層建筑的基坑支護作業(yè)中這種方法應(yīng)用越來越廣泛。

1.3 鉆孔灌注樁支護技術(shù)

鉆孔灌注樁支護技術(shù)可以有效地提升支護結(jié)構(gòu)的強度。施工前需要技術(shù)人員在特定的區(qū)域進行開孔，完成開孔作業(yè)后將孔內(nèi)的雜物清理干凈，然后制作鋼筋籠結(jié)構(gòu)，使用吊裝設(shè)備將鋼筋籠放入鉆孔內(nèi)，并對鋼筋籠的位置進行調(diào)整，完成調(diào)整工作后進行固定，然后使用特定標號的混凝土進行澆筑，等到混凝土凝固后就能形成特定強度的支護樁。鉆孔灌注樁支護技術(shù)操作較為簡單，可以根據(jù)支護要求制作特定強度的支護樁，但是施工成本較高。在軟土和砂土等地基中進行施工，需要對地基進行加固處理，確保支護樁所在區(qū)域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)保持足夠的穩(wěn)定性，這樣能夠避免巖土發(fā)生坍塌導(dǎo)致鉆孔作業(yè)進度受到影響[2]。鉆孔灌注樁常應(yīng)用于深層基坑支護結(jié)構(gòu)施工中，因為該支護結(jié)構(gòu)能夠為基坑提供穩(wěn)定的支護，而且能夠按照基坑應(yīng)力條件合理設(shè)計支護結(jié)構(gòu)，保障了支護作業(yè)的效果。應(yīng)用鉆孔灌注樁技術(shù)時需要注意的事項是確保鋼筋籠位置的穩(wěn)定性，如果鋼筋籠位置發(fā)生偏移，其受力結(jié)構(gòu)將會發(fā)生變化，可能導(dǎo)致支護結(jié)構(gòu)的整體支護效果變差，從而影響到基坑作業(yè)環(huán)境的安全。

1.4 排樁支護技術(shù)

排樁支護技術(shù)主要通過成排的支護樁進行支護，這種支護結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是防滲能力強，常被用于滲水嚴重的基坑環(huán)境中。排樁屬于混凝土結(jié)構(gòu)，施工時在排樁所在區(qū)域挖開一條溝狀結(jié)構(gòu)，然后在其中進行打樁，并對樁體進行密封處理，提升樁體結(jié)構(gòu)的支護強度和防滲能力。排樁支護施工技術(shù)對周邊環(huán)境的要求較小，而且施工過程中產(chǎn)生的噪音很小。在一些易滲的基坑環(huán)境下應(yīng)用這種支護技術(shù)可以提供良好的防滲保護。一般情況下排樁多與大型的灌注樁組合使用，這樣能夠發(fā)揮兩種樁體的作用，從而為深基坑提供良好的支護能力。此外，為了發(fā)揮出排樁的最大價值，還可以對排樁進行加固處理，使其具備更高的支護強度，其能夠?qū)吰碌撞啃纬闪己玫闹ёo，避免邊坡出現(xiàn)坍塌的情況。排樁支護技術(shù)的主要支護結(jié)構(gòu)是混凝土樁，防滲結(jié)構(gòu)是防滲帷幕，具體應(yīng)用時可以更具支護要求或防滲要求對排樁結(jié)構(gòu)進行改進，從而發(fā)揮出不同結(jié)構(gòu)的作用。

2 工程建設(shè)中深基坑巖土條件評價

開展基坑支護工作前必須掌握深基坑的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特點和水工環(huán)條件，結(jié)合巖土的類型設(shè)計針對性的支護方案，從而保障支護作業(yè)的質(zhì)量和安全。對深基坑內(nèi)部及其周邊的環(huán)境條件進行分析和評價非常關(guān)鍵，借助于分析數(shù)據(jù)制定針對性的支護方案，可以獲得較為理想的支護效果。基坑支護條件分析主要包括巖土結(jié)構(gòu)分析、基坑環(huán)境分析、側(cè)壁應(yīng)力條件分析和邊坡穩(wěn)定性分析等，本章主要圍繞這項內(nèi)容進行了研究。

2.1 巖土結(jié)構(gòu)分析

巖土結(jié)構(gòu)分析是基坑支護的前提條件，不同類型的巖土在物理力學(xué)特性方面存在著差異，這種差異反映在基坑及其周邊地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面。巖土結(jié)構(gòu)分析的關(guān)鍵是了解和掌握巖土的類型、組成成分、分布范圍、運動規(guī)律、物質(zhì)比重、密度、含水率、抗剪強度、壓縮性、滲透性等，這些都是影響巖土穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。例如在軟土地區(qū)，軟土一般具有高壓縮性、流變性、觸變性等工程特性，一旦受到擾動，原有結(jié)構(gòu)破壞，導(dǎo)致軟土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性降低，隨著基坑開挖深度增加，該區(qū)域周圍巖土無法為其提供穩(wěn)定的支護，在上層巖土重力作用以及周邊巖土擠壓作用下出現(xiàn)坍塌。巖土結(jié)構(gòu)分析結(jié)果是否足夠準確直接關(guān)系到深基坑的支護效果，因此必須通過科學(xué)的方法分析和掌握巖土的結(jié)構(gòu)特點，保障支護方案的合理性。

2.2 基坑環(huán)境分析

基坑環(huán)境分析的目的是了解基坑所在區(qū)域存在的影響基坑穩(wěn)定的環(huán)境因素，根據(jù)相關(guān)因素的主要影響和形成因素設(shè)計預(yù)防措施，避免環(huán)境因素對基坑支護質(zhì)量造成不利影響。基坑環(huán)境分析內(nèi)容如下：第一，基坑周邊已有建構(gòu)筑物分布情況、建構(gòu)筑物地下結(jié)構(gòu)分布情況、建構(gòu)筑物對地質(zhì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的應(yīng)力特點等；第二，基坑所在環(huán)境周圍的交通線路分布特點，如線路距離深基坑的距離、線路的最大交通負荷、橋梁結(jié)構(gòu)樁基埋深情況等；第三，基坑周邊的市政管線分布情況，如地下管線的分布范圍、供水管道所在位置、排水管道所在位置、天然氣管道所處于位置或通信網(wǎng)絡(luò)管道位置等；第四，基坑所處環(huán)境是否存在障礙物，如果存在障礙物還需要掌握障礙物的分布范圍和體積大小等；第五，基坑所處環(huán)境的水文地質(zhì)條件，如地表水和地下水的匯流和排泄情況，及其對基坑開挖支護的影響。基坑環(huán)境分析為基坑支護作業(yè)順利開展打下了堅實的基礎(chǔ)，能夠保障基坑支護作業(yè)施工效果。

2.3 側(cè)壁應(yīng)力條件分析

基坑支護主要內(nèi)容是對側(cè)壁進行加固，防止側(cè)壁出現(xiàn)滑坡和坍塌，保障施工環(huán)境安全。側(cè)壁應(yīng)力條件分析需要根據(jù)側(cè)壁巖土風(fēng)化程度、風(fēng)化帶埋深范圍、巖土連續(xù)性、巖土均勻性、巖土軟化帶深度等進行綜合判斷，一般而言軟土基坑側(cè)壁應(yīng)用條件較差，隨著基坑深度增加軟土側(cè)壁的坍塌概率也會增大。分析基坑側(cè)壁應(yīng)力條件時應(yīng)盡可能收集側(cè)壁巖土的參數(shù)，如軟土組成成分、砂土顆粒級配、巖土分布范圍、巖土物理力學(xué)性質(zhì)指標等，結(jié)合這些參數(shù)設(shè)計支護方案能夠使得支護方案更具有針對性，有效地提升支護的質(zhì)量。基坑側(cè)壁應(yīng)力條件分析有助于施工單位采取更多預(yù)防性措施，防止施工過程中巖土在多種因素的作用下穩(wěn)定性降低，最終發(fā)展為安全事故，給施工作業(yè)進度和質(zhì)量造成不利影響。

2.4 邊坡穩(wěn)定性分析

巖土邊坡穩(wěn)定性直接影響著深基坑支護的效果，因此必須對基坑邊坡穩(wěn)定性進行綜合分析和評價。基坑邊坡穩(wěn)定性分析的核心內(nèi)容是掌握邊坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)和水文地質(zhì)條件分布特點，例如基坑存在滲水的情況，必須采取措施將基坑中的水分抽干，并布設(shè)一定數(shù)量的降水井將地下水位控制在基坑底面以下0.5m～1.5m，必要時可設(shè)置隔水帷幕，防止基坑在地下水的長期作用下發(fā)生坍塌或滲透破壞。分析基坑邊坡穩(wěn)定性時還需要了解巖土軟弱夾層分布情況以及斷裂帶的范圍，這些不同結(jié)構(gòu)的巖土共同作用導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性降低，如果控制方法不得當(dāng)，基坑邊坡發(fā)生坍塌的概率也會大大增加。基坑邊坡綜合分析和評價結(jié)果不僅直接關(guān)系到深基坑支護的效果，而且也會影響后期的施工作業(yè)進度，所以必須對其做出科學(xué)的分析評價。

3 工程建設(shè)中巖土工程勘察技術(shù)應(yīng)用

巖土工程勘察對于工程建設(shè)施工而言有著重要意義，通過巖土工程勘察施工人員能夠了解和掌握基坑所在區(qū)域的巖土結(jié)構(gòu)特點，根據(jù)巖土參數(shù)設(shè)計支護方案，從而保障施工作業(yè)環(huán)境的安全性和穩(wěn)定性。巖土工程勘察技術(shù)的應(yīng)用主要包括工程地質(zhì)測繪和調(diào)查、巖土勘探取樣、室內(nèi)土工試驗、現(xiàn)場原位測試等過程，本章主要對巖土工程勘察作業(yè)構(gòu)成中所用的技術(shù)進行研究。

3.1 工程地質(zhì)測繪和調(diào)查

工程地質(zhì)測繪和調(diào)查的目的是掌握巖土的分布情況，為基坑支護工作的順利開展提供可靠的數(shù)據(jù)。工程地質(zhì)測繪時需要使用多種先進的測繪儀器，如遙感技術(shù)、超聲波定位技術(shù)等，借助于這些技術(shù)能夠掌握地下巖土的分布范圍，為巖土取樣工作人員提供更多基本參照。進行工程地質(zhì)測繪和調(diào)查時也要結(jié)合測繪數(shù)據(jù)分析地下巖土運動規(guī)律，特別是軟土或砂土的運動規(guī)律，因為隨著基坑開挖作業(yè)的不斷推進，這類巖土在地質(zhì)結(jié)構(gòu)擠壓作用下可能發(fā)生運動，如果采取的預(yù)防和控制方式不當(dāng)，將會對基坑施工作業(yè)產(chǎn)生不利影響。工程地質(zhì)測繪和調(diào)查所收集的數(shù)據(jù)可以在計算機中通過三維模型展示，根據(jù)三維模型設(shè)計基坑支護方案，可以將地質(zhì)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性帶來的影響降低，從而有效的保障基坑支護的質(zhì)量。

3.2 巖土勘探取樣

巖土勘探取樣是巖土工程勘察的核心環(huán)節(jié)，勘察人員可以根據(jù)巖土分布特點在不同區(qū)域進行取樣，通過巖土樣品了解和掌握不同區(qū)域和不同地層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特點。巖土取樣時必須保障取樣操作方法的科學(xué)性，使用取樣工具深入到不同深度的地層中提取這些地層的巖土樣，同一場地同一巖土層應(yīng)采取多組試樣，確保取樣和試驗結(jié)果的客觀性。常見的取樣方法是鉆探取樣法，使用鉆具深入地下將巖土取出，根據(jù)鉆進過程中巖土的分布情況和樣筒內(nèi)的巖土樣可以掌握地下巖土的分層特點。取樣時應(yīng)注意取樣操作方法的規(guī)范性，如果操作方法出現(xiàn)錯誤，將會對巖土樣的分析結(jié)果產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致巖土結(jié)構(gòu)測試參數(shù)與巖土實際情況出現(xiàn)較大偏差，從而影響基坑支護設(shè)計和施工的安全性。

3.3 室內(nèi)土工試驗

室內(nèi)土工試驗是對巖土樣進行試驗和分析，得出可靠的巖土設(shè)計參數(shù)。室內(nèi)測試需要使用專門的高精度測試儀器，將巖土樣品放入土工試驗儀器中，通過室內(nèi)試驗得出巖土的物理力學(xué)性質(zhì)指標。為了確保測試結(jié)果的客觀性，在滿足統(tǒng)計要求的前提下，應(yīng)盡量采集更多的樣品進行試驗，剔除變異性較大的試驗結(jié)果，根據(jù)統(tǒng)計分析并結(jié)合當(dāng)?shù)匾延泄こ探?jīng)驗確定場區(qū)的巖土設(shè)計參數(shù)[3]。室內(nèi)土工試驗的優(yōu)點是能夠得出巖土組成的準確數(shù)據(jù)，缺點是無法對大體積的巖土進行測試，試樣從采取到運輸過程中易受到擾動，由于受到測試量和擾動程度的影響，所以在分析巖土的結(jié)構(gòu)特征方面往往達不到測試的要求，所以除了需要對巖土進行室內(nèi)測試之外，還需要對巖土進行原位測試。室內(nèi)土工試驗非常關(guān)鍵，這是掌握巖土物理力學(xué)性質(zhì)指標的關(guān)鍵一環(huán)，也是深基坑支護方法設(shè)計過程中不可缺少的參照依據(jù)。

3.4 現(xiàn)場原位測試

現(xiàn)場原位測試的目的與室內(nèi)土工試驗的目的相同，都是通過對巖土結(jié)構(gòu)進行分析掌握巖土的物理力學(xué)性質(zhì)特點。不同于室內(nèi)土工試驗的是，原位測試需要在巖土所在環(huán)境內(nèi)進行，這也表明原位測試能夠最大限度反映出巖土的特點，能夠在巖土性質(zhì)發(fā)生變化之前得出巖土的結(jié)構(gòu)參數(shù)。缺點是無法獲得精細的巖土數(shù)據(jù)。原位測試是在巖土本來的應(yīng)力條件下進行的，因此其能夠保障巖土宏觀特點的真實性。深基坑的開挖深度較深，使用傳統(tǒng)的人工試驗方法效率低，測試過程中需要借助于機械設(shè)備，這樣可以提升測試效率。想要保障測試質(zhì)量，必須嚴格按照原位測試技術(shù)流程進行操作，尤其在處理沿途邊界時，必須進行反復(fù)測試。

4 結(jié)語

總而言之，工程建設(shè)施工中深基坑支護作業(yè)非常關(guān)鍵，科學(xué)地選擇支護方法能夠有效地保障深基坑支護效果，為施工作業(yè)的順利開展提供安全和穩(wěn)定的環(huán)境。在支護作業(yè)開展前需要對基坑所在區(qū)域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進行勘察，分析地質(zhì)結(jié)構(gòu)中地層的特點，掌握地層的結(jié)構(gòu)特點，在此基礎(chǔ)上設(shè)計支護方案，提升支護方案的針對性，從而有效地保障支護作業(yè)的質(zhì)量。勘察單位應(yīng)該確實加強地質(zhì)結(jié)構(gòu)勘察工作方法優(yōu)化工作，獲得更多真實可靠的巖土參數(shù)，設(shè)計單位根據(jù)這些參數(shù)合理地設(shè)計深基坑支護方案，最大限度保障支護質(zhì)量和安全，為施工人員提供安全穩(wěn)定的施工環(huán)境。