粉細砂層與礫巖層對基坑支護設計的影響分析

摘要：在基坑支護設計中，土體的性質與結構類型對支護方案的選擇和設計至關重要。以寧夏中衛市沙坡頭區基坑支護項目為實例，基于粉細砂層與礫巖層力學性質，對實際基坑開挖與支護方案進行優化設計，并對優化前后的監測點水平位移、豎向沉降進行監測分析。研究結果顯示：粉細砂層監測點的累計水平位移、單次豎向沉降最大分別可達到70mm、15.5mm，而與礫巖層最大累計水平位移、單次豎直沉降量分別為25mm、9mm。相對比礫巖層，粉細砂層的累計水平位移和單次豎向沉降分別增大了1.8倍和0.72倍。為此在粉細砂層進行基坑開挖與支護時，需相應考慮其穩定性、抗剪強度較差性質，加大支護力度。礫巖層巖土層支護時，應相應的減小支護剛度，優化支護結構，進而提高工程經濟效益。

關鍵詞：基坑支護；粉細砂層；礫巖層；土層特性；優化設計

0" "引言

粉細砂層與礫巖層是基坑施工中常見的兩種土層類型，它們在物理性質、力學特性以及與地下水的相互作用上存在顯著差異[1]。針對粉細砂與礫巖層的性質[2]，目前國內已有許多學者對此進行了研究，并驗證了粉細砂與礫巖層物理力學性質對基坑工程具有較大影響。

王關印[3]結合飽和粉細砂容易受施工擾動呈現出流塑狀態的特性，采用注漿方式對現有柔軟土層進行加固，進而成功解決了管涌、流沙以及涌水等工程問題，避免了粉細砂土對工程結構穩定安全性造成影響。陳方竹[4]根據沙灣廠房深邊坡地形、地質條件以及防滲墻特性，建立礫石粘土層防滲墻計算模型，重點分析了礫巖中滲透性對基坑變形的影響。陳都旗[5]對粉細砂環境下的基坑開挖工程的排水方案進行研究，發現其存在滲漏水和排水困難等問題。陳志輝[6]對北京城西的礫巖基坑工程中存在的地面開裂、遇水軟化以及膨脹等問題進行研究，并對礫巖基坑的工程特性進行總結。王鐵君[7]對深基坑礫巖爆破后性質進行分析，發現外覆層砂加卵石層面節理發育、破碎，膠結礫巖粒徑變化大的特點。

基坑支護通常用于地下工程、房屋基礎施工等場合，以防止土體坍塌、沉降及對周圍建筑物的影響。為了保障基坑的安全與穩定，必須對基坑周圍土體采取必要的支撐和加固措施。粉細砂層與礫巖層在基坑支護設計中的影響因素各不相同。為此在實際設計中，工程師需根據具體的土層分布、地下水位變化以及施工工藝，合理選擇支護結構類型，并科學進行土工試驗和現場勘察，以確保基坑的安全和穩定性。

1" "工程概況

1.1" "項目基本情況

某工程項目位于寧夏中衛市沙坡頭區，場地西臨寧鋼大道和美利工業園區，北至夏云路，東至西干路。在一期廠址東側連續擴建，場地可用范圍為不規則多邊形，東西長490～840m，南北寬230～890m，可利用面積57.47hm2，主要建設廠前區及附屬設施工程。

1.2" "地質狀況

根據鉆探資料，擬建場地在勘探深度范圍以內，除上部人工填土外，其下均為第四系黃河沖擊相堆積底層，項目現場具體巖土層分布見表1。

2" "基坑開挖與前期支護方案

2.1" "基坑開挖方案

本工程采用分層開挖法，第一步采用機械分層開挖至基底0.3m。第二步人工清理底部0.3m處預留土，挖出土方直接裝車運走。挖土過程中，測量工需要配合測定標高，當快接近槽底時，分別用水準儀復核標高和經緯儀復核軸線，并撒上白灰以示標記。

開挖時采用機械挖土、人工修坡，并隨時用標桿檢查邊坡坡度是否正確無誤。挖土之前要做好坑外排水，坑內利用設計的集水坑集中抽排。

2.2" "前期支護方案

基坑支護工程場地地貌單元類型屬于黃河沖積平原Ⅱ級階地，開挖深度自然地面以下≥7.0m。基坑采用土釘墻支護，摩擦土釘通過人工擊入土中，噴射混凝土等級C20，具體視施工現場降水情況而定。

坡頂護肩設置反坡，3m以外荷載值為30kPa，其他段基坑坡頂3m外荷載為20kPa。圍護墻（坡頂）3m內水平、豎向位移控制標準值為30mm，控制日累計監控最大位移量是20mm，每36m設一巡視監測點。

3" "支護方案優化

按照前期支護方案進行施工后，粉細砂處的基坑坡體變形較大，礫巖層的穩定性較好，從結構穩定和經濟效益方面考慮，需對支護方案進行優化。

3.1" "粉細砂、礫巖層巖土性質分析

粉細砂層主要由細顆粒顆粒組成，通常粒徑在0.075～0.425mm，礫巖層主要由較大顆粒組成，粒徑一般在2～64mm。粉細砂、礫巖的巖土性質見表2。在考慮粉細砂、礫巖巖土性質基礎上，對其支護結構進行優化，可為今后在粉細砂、礫巖層基坑支護工程提供可靠的參考資料。

3.2" "支護方案優化分析

結合粉細砂、礫巖具有的巖土性質。在前期支護方案基礎上，對基坑支護結構選擇、防水措施等方面進行優化分析。粉細砂、礫巖層基坑支護設計優化見表3。

4" "基坑監測

4.1" "監測內容與測點布設

本次監測主要包括前期基坑支護方案和優化后的支護方案的基坑變形，即基坑支護后其周圍巖土體的水平位移和豎向沉降，其中水平位移采用全站儀極坐標法監測，豎向沉降采用幾何水準測量方法進行監測。測點分別布設在該基坑的周圍巖土體處，編號分別為ZX1至ZX4，其中ZX1、ZX2巖土層結構主要為粉細砂，ZX3巖土層結構主要為礫巖。監測點位布設圖如圖1所示。

4.2" "水平位移、豎向沉降監測結果

通過對監測點位的水平位移和豎向沉降監測，可以了解到基坑周圍的巖土體變形情況，以及評估支護結構的支護效果和結構安全穩定性。監測點位的水平位移以及沉降結果如圖2所示。圖2中，前12d為前期支護方案施工后的監測數據變化，從第12d后為優化后支護方案監測數據。

從圖2可以看出，水平位移受初始的開挖影響較大，在優化支護方案優化后位移量基本處于平穩狀態。其中，ZX1與ZX2這兩個監測點受擾動較大。分析認為，主要是因為該位置處的土層屬于粉細砂層，其物理力學性質較差，穩定性低。而其他兩處中的ZX3和ZX4監測點為礫巖層，具有高強度特性。

粉細砂層監測點的累計水平位移最大可達到70mm，而礫巖土層累計水平位移量為25mm。細砂層監測點的單次沉降量最大可達到15.5mm，而礫巖土層最大累計豎直沉降量為9mm。這說明基坑的土層類型及其力學性質，對基坑變形以及支護有較大的影響，分析認為，主要因為粉細砂層受擾動后，穩定性變差，在土體應力作用下，發生較大位移，進而導致基坑變形。

綜上分析可知，相對于監測點ZX3、ZX4處，監測點ZX1、ZX2處累計水平位移、單次豎向沉降分別增大了180％和72％，其主要發生在基坑支護優化之前。在第12d完成優化支護方案后，粉細砂層的基坑坡體變形逐漸趨于平穩，進一步說明了針對粉細砂、礫巖層采用的支護優化設計取得了良好的效果。

5" "結束語

本文基于在粉細砂層與礫巖層力學性質，對實際基坑開挖與支護方案進行優化設計，進而對優化前后的監測點水平位移、豎向沉降進行監測分析。基于監測數據和變化曲線圖，得出以下結論：

粉細砂層監測點的水平位移、豎直沉降最大值分別可達到70mm、15.5mm，而礫巖土層最大累計水平位移、單次豎直沉降量分別為25mm、9mm。相對比而言，粉細砂層的累計水平位移和單次豎向沉降分別增大了1.8倍和0.72倍。

粉細砂層在穩定性、抗剪強度和透水性等方面性能較差。在地下水影響下，含有粉細砂層的基坑將發生管涌等不良現象，因此在粉細砂層支護時，需選擇堅固的支護結構和防水設施，且定期對變形進行監測。

礫巖層具有高強度、透水性弱以及穩定性好的特點。從經濟效益方面，在基坑支護時可相應選擇較為簡單的支護結構，以降低工程綜合成本。

參考文獻

[1]" 陳國富，張振，趙保林，等.強夯法在粉細砂地層中的試夯效果評價[J].土工基礎，2024，38（4）：725-728+738.

[2]" 于洋，孫治林，劉良志，等.粉細砂地層斜坡式防波堤地震響應數值分析研究[J].港口航道與近海工程，2024，61（4）：53-58.

[3]" 王關印.飽和粉細砂層隧道涌水流砂綜合防治技術研究[J].鐵道建筑技術，2024（7）：132-135+143.

[4]" 陳方竹.沙灣廠房深基坑邊坡穩定性及地基承載特性研究[D].成都：四川大學，2006.

[5]" 陳都旗.超厚粉細砂層深基坑鋼板樁圍堰施工及多重排水方案研究[J].價值工程，2023，42（18）：88-90.

[6]" 陳志輝，姜康峰.北京西部淺埋礫巖中深基坑施工難點及應對措施[J].巖土工程界，2008（6）：45-47.

[7]""""" 王軼君.深基坑礫巖預裂淺孔爆破工程實例[J].甘肅科技縱橫，2019，48（8）：41-45.