基坑支护结构设计中改善岩土工程地质条件的常见方法

呼延安娣

（郑州大学，河南 郑州 450000）

在工程建设中，基坑支护主要起到稳固基坑的作用，能够全面提升工程施工安全性。部分工程处于地质情况较为复杂的区域，复杂的地质情况会增加施工难度，例如一些含水量较高的地质条件中，需要对基坑支护体系进行科学设计，从而提高结构体系支护效果，满足工程建设需要。也就是说，岩土工程地质条件是基坑支护设计的依据，关系到地基结构的稳定性，关系到基坑支护施工的安全。表面处理、不均匀沉降处理、含水率控制以及基坑支护加固是常见的改善岩土工程地质条件的科学方法，在基坑支护结构设计多有应用。本文从基坑支护工程设计的基本原则出发，对基坑支护工程设计中常用的改善岩土工程地质条件的科学方法进行介绍。

1.1 基坑支护基本概念

在工程建设领域中，基坑支护技术是工程建设的重要基础，对于工程整体质量具有深刻影响。基坑是为了工程建设而开挖的基础坑，基坑支护是指支撑深基坑的结构体系，主要作用是保证基坑稳定性，使其在施工过程中不会出现坍塌、过大位移或过大沉降的一种结构体系[1]。基坑能够提高建筑地基承载力，同时能够提高施工空间利用率，对于施工空间较为狭小的工程具有重要意义。基坑支护设计则是指根据地质勘察结果，保证基坑稳定性和安全性的支护结构设计，需要进行荷载计算、位移计算等，才能够保证基坑支护结构质量。

1.2 基坑支护结构设计基本原则

（1）安全性原则。因为基坑施工是一个动态化过程，存在多项危险因素，如果出现基坑坍塌等问题，会对施工人员造成很大影响，所以基坑支护结构设计必须将安全可靠性原则放在首要位置，根据岩土工程地质条件，做好结构设计工作，确保基坑支护结构具有较高强度。

（2）经济性原则。因为基坑支护工程量较大，需要投入较多成本，为了提升工程经济效益，合理地控制施工成本，则需要在保证支护结构质量的基础上，充分考虑成本问题。

（3）施工便利性原则。不能为了节省施工成本，而增加施工难度，需要充分考虑到工况条件、材料运输等方面，从而能够提高施工效率，防止在施工过程中出现工期延误的问题[2]。

通常情况下，岩土工程地质条件勘察工作主要涉及地质形态、地质截面划分、岩土参数、地下条件以及勘察技术等几个方面。地质形态是在建筑工程施工开展前，通过对施工现场地下岩土情况、破坏情况、岩土类型以及分布等进行勘察，从而为建筑工程提供科学的地质信息数据支持；
截面划分标准在不同地区根据具体的情况有着不同的规定，施工现场的截面划分必须满足实际建设需求；
岩土参数主要是分析岩土的化学成分、岩土颗粒大小、岩土破坏程度等，所包含的内容较多，是岩土工程勘察工作中的最主要内容，能够为建筑工程地基处理提供科学的依据，提供数据支持；
地下水对于工程建设具有重要影响，地下水位高低、地下水补充关系等都需要在工程前期进行充分考虑，尤其是基坑支护工程中，地下水会对基坑支护结构稳定性造成直接影响，所以必须将其充分体现在岩土工程地质条件中；
勘察技术是岩土工程勘察工作的基础，勘察人员必须掌握专业的勘察技术以及知识体系，从而得到准确的勘察结果[3]。

在H市某高层住宅建筑工程中，该工程场地总体地势平坦开阔。笔者负责本次项目中4#、5#、6#三栋高层建筑、一栋六层商业楼（7#楼），以及之间连通的地下室。4#、5#、6#三栋高层建筑和7#商业建筑标高为67.3m；
负一层地下室底板顶标高为-5.12m，地下室底板垫层标高设计高程为61.42m；
负二层地下室底板顶标高为-8.74m，地下室底板垫层标高设计高程为57.84m，靠近南侧双桩承台垫层底部为57.04m，坑底设计高程为60.74m。4#、5#、6#三栋高层建筑应用桩筏基础，地下室应用旋挖基础桩。

在前期地质勘察中，重点对土层分布特征进行分析，该区域土层中主要包括：

（1）人工填土层。素填土①层：褐黄色，松散～稍密，稍湿，以粉土为主，含植物根系、少量砖块与碎石，厚度0.5～1.1m。

（2）第四系上更新统坡洪积层。粉土（褐黄色）层：褐黄色，中密～密实，稍湿～湿，含云母，氧化铁，局部含少量钙质结核、灰绿色团块，局部夹粉砂薄层。揭露厚度为16.2m。

（3）第四系上更新统坡洪积层。黄土状粉土层：灰黄色，中密～密实，稍湿，含云母、氧化铁，见白色菌丝，偶含钙质结核，揭露厚度8.2m。

针对该地层结构，为了提升支护结构体系强度需要按照岩土工程地质条件即工程岩土力学参数对其支护结构进行设计。表1为工程岩土物理学参数建议值详细数据。

表1 工程岩土物理学建议值

在该工程的基坑支护设计中，按照实际岩土工程勘察结果，结合表1的建议值，对基坑支护体系进行设计，详细设计内容如表2所示。

表2 工程基坑支护体系设计

岩土工程地质条件是基坑支护设计的依据，关系到地基结构的稳定性，关系到基坑支护施工的安全。在岩土工程地质条件较差时，基坑支护设计中需要采取科学的方法加以改善。表面处理、不均匀沉降处理、含水率控制以及基坑支护加固是常见的改善岩土工程地质条件的科学方法。

4.1 表面处理为基坑支护提供稳固的支撑

表面处理是根据岩土工程地质条件对软土地基实施的技术处理，通过对地基表面的处理，能够提高排水效果，从而确保地基结构稳定性，为基坑支护提供稳固的支撑。如果地基中水分含量较大，可以通过在地面挖掘沟渠的方式，将地基中的水分排出，起到强化地基强度的作用。在对地基进行换填时，可以将砂垫用于地基薄弱且排水方便的区域中，同时保证所采用的砂石符合质量要求。通常情况下，砾石相比于砂垫更加方便，在更换碎石之后，需要对地基进行加固处理，使其内部缝隙逐渐缩小，从而能够全面提升地基质量，起到支撑基坑支护结构的作用[4]。

4.2 不均匀沉降处理确保地基能够支撑基坑支护结构

在建筑工程建设期间，如果岩土工程中发生不均匀沉降的现象，可以采用排水加固、注浆加固、夯实加固以及更换土层等处理方法，确保地基能够支撑基坑支护结构，防止基坑支护结构稳定性受到影响，提高施工安全性。也可以采用水泥、生石灰等对地基进行处理，从而提高地基支撑强度，满足基坑支护结构要求。

4.3 加强含水率控制改善岩土工程地质条件

在该工程中，因为建筑场地为某河流区域，工程区域内地下水为填土层中的上层滞水，第四系砂、砾石层中的空隙承压水。经过地质勘察，该区域地上水位在61～64.5m之间，上层滞水主要位于杂填土中，地下水补给主要来源于自然降水，对基坑施工产生的影响有限，所以上层滞水可以采用明排的方式进行处理，通过建造排水沟和集水井的方式，能够将水排出基坑外，从而防止对基坑支护结构造成影响。但是部分区域的输水量较大，在查明原因后发现无法应用堵截的方式进行处理，所以在基坑上坡面中，按照间距100cm×100cm安装PVC管泄水孔，上层滞水则能够顺利排到集水井中，在部分地下水较多的区域通过采用速凝剂等方式，能够有效处理多余水量[5]。

在基坑开挖过程中，针对存在地表水的区域，采用坑内排水沟的方式，将其导流进入集水井中，通过承压泵明排方式排出。为了防止地表水或自然降水流入基坑内部，该工程中沿着基坑周围建造混凝土硬化层，厚度为10cm，硬化层作为反坡，外部建造集水沟，从而能够阻止自然降水进入基坑内；
针对基坑内部的积水，在基坑内部设置排水沟、集水井，集水井安装在基坑内的低洼地带，设置间距为60m，排水沟和集水井设置在地下水基础边线的0.5m区域，排水沟底部低于0.3m左右，集水井低于排水沟约0.4m。除此之外，通过对负二层地下室和5#楼分别对降水井进行计算，按照单个降水井的降水影响范围，同时结合附近降水资料，考虑到该区域地质地层的情况，因负二层基坑深度较大，按照基坑形状，对负二层地下室设置32口降水井，6口观测井，5#楼降水井口总数为6口，观测井5口；
考虑到基坑所处地层主要为杂填土和粉质黏土，形状较差，对于基坑边坡稳定性会产生很大影响，所以采用减压降水方法，降压范围主要针对粉砂。

4.4 基坑支护加固提高基坑支护体系质量

为了提高基坑支护体系质量，确保其质量能够达到标准，需要对基坑支护结构进行加固，保证其能够承载相应的负荷。在本次基坑支护施工过程中，为了提高支护结构体系承载力，结合实际情况对其进行加固处理，从而保证基坑支护体系结构能够有效承载负荷，使得基坑支护结构质量得到很大提升。与此同时，考虑到该工程环境较为复杂，地层稳定性较差，且施工场地较为狭窄，所以不能通过对基坑支护结构外部加固的方式，否则会对周围其他建筑物的地基等造成影响，在技术人员论证后，决定采用连续墙底部注浆加固技术，沿着已经施工完成的基坑支护结构开挖出一段沟槽，并在沟槽内部安装钢筋笼，之后通过混凝土浇筑的方式，使其形成连续单元墙，能够起到良好的加固效果[6]。通过科学的加固方案设计，使得本次基坑支护结构质量得以全面提高，促进基坑工程顺利实施。

综上所述，在基坑支护设计过程中，岩土工程地质条件是建筑工程地基处理的科学依据，能够为基坑支护设计提供科学的地质资料，从而提高支护结构体系设计的合理性，满足工程建设的安全要求。也就是说，岩土工程地质条件是基坑支护设计的依据，关系到地基结构的稳定性，关系到基坑支护施工的安全。实践证明，在岩土工程地质条件较差时，表面处理、不均匀沉降处理、含水率控制以及基坑支护加固等方法科学合理，切实可行，实用价值高。

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