基于高应力的岩土工程地质特征及变形力学机制研究

高 鹏, 董 霞

（1.中国有色金属长沙勘察设计研究院有限公司，湖南 长沙 410000；2.湖南德力电力建设集团有限公司，湖南 长沙 410000）

1 设计依据

设计依据，是根据中国有色金属勘查设计研究院有限公司2013年12月提供的岩土工程详细勘查报告；建设单位2014年2月20日提供的地形图、基坑开挖边线图（电子版）；理正深基坑计算软件7.0版。

2 工程概况

拟建岩土工程场地位于大型矿山场地，岩土场地原始地貌单元属冲积阶地，后经人工改造，原始地形已改变。现场地四周较高中间低，地势起伏较大，大部分地段现为岩土工程。场地内标高介于36.64～43.47m。拟建岩土工程基坑北侧层数为2层，设计地坪标高为41.00～41.15m，基坑底板顶标高为32.15m（基坑底板按0.50m考虑，则基坑底板底标高为31.65），现北侧基坑顶标高为41.00m左右，则基坑北侧开挖深度9.0m左右；基坑南侧地下矿层数为一层，设计地坪标高为41.00～41.15m，基坑底板顶标高为36.05m（基坑底板按0.50m考虑，则基坑底板底标高为35.55），现南侧基坑顶标高为41.00m～43.55m，则基坑南侧开挖深度5.45～8.00m；岩土工程基坑支护长度约435米。

3 岩土工程地质和水文地质条件

（1）地层岩性。根据勘查结果，拟建场地内分布有人工填岩土层、第四系冲积层及第四系残积层，场地内下伏基岩为白垩系泥质粉砂岩体，各岩土层的野外特征自上而下依次描述如下。

人工填土(Q4ml)①（“①”为地层编号，下同）：素填土，主要分布场地南面及东面，部分岩土工程地段地质表面主要呈现褐红、黄褐色，并且由粘性土组成，堆填时间约10年，密实度不均匀，干-稍湿，呈稍密状态，层厚0.60～2.70。

杂填土：主要分布场地西部、东南及东北场地局部地段，杂色，主要岩土工程建筑垃圾组成，混10～30%的粘性土，密实度不均匀，堆填时间约6年，干-稍湿，呈稍密、局部松散状态,层厚1.30～6.10m。

（2）矿山岩土工程水文地质条件。水文地质地表水及地下水类型和水位拟建场地地质地表水主要为地表大气降水及邻近生活用污水，其二为场地东侧鱼塘地表水体。

勘查期间，场地内各钻孔中均遇见地下水，主要为上层滞水和潜水。上层滞水主要赋存于人工填土①及和植物层②中，受大气降水和地表水补给，未形成连续稳定的水位面，水量较小；潜水主要赋存于粉砂⑤及圆砾⑥中，受大气降水及地表水的下渗补给及地下水横向径流补给，水量较大，局部略具承压性。

4 岩土工程基坑支护方案选择

在岩土工程中，基坑支护方案有很多，如边坡、支护桩、锚杆、喷射混凝土锚杆、桩锚、内支护等。各种方案都有其优点和局限性。因此，选择合理的支护方案是保证基坑支护工程质量的关键。本设计在深入了解和研究现有矿山岩土工程地质、水文地质资料及周边环境条件的基础上，借鉴成功的设计和施工经验，对各种方案进行分析论证和优化，确定本工程AB、EF、FG、GA段采用放坡岩土工程支护，BB’、B’C、CD、DD’、D’E段采用上部放坡结合土钉墙，下部采用人工孔灌注桩结合锚索等支护型式，G’D段采用自然放坡+喷射砼支护。

5 排水系统

在矿坑(顶)底修筑截（排）水沟，尺寸300×300mm，按2～5‰坡度流向集水井中，排水沟Mu10灰砂砖砌筑，M10水泥砂浆抹面，厚度≥10mm。根据基坑内实际水量情况，布置一定数量的集水井，尺寸1000×1000×1000mm，用Mu10灰砂砖砌筑，M10水泥砂浆抹面，厚度≥10mm。抽排地下水统一汇入沉淀池，并经沉淀后方可排入市政管道。

6 矿坑支护设计

（1）设计原则。矿坑支护为临时性支护，支护结构使用年限为矿坑支护竣工后一年。设计方案根据施工单位提供的总体方案，结合岩土工程周边环境条件和基坑开挖深度确定。基坑支护施工应以岩土工程建筑物和基坑底线为依据，并利用顶线关系进行尺寸复核，确保支护结构不会对矿坑底部建筑及周边道路等造成影响。

（2）矿坑支护方案。根据周边环境条件、岩土工程条件及基坑支护深度的不同，将基坑分为AB、BB’、B’C、CD、DD’、D’E、EF、FG、GA和G’D十段，AB、EF、FG、GA段采用放坡+复合土钉墙支护，BB’、B’C、CD、DD’、D’E段采用上部放坡结合土钉墙，下部采用人工孔灌注桩结合锚索等支护型式，G’D段采用自然放坡+喷射砼支护。

7 矿坑支护施工技术要求

（1）施工工序。矿坑开挖线及支护桩位放线、复核→变形观测点（含基准点）的设置→变形初始观测→坡顶截水沟修筑（上部有放坡段先进行分层开挖→土钉施工→喷射砼施工、支护至冠梁顶标高）→人工挖孔桩施工→桩顶冠梁施工→坡顶截水沟修筑→（土方开挖至锚索（锚杆）标高以下0.5m→桩间土处理施工→分层锚索（锚杆）施工、锁定→分层分段土方开挖、喷砼、支护→依此循环至设计基底标高→坡底排水沟修筑。

（2）施工准备。矿坑支护施工前做好充分的施工准备，主要包括以下内容：进一步对矿坑周边环境进行详细调查，并编制基坑环境调查报告。明确矿坑周边企业管线现状及渗漏情况，邻近岩土建筑工程基础形式、埋深、结构类型、使用状况；相邻区域内正在施工和使用的矿坑工程情况；相邻岩土工程建筑打桩振动情况。

8 基坑支护变形观测

矿坑支护变形观测应委托第三方监测，监测应按规范规程进行，监理方应进行旁站，确保监测数据真实有效。

（1）监测目的。矿坑工程进行现场监测的目的：为施工提供及时的监测结果和信息，使参与施工的各方能够完全客观、真实地把握工程质量，掌握工程各个环节的关键指标和工程状态;及时、准确地预测矿井工程主体及周围环境的潜在危害，确保矿井结构及周边环境的安全;在施工过程中，通过实测数据验证工程设计中所采用的各种假设和参数，及时改进施工工艺或调整设计参数，达到良好的工程效果，从而优化设计和信息化建设。

（2）监测方法及精度要求。边坡岩土工程的现场监测应采用仪器监测与巡视检查相结合的方法。监测方法的选择应根据边坡坡度、精度要求、设计要求、场地条件、区域经验以及方法的适用性等因素，监测方法应合理、易于实施;监测方法应根据不同的现场观测条件和要求，如落点法、水平角法、正交点法、法线垂直线法、差分沉降法等。

（3）监测内容。根据边坡场地岩土工程地质、水文质条件、边坡安全等级、周边环境条件，岩土工程规程规范，本边坡为永久性边坡，按一级边坡进行监测，应监测至竣工后两年。

9 基坑支护试验与检测

所有支护结构的施工质量检验应按照《建筑工程规范》等相关标准和规定进行，检验点的数量和次数应符合上述规范要求。锚索和土钉施工前应进行基础试验，基础试验专用的非工作锚索和土钉不得少于3根。

锚索抗拔承载力的检测应符合下列规定：①检测数量不应少于锚索总数的5%，且同一土层中的锚索检测数量不应少于3根；②检测试验应在锚固段注浆固结体强度达到15MPa或达到设计强度的75%后进行；③检测锚索应采用随机抽样的方法选取。④土钉采用抗拉试验检测承载力，同一条件下，试验数量不宜少于总数的1%，且不应小于3根。

10 结语

本文件是在甲方2014年2月20日提供的总图、地形图及现场周边条件的基础上进行基坑支护设计的，如上述基坑条件发生变化或地质条件变化较大时应及时通知设计人员做出调整；本文件所述的各种试验结果，应及时通知我司，如试验不成功，应及时通知设计人员做出调整；施工过程中及竣工后，基坑顶的荷载不得超过设计允许值；在基坑的施工和使用期间，应严格控制不利于坡壁稳定因素的产生和发展，如随意开挖坡脚、岩土工程地表水和地下水大量渗入坡体内等；在施工和开挖过程中，应监测基坑顶板的侧向位移。当位移与当前开挖深度之比超过2‰时，应密切观察并及时采取支护加固措施。