深基坑支护设计与岩土勘察技术分析

贾业明

（安徽省城建设计研究总院股份有限公司）

对于建筑工程而言，开挖深度超过5 米的基坑，均属于深基坑。而随着当前我国城市土地面积的愈发紧张，需要进行深基坑施工的建筑工程数量也在不断增加，所以必须要加强对于基坑支护设计的重视。此外，在实际建筑工程中，为保障深基坑支护设计的科学性以及合理性，还需要事前进行岩土工程勘察。因此，加强对于深基坑支护设计以及岩土勘察技术的分析和探讨是十分有必要的。

一、工程概况

本文以某教学楼建筑工程项目为例，该项目位于安徽某市区内，案例工程施工区域内地形相对较为平坦，建筑面积约22336 平方米，地下水位标高为41.02 米，建筑场地周围无其他高层建筑。

二、深基坑岩土勘察技术

1.岩土勘察技术内容

对于深基坑支护工程而言，岩土勘察是十分关键的步骤，对于深基坑支护方案的设计有着重要的参考意义，直接影响着深基坑支护的质量效果以及安全性，因此必须要加强对于深基坑工程中岩土勘察的重视和研究。结合本工程项目实际情况，在进行岩土工程勘察的过程中，主要应用的勘察技术包括以下几种。

第一，钻探技术。钻探就是利用机械工程设备对地层剖面进行样品采集，以此了解工程区域内土层情况的一种勘探技术。在此过程中，应合理控制土层钻探的回次进尺，大约在1m 以内即可，对于岩层部分的钻探，其回次进尺的深度应在2m 以内。通常情况下，为适应后续采样需求，钻探开口直径通常应为130mm，终孔口径应控制在91mm 以上。

第二，采样分析。采样是岩土勘探过程中的必要环节，就是通过对工程区域内的土样进行采集密封，并移交到实验室，进行相应指标分析。主要采样内容包括水样、土样两个部分。为保障检测结果的准确性，应在完成采样之后，尽快移交到实验室当中。

第三，水位测量。由于建筑工程在施工过程中，会出现不同程度的沉降，而水位测量则是为了能够更好地了解工程区域情况，以此预测沉降。水位测量操作是在钻孔内部直接进行的，主要测量内容包括初见水位以及稳定水位两种，其中稳定水位需要在完成勘探之后进行测量，并确保测量精度应控制在±20mm，以此保障结果的准确性。

第四，工程测量。工程测量主要指的是平面坐标、高程等方面的测量，需要在勘探孔设置GPS 进行测量，并在完成施工之后还需要进行相应坐标以及高程的复测，以此保障测量的可靠性。

2.土层基本性质分析

岩土层基本性质分析是进行岩土勘察的主要目的之一，通过相应勘探结果，对工程建设区域内岩土层的实际情况进行深入分析，了解其基本性质，为后续深基坑支护方案的设计奠定良好基础。岩土层基本性质分析的主要内容包括以下几个方面，即地质剖面情况、地下水文特点、水位指标情况、岩土分布特征、腐蚀情况以及相应力学性能等多个方面。

3.施工环境调查研究

施工环境调查也是进行岩土勘察的主要内容，对于建筑施工的安全性以及可靠性有着直接影响。在实际进行施工环境调查的过程中，应着重加强对于基坑周围建筑物稳定性情况、围护情况以及相应位移情况等方面的研究和分析，了解周围建筑的结构形式和基础类型，以免在实际进行深基坑施工的过程中，对周围建筑工程等造成扰动，影响建筑使用以及施工安全，尤其应加强对于地下部分障碍物的调查和研究。

三、常用支护结构及其使用条件

当前建筑工程中，常用的深基坑支护方式主要包括土钉墙支护、锚拉式结构、桩锚支护、地下连续墙支护、重力式水泥土墙以及内支撑结构，不同的支护结构其有着不同特点，因此适用于不同的工程条件。

土钉墙支护就是通过在土体当中加入土钉，再喷射混凝土面层的方式，将土钉支护体系与土体进行融合处理，这种支护方式主要适用于深度较浅的基坑。锚拉式支护结构就是通过将锚杆打入土体当中，通过以此产生的锚固力抵消土体对于挡土结构的压力，这种支护方式比较适合基坑深度较深的情况，适用于的土层类型较为广泛。桩锚支护方式主要是使用锚杆为支护桩提供锚固力，以此实现挡土、隔水的作用，比较适用于深基坑、边坡支护，以及施工区域较窄的环境。地下连续墙的主要优势在于结构强度大、安全性好、变形较小，而且有着较好的防水性能，多用于基坑较深，对于防水抗渗有着较高需求的工程当中。重力式水泥土墙，该基坑支护方法是完全依靠水泥土墙自身重力、摩擦力和土压力实现的，属于一种无支撑的支护结构，比较适合深度较浅的基坑，以及淤泥质土基坑。内支撑支护方式是依靠内部支撑结构和挡土结构实现基坑支护的，适用范围相对较为广泛。

四、深基坑支护设计分析

1.支护方案初选

本次深基坑支护工程项目其支护方案的选取和设计必须要满足以下几个要求：首先，应确保支护设计的安全性，安全性是进行深基坑支护的首要要求和基本条件，因此在进行支护方案设计的过程中，应避免一味节约成本，应将更多的注意力放置在保障工程安全方面。其次，在保障工程安全的基础上，合理进行方案设计和优化调整，进一步节约项目成本。最后，要确保支护方案设计的便捷性，促使支护施工能够得以顺利推进，以此强化对于施工质量、进度、成本等方面的控制。结合案例工程实际情况，以及相应岩土勘察结果，经过对周围环境，方案的经济性、可靠性，以及相应施工技术发展情况的综合考虑，最终确定了桩锚支护和土钉墙支护两种方式。

桩锚支护方式的主要优势表现在以下几个方面：第一，经过多年的研究和实践探索，桩锚支护形式无论是在设计成熟度，还是在施工方面都有着十分丰富的经验，能够有效保障深基坑支护质量和安全性；第二，在实际进行桩锚支护施工过程中，可对周围边坡进行垂直挖掘，然后再使用锚杆进行加固处理，在节约空间方面有着极强的优势；第三，桩锚支护的桩体是直接嵌入地下的，因此有着较好的刚度和抗形变能力。

土钉墙支护构造的主要优势在于：首先，土钉墙支护结构主要包括钢筋网、混凝土面层以及土钉和土体，有着较好的稳定性；其次，土钉墙支护施工无需大型、重型机械设备，施工过程中的噪音也相对较低，对于周围建筑物几乎没有沉降影响；再次，土钉墙支护施工需要层层开挖，能够更好地对施工现场进行控制，及时进行相应参数调整，有助于保障工程质量效果；最后，相较于桩锚支护而言，土钉墙支护所占空间较大，但是由于案例工程土质情况相对较好，因此可以合理调整加大边坡坡度，弥补该方案的缺陷问题。

2.支护方案设计

（1）桩锚支护方案设计

首先，根据相应勘察以及土质检测结果，确定工程区域内主要包括杂填土、粘性土以及中砂，其土层具体情况如表1所示。

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其次，结合土层实际情况以及桩锚支护相关技术经验，进行部分支护结构参数设计。其中支护桩直径为0.6m，支护桩之间的距离设计为1m，混凝土强度等级为C30，桩的螺旋箍筋间距为150mm。设置承台，台宽1.5m，坡高1.5m。支护结构安全等级为二级；支护结构重要性系数为1；基坑深度为7m；嵌固深度为3m；桩顶标高为-1.5m；桩材料类型为钢筋混凝土；桩截面类型为矩形。锚桩支护支锚类型为锚杆，锚杆水平间距为4m，入射角度为35°，锚杆长度为6.3m，锚固段长度为2.8m。

再次，结合桩锚支护施工实际操作情况，将其施工过程划分为以下三个阶段。第一阶段，打桩支护施工，在深基坑挖掘到3.5m 左右的时候，进行支护桩施工，此时的土压力范围在-57.41kN/m 到40.80kN/m 之间。第二阶段，在-3m 的位置进行锚杆施工，此时进行土压力值的测算分析，发现锚杆的加入与否对于土压力值的影响不大，但是有效减少了边坡位移情况。第三阶段，为挖掘到-7m 时。

最后，针对桩锚支护方案设计进行相应验算。其中支护系统整体稳定性计算结果为2.4，大于1.35 能够满足工程要求。抗隆起验算中，需要根据实际情况，分层进行抗隆起计算，其中支护底部抗隆起计算结果为19.8；深度12.5m 的位置，其抗隆起验算结果为3.8；坑底抗隆起计算结果为2.3，上述验算结果均大于1.8，因此该支护方案的抗隆起稳定性能够满足工程需求。

（2）土钉墙支护方案设计

根据相应勘察以及土质检测结果，进行土钉墙支护方案设计分析。

第一，根据相应勘察结果，明确所选择工程地段的土层情况，如表2 所示，其中各土层与锚固体阻力、与土钉摩擦力情况如表2 所示。

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第二，根据建筑工程项目实际情况以及土钉墙支护设计规范，确定相应安全等级、基坑深度等相关参数。此次深基坑支护工程中，支护结构安全等级为二级；支护结构重要性系数为1；基坑深度为7m；土钉墙坡角为85°；放坡级数为0；超载个数为1，超载值为20kPa，作用深度为0m，作用宽度为12m，距坑边距为12m，形式为条形。

第三，结合实际情况，对土钉道数、水平间距等相关参数进行计算。根据现场实际情况以及岩土勘测结果，确定土钉道数为6 道，土钉之间的水平间距和竖向间距均为1m，入射角度为12°，钻孔直径为100mm，土钉长度为8m。

第四，进行混凝土面层厚度、强度等级等方面的计算，确定混凝土面层厚度为100mm，混凝土强度等级为C30，土钉以梅花形方式进行布置，拉区钢筋合力点到板外皮的距离为15mm，荷载分项系数为1.2。

按照上述方案设计参数对土钉墙支护抗拔承载力、整体稳定性以及抗隆起情况进行验算分析，经计算，土钉墙支护体系的安全系数在2.0～3.7 之间，支护底部和深度7.5m 位置的抗隆起稳定性分别为2.8 和4.6，均大于1.6，满足实际工程需求。

3.方案设计对比分析

经过上述桩锚支护和土钉墙支护设计分析，明确了相应支护方案，并通过对不同支护方案下支护体系的稳定性、抗隆起性能等进行计算，确定了两种设计方案均能够满足案例工程中深基坑支护需求。现对两种支护设计方案进行对比分析。

第一，支护稳定性方面。经过上述方案设计，以及稳定性验算分析可知，在整体稳定性方面，桩锚支护方案有着更好的安全效果，但是从坑底隆起稳定性方面进行分析，土钉墙有着更加明显的优势。

第二，施工工艺方面。两种支护方案各有利弊。其中土钉墙支护施工需要进行分层开挖，并在第一工况下，打入土钉、铺设钢筋网、喷施混凝土面层等施工环节全部完成之后，才可进行后续施工。在此过程中，需要注意以下几个方面，首先，应加强对于开挖深度的控制，一旦挖掘深度超过方案设计要求，就会对整个支护系统的稳定性产生不良影响；其次，在进行施工过程中，需要及时对基坑以及土钉孔洞进行清理，以此保障土钉打入的准确性，并设置定位架，确保土钉打入的角度和深度都能够符合设计要求；最后，还需要做好排水工作，避免基坑存水，影响土体稳定性。对于桩锚支护方案而言，需要注意以下两个方面，一方面，桩锚支护对于支护桩打入施工有着较高的要求，应避免桩体倾斜，若出现桩体倾斜的情况，会影响后续施工，以及支护桩的强度；另一方面，在锚杆施工阶段，虽然其施工过程与土钉墙较为相似，但是有着更加严苛的要求，必须要确保锚杆的长度、打入的角度都严格符合设计要求，同时也需要做好相应排水工作，以免含水量过高，降低土壤粘性。此外，虽然桩锚支护施工难度较大、要求较高，但是该支护系统的安全性和稳定性都相对更好。

第三，周围环境影响。桩锚支护需要进行打桩施工，因此会对土地以及周围建筑产生一定影响，引发沉降现象；而土钉墙则无需进行打桩，而且施工工具简单、操作便捷，因此不会引发周围建筑物沉降，而且噪声较小。

五、结束语

综上所述，在实际深基坑支护工程当中，必须要做好岩土勘察工作，确保相应勘察结果的准确性以及可靠性，并根据勘察结果，以及现场实际情况，合理选择深基坑支护方式，加强支护方案设计，并针对设计方案进行整体稳定性计算分析，以此确保方案设计的可靠性和安全性。相信随着对岩土勘察以及深基坑支护设计的研究和实践探索，我国基坑支护水平将会得到进一步提升。