矿床深基坑支护设计与监测分析

孔令华

（山东省第八地质矿产勘查院，山东 日照 276800）

矿床深基坑开挖与支护设计受到场地地质和周围环境影响，支护设计方案应本着安全、经济原则上，制定基坑支护设计方案。以往基坑支护设计方案没有考虑到地理环境影响，导致基坑在开挖过程中很难精准计算土水压力，需依靠工程经验进行施工，无法保证工程质量和施工人员生命安全[1]。

针对以往设计方案存在的问题，结合地质条件以及水质条件，对土体应力进行分析，并对支护结构位移、周边建筑物沉降物进行监测分析，为施工人员生命安全提供保障。

1 矿床深基坑支护设计

1.1 工程条件

①地质条件。在矿床深基坑支护设计深度范围内，根据土层特征以及物理学差异，将地层分为杂填土、黄土状粉土、卵石和砂岩这4个主要层次。其中杂填土属于人工堆积物，结构杂乱，主要是由厚层为0.2m～4.4m混凝土块和碎砖等垃圾堆积而成；黄土状粉土属于冲洪积物，土质均匀，主要是由厚层为1.1m～22.0m黄褐色土质组成的，局部间夹有薄层黏土；卵石属于冲洪积物，呈青灰色，主要是由厚层为4.4m～10.4m颗粒组成的，该颗粒包括石英岩、花岗岩，偶含漂石，局部间夹有中砂；砂岩也属于冲洪积物，砂质较纯，主要是由粒径大于0.25mm颗粒组成，另含有少量云母，呈青灰色[2]。②水文条件。地下水多以孔隙潜水为主，存赋于卵石层之中，受到大气降水补给影响，水位会随着季节变换逐年升高。根据邻近建筑物基坑情况，充分考虑地下水对基坑设计影响[3]。

1.2 设计方案

考虑场地质、水文条件和基坑安全经济情况，基坑支护设计方案一定要从锚索、排桩预应力锚杆支护、排桩嵌固深度进行设计。

（1）锚索。锚索第一道支撑和因受到地理环境影响无法正常施工，那么应该锚索第二道支撑处，采用钢筋混凝土进行支撑，针对其他位置，采用排桩预应力锚杆支护。锚索的设计能够有效控制地基变形，保证内部支撑不会受到已建筑物影响，在保持第一道内支撑同时，可与冠梁进行同步施工，使周期缩短。

（2）排桩预应力锚杆支护。在设计排桩预应力锚杆支护时，应先分析土层基本物理参数，如下所示：①杂填土：重度为17.2kN/m3，粘聚力为14.0kpa，内摩擦角为25°，界面粘结强度为32kpa；②粉土：重度为17.2kN/m3，粘聚力为17.0kpa，内摩擦角为25°，界面粘结强度为64kpa；③卵石：重度为22.1kN/m3，粘聚力为0kpa，内摩擦角为35°，界面粘结强度为220kpa；④砂岩：重度为23.5kN/m3，粘聚力为33pa，内摩擦角为27°，界面粘结强度为140kpa。

依据上述土层基本物理参数设计排桩预应力锚杆支护，使地下施工空间足够大，加快施工速度。通常采用3道预应力锚杆，其中第一道锚杆冠梁顶面为2.0m，第二道锚杆冠梁顶面为2.4m，第三道锚杆冠梁顶面为2.6m，插入钢筋土钉，平面呈梅花形，保证桩间土在支护设计过程中不会出现局部塌落现象。

（3）排桩嵌固深度。采用冲击成孔方式灌注混排桩，桩径设计为1000mm，根据桩距确定排桩间距，否则锚杆进入楼基础桩时会出现碰撞情况。依据桩身混凝土强度，确定排桩嵌固深度。设置排桩冠梁横截面尺寸为1000mm×500mm，进而加强基坑支护整体性能，为保证基坑安全提供数据支持。

2 监测分析

利用有限元软件PLAXIS对矿床深基坑支护设计进行监测分析，监测时间从开挖开始至回填结束，具体施工工况与时间关系如表1所示。

表1 施工时间与工况

依据表1所示施工时间和工况，将以往设计方法与结合地理条件设计方法基坑总变形情况进行对比分析，结果如图1所示。

图1 两种设计方法桩顶侧向位移

由图1可知：随着开工时间的增加，两种方法桩顶侧向位移也随之变化。当时间为15t时，传统方法桩顶侧向位移为80m，结合地理环境设计方法桩顶侧向位移为10m；当时间为45t时，传统方法桩顶侧向位移为47m，结合地理环境设计方法桩顶侧向位移为8m；当时间为75t时，传统方法桩顶侧向位移为37m，结合地理环境设计方法桩顶侧向位移为5m；当时间为90t时，传统方法桩顶侧向位移为30m，结合地理环境设计方法桩顶侧向位移为5m。

对比两种方法桩顶侧向位移可知，在时间依次为15t、30t、45t、60t、75t、90t结合地理环境设计方法比传统方法桩顶侧向位移依次小70m、55m、39m、33m、32m、25m。由此可知，结合地理环境设计方法桩顶侧向位移较小，说明更符合实际设计标准，由此也证实该方法设计的合理性。

3 结语

待基坑开挖完成后，进行地下室封顶时，支护水平位移并不收敛，增加坍塌风险，因此，尽早回填是保证基坑支护设计安全必要条件。对支护设计进行监测分析可得到如下结论：①在排桩预应力锚杆支护下进行基坑开挖，可降低周围环境受到的干扰影响，从监测数据分析，桩顶侧向位移较小，符合实际设计标准。②由于受到卵石影响，导致锚杆设计过于靠近基坑顶面，因此对于锚杆位置设计有待进一步研究。