摘要：對于復雜場地工程地質條件下的深大基坑圍護施工，常因工程地質件模糊或不具針對性造成基坑支護失敗，因此復雜場地條件下的巖土工程勘察對基坑圍護及施工起了關鍵性作用，本文通過具體實例，闡述復雜場地條件下的深基坑巖土工程勘察技術工作的重點及有關注意事項。

　　關鍵詞：復雜場地,軟土,基坑圍護

　　1、前言

　　工程勘察是調查研究擬建工程場地的地形、地質環境特征及其與工程建設相關關系的綜合應用的活動。它為工程建筑物的規劃、設計、施工和使用提供地質資料和依據，是設計的基礎環節。對于深基坑工程，基坑的開挖與圍護的過程涉及到巖土地質條件、水文地質條件等因素的影響。本場地存在的重要的問題是，場地軟土厚度過大及地下承壓水問題。場地的軟土過厚，且場地周邊環境較復雜，對于基坑的開挖與圍護是難度較大的。而由于基坑開挖深度過大，當基坑開挖到一定深度 (當上層的軟土總應力小于地下承壓水的水頭壓力深度) 后，基坑底部將發生基坑突涌的現象。

　　下面的工程實例，主要對深基坑的開挖過程中可能會發生的基坑破壞現象，進行針對性的勘察，以便為基坑的圍護提供相應的準確的設計參數。

　　2、工程實例

　　2.1、工程概況

　　擬建1棟地上8層地下2層的商業建筑，地下室擬開挖深度約9.00m。擬建建筑場地東臨迎賓路，西南、西北側(隔圍墻外)為某銀行辦公樓及居民生活小區，東北側為低層老房子，東南側距城市主干道路約15m。場地地勢平坦，現地面標高為3.92~4.47m，相對高差較小。

　　2.2、場地工程地質條件

　　根據現場鉆探揭露情況及室內土工實驗結果，現將場地內地基土層從上而下描述如下本次勘察查明，在勘察所達深度范圍內，場地地層主要為第四系全新統及中更新統海相沉積層(Q4m、Q1m)。依據地基土巖性結構物理力學性質及差異性，本場地自上而下可分5個主要工程地質層，各地質層為雜填土①層、淤泥質粘土②層、粉砂③層、礫砂④層、粘土⑤層。現對基坑開挖支護及降水影響較大的①~④層分述如下：

　　雜填土①(Q4ml)：灰色，雜色，稍濕，松散狀，表層主要以磚塊、塊石、混凝土塊為主，石英砂質充填，局部含生活垃圾，下段以素填土為主，人工堆填而成，堆填年限3~5年，厚度為0.50~1.50m，該層為上層滯水層。

　　淤泥質粘土②(Q4m)：飽和，流塑～軟塑狀為主，以粘性土為主，局部地段夾透鏡體狀粉砂，揭露厚度9.50~10.30m，層底埋深約為10.80~11.80m，基坑將開挖至該層，對該層側壁的穩定性支護為本次基坑支護的重點。

　　粉砂③(Q4m)：松散狀，飽和，揭露厚度1.60~2.00m，該層為承壓水含水層，對基坑開挖影響較大。

　　礫砂④(Q4m)：飽和，稍密狀，揭露厚度10.30~11.90m，該層亦為承壓水含水層，與粉砂③層水力聯系較大，均為承壓水含水層。該層對基坑的穩定性影響較大，為本次水文地質勘察的重點地層。

　　2.3、水文地質條件概況

　　勘察期間，場地內地下水混合穩定水位埋深0.30~0.65m，高程為3.46~4.02m。

　　勘察深度范圍內，根據本次勘察結果及鄰近場地地質資料，擬建場地地下水類型有：

　　①、上層滯水：主要埋藏于雜填土層中，該層滲透均勻性較差，滲透性中等，富水性弱，主要接受大氣降水補給。

　　②、孔隙潛水：主要埋藏于淤泥質粘土②層中，該層滲透性小，主要接受大氣降水及相鄰含水層垂直向補給，該層為相對隔水層。

　　③、承壓水：主要埋藏于粉砂③、礫砂④層中，屬強透水層，滲透性能大，富水性強，主要接受相鄰含水層及地表水補給，排泄于含水層下游及低洼處。

　　場地內各土層之間的水力聯系除粉砂③及礫砂④的水利聯系較大外。以鉆孔ZK8為觀測孔，采用隔水措施，測得賦存于粉砂③、礫砂④承壓水穩定水位埋深5.50m，高程為-1.42m，承壓水頭h值為5.3m。

　　3、承壓水試驗

　　3.1、試驗目的與步驟

　　由于擬建工程基坑開挖深度深達約為9.00m，基坑開挖后，基坑坑底將位于淤泥質粘土②層上。淤泥質粘土②層底埋深為10.80~11.80m，基坑開挖后，該層剩余厚度為1.80~2.80m。淤泥質粘土②層下臥層為賦水量相對較大、透水性較好的粉砂③及礫砂④層，基坑開挖后，隨著淤泥質粘土②層厚的減少，可能會導致層底承壓水水頭壓力頂裂或沖毀基坑底板，造成突涌現象。基坑突涌將會破壞地基強度，并給施工帶來很大的困難。

　　基坑突涌現象將會破壞地基強度，并給施工帶來很大困難。為避免基坑發生突涌現象，應在在基坑位置的外圍先設置抽水孔(或井)，采用人工方法局部降低承壓水位，直到把承壓水降低到基坑底以下某一許可值，方可開挖基坑，這樣就能防止產生基坑突涌現象。

　　3.2、抽水試驗

　　本次承壓水試驗采用127mm套管跟管鉆進，鉆至17m后(即于鉆孔ZK8鉆穿淤泥質粘土以下約6.2m)，放入長11m的φ110mm套管及長6m的φ110mm濾水管，濾水管外側填置濾料，套管外側填置水泥砂漿封堵淤泥質粘土②層。待套管外側水泥砂漿凝固后進行洗井后，進行穩定水位量測后，即可開始進行抽水試驗。本次抽水試驗分3個降深進行，各降深的Q-t及S-t曲線圖如下圖1：

　　3.3、試驗成果

　　依據《水利水電工程地質手冊》中吉林斯基關于承壓非完整井(單井抽水)計算公式：

　　R=10S K= 式中：K--滲透系數(m/d);Q--流量(m3/d);l—濾水管有效長度(m);S--水位降深(m);R—影響半徑(m);r—井的半徑(m)

　　Q、l、S為抽水試驗中實測所得，r為0.055m，計算求得K值及R值，計算結果見表1。

　　根據抽水試驗成果可得，粉砂③及礫砂④綜合含水層滲透系數平均值約為1.83m/d。本次勘察亦分別取樣對粉砂③、礫砂④進行了室內滲透試驗，滲透系數分別為1.06m/d、5.05m/d。基坑降水設計時可取礫砂④層滲透系數，為5.05m/d。

　　4、十字板剪切試驗

　　鉆至淤泥質粉質粘土層頂時，對淤泥質粘土進行原位十字板試驗，成果統計見表2。

　　5、基坑開挖穩定性評價

　　本工程地下室為2層，基坑開挖深度約為9.00m，基坑工程安全等級為一級。擬建建筑場地東臨迎賓路，西南、西北側(隔圍墻外)為某銀行辦公樓及居民生活小區，東北側為低層老房子，東南側距城市主干道路約15m。場地靠某銀行辦公樓及居民小區建筑均為樁基礎，東北側低層老房子側多用淺基礎，周邊環境對基坑的變形要求較高。

　　5.1、基坑天然壁穩定性分析評價

　　根據現有地面標高，基坑開挖深度約9.50米。開挖深度范圍內分布的土層為雜填土①、淤泥質粘土②。

　　基槽開挖深度范圍內分布土(巖)層側壁允許自立高度可按以下公式進行驗算，計算結果列于表3：

　　公式： 式中：z0——允許自立高度(m); c——側壁土體粘聚力(KPa);

　　γ——側壁土體的天然重度(KN/m3);

　　——側壁土體的內摩擦角(°)。

　　選取有代表性的ZK8孔地段進行計算，當穩定系數Fs=1時，其臨界坡高z0為0.563m，即基坑開挖至約0.60m時，邊坡將處于失穩狀態。

　　5.2、基坑坑底抗隆起穩定性評價

　　根據現場十字板剪切試驗成果，取淤泥質粘土的抗剪強度τ0為52.1kPa，取淤泥質粘土的重度為17.2kN/m3，設基坑周邊地面荷載為10kPa，按《建筑地基基礎設計規范》(GB50007-2002)附錄V.0.1計算基坑坑底抗隆起穩定性小于1.6。

　　5.3、基坑降水對周邊建筑設施的影響

　　基坑周邊緊鄰道路和居民住宅樓、道路，抽排地下水可能引起影響半徑范圍內土層中孔隙水壓力減小，有效應力增加，從而造成地面沉降，破壞地下管線，不利于周邊建筑物的安全。

　　5.4、基坑突涌的判定

　　根據極限平衡式(5.4.1)進行計算：

　　式中， H——基坑開挖后不透水層的厚度(m);

　　——土的重度;

　　——水的重度;

　　h——承壓水頭高于含水層頂板的高度(m)。

　　根據本場地最不利地段中的量測所得的承壓水頭值h=5.3m，雜填土厚度為1.0m，淤泥質粘土厚度為9.80m，淤泥質粘土重度 =16.7KN/m3，水的重度 =10KN/ m3。

　　根據公式(5.4.1)：

　　H≥(10/16.7)·7.2≈3.2m，

　　當H≤3.2m時，即當基坑開挖深度至淤泥質粘土剩余厚度約為3.2m時，基坑將可能會發生突涌現象。

　　綜合本次勘察結果及基坑開挖深度范圍考慮，當基坑開挖至基坑底板時，淤泥質粘土剩余厚度為1.80~2.80m，坑底將可能會發生突涌現象，須在承壓水層中設置降水井降低承壓水頭。

　　6、基坑支護與降水、監測

　　根據場地地層、地下水分布及周邊環境狀況，基坑工程建議采用排樁支護+內支撐+止水帷幕+降低承壓水頭的方案。

　　6.1、基坑開挖與支護

　　根據場地周邊環境因素及本場地巖土工程條件，基坑支護建議采用排樁或地下連續墻+內支撐的方案，排樁可選用鋼筋混凝土灌注樁。支護結構的直徑(或厚度)和入土深度以滿足坑壁、坑底穩定性為原則。內支撐可采用現澆鋼筋混凝土梁或鋼管支撐，以減小坑壁的變形。

　　6.2、基坑降水、截止水

　　a、上層滯水、潛水

　　本場地地下潛水埋深0.30～0.65m，水位標高3.46~4.02m，地下水埋藏淺，地下水主要賦存于為表層雜填土及飽和狀淤泥質粘土中，雜填土①滲透系數4m/d、淤泥質粘土②3.2×10-3m/d。由于周邊環境限制，本場地不具備大面積降水的條件，建議在第②層淤泥質粘土中設置止水帷幕，切斷基坑內外淺層潛水的水力連系，進行基坑內降水，減小對帷幕外側建筑設施的影響。止水帷幕可選用深層攪拌樁或高壓旋噴樁，基坑內潛水可采用坑內集水坑聯接明渠排水疏干，基坑開挖時可邊開挖、邊排水。

　　b、承壓水

　　賦存于場地粉砂③、礫砂④層分布的承壓水，承壓水頭高度為5.3m，高出基坑坑底隔水層殘余厚度約1.80~2.80m，為防止基坑坑底出現突涌的危害，可在基坑止水帷幕內四周設置降水井降低承壓水頭，承壓水頭的降低高度以滿足坑底不出現突涌為準。礫砂④層含粘量較高，滲透系數k=5.05m/d。為減小降水井的涌水量，止水帷幕應穿過淤泥質粉質粘土層，進入礫砂④層內一定深度。

　　c、基坑監測

　　基坑施工期間應對基坑支護結構，周邊土體及鄰近構(構)筑物的位移及沉降進行觀測及監測，及時反饋監測結果。如果發生異常情況應及時通知有關部門，采取有效措施進行處理。

　　7、結語

　　在該復雜場地條件的工程勘察過程中，通過多種手段得到各土層的基坑設計參數，水文參數，且根據本工程的主要技術關鍵點進行了針對性的勘察工程。結合基坑支護施工及施工后的監測數據表明，參數合理，方案可行。因此，在工程施工過程中，不僅要求查明與巖土、水文地質等問題，還應根據擬建工程的特征、場地復雜程度情況，相對應地、切實地做好各項工程要求指標，才能對提高復雜場地地區的勘察質量。

　　參考文獻：

　　1 三亞水文地質工程地質勘察院，迎賓壹號巖土工程勘察報告，2011年。

　　2 GB50007-2002，建筑地基基礎設計規范。

　　3 高大釗，深基坑工程，機械工業出版社。

　　4 JGJ 83—2011，軟土地區巖土工程勘察規程。

　　5 馬麗麗，深基坑開挖中的水文地質問題，工程勘察，1996年第2期。