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

　　關(guān)鍵詞：復(fù)雜場地,軟土,基坑圍護

　　1、前言

　　工程勘察是調(diào)查研究擬建工程場地的地形、地質(zhì)環(huán)境特征及其與工程建設(shè)相關(guān)關(guān)系的綜合應(yīng)用的活動。它為工程建筑物的規(guī)劃、設(shè)計、施工和使用提供地質(zhì)資料和依據(jù)，是設(shè)計的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。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(zhì)條件、水文地質(zhì)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(huán)境較復(fù)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(dāng)基坑開挖到一定深度 (當(dāng)上層的軟土總應(yīng)力小于地下承壓水的水頭壓力深度) 后，基坑底部將發(fā)生基坑突涌的現(xiàn)象。

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

　　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(yè)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(cè)(隔圍墻外)為某銀行辦公樓及居民生活小區(qū)，東北側(cè)為低層老房子，東南側(cè)距城市主干道路約15m。場地地勢平坦，現(xiàn)地面標高為3.92~4.47m，相對高差較小。

　　2.2、場地工程地質(zhì)條件

　　根據(jù)現(xiàn)場鉆探揭露情況及室內(nèi)土工實驗結(jié)果，現(xiàn)將場地內(nèi)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(nèi)，場地地層主要為第四系全新統(tǒng)及中更新統(tǒng)海相沉積層(Q4m、Q1m)。依據(jù)地基土巖性結(jié)構(gòu)物理力學(xué)性質(zhì)及差異性，本場地自上而下可分5個主要工程地質(zhì)層，各地質(zhì)層為雜填土①層、淤泥質(zhì)粘土②層、粉砂③層、礫砂④層、粘土⑤層。現(xiàn)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(zhì)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(zhì)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(cè)壁的穩(wěn)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(lián)系較大，均為承壓水含水層。該層對基坑的穩(wěn)定性影響較大，為本次水文地質(zhì)勘察的重點地層。

　　2.3、水文地質(zhì)條件概況

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

　　勘察深度范圍內(nèi)，根據(jù)本次勘察結(jié)果及鄰近場地地質(zhì)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(zhì)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(nèi)各土層之間的水力聯(lián)系除粉砂③及礫砂④的水利聯(lián)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(wěn)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?zāi)康呐c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(zhì)粘土②層上。淤泥質(zhì)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(zhì)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(zhì)粘土②層厚的減少，可能會導(dǎo)致層底承壓水水頭壓力頂裂或沖毀基坑底板，造成突涌現(xiàn)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(xiàn)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(fā)生突涌現(xiàn)象，應(yīng)在在基坑位置的外圍先設(shè)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(chǎn)生基坑突涌現(xiàn)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(zhì)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(cè)填置濾料，套管外側(cè)填置水泥砂漿封堵淤泥質(zhì)粘土②層。待套管外側(cè)水泥砂漿凝固后進行洗井后，進行穩(wěn)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(jù)《水利水電工程地質(zhì)手冊》中吉林斯基關(guān)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(shù)(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(jié)果見表1。

　　根據(jù)抽水試驗成果可得，粉砂③及礫砂④綜合含水層滲透系數(shù)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(nèi)滲透試驗，滲透系數(shù)分別為1.06m/d、5.05m/d。基坑降水設(shè)計時可取礫砂④層滲透系數(shù)，為5.05m/d。

　　4、十字板剪切試驗

　　鉆至淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層頂時，對淤泥質(zhì)粘土進行原位十字板試驗，成果統(tǒng)計見表2。

　　5、基坑開挖穩(wěn)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(cè)(隔圍墻外)為某銀行辦公樓及居民生活小區(qū)，東北側(cè)為低層老房子，東南側(cè)距城市主干道路約15m。場地靠某銀行辦公樓及居民小區(qū)建筑均為樁基礎(chǔ)，東北側(cè)低層老房子側(cè)多用淺基礎(chǔ)，周邊環(huán)境對基坑的變形要求較高。

　　5.1、基坑天然壁穩(wěn)定性分析評價

　　根據(jù)現(xiàn)有地面標高，基坑開挖深度約9.50米。開挖深度范圍內(nèi)分布的土層為雜填土①、淤泥質(zhì)粘土②。

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

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

　　γ——側(cè)壁土體的天然重度(KN/m3);

　　——側(cè)壁土體的內(nèi)摩擦角(°)。

　　選取有代表性的ZK8孔地段進行計算，當(dāng)穩(wěn)定系數(shù)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(wěn)狀態(tài)。

　　5.2、基坑坑底抗隆起穩(wěn)定性評價

　　根據(jù)現(xiàn)場十字板剪切試驗成果，取淤泥質(zhì)粘土的抗剪強度τ0為52.1kPa，取淤泥質(zhì)粘土的重度為17.2kN/m3，設(shè)基坑周邊地面荷載為10kPa，按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50007-2002)附錄V.0.1計算基坑坑底抗隆起穩(wěn)定性小于1.6。

　　5.3、基坑降水對周邊建筑設(shè)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(nèi)土層中孔隙水壓力減小，有效應(yīng)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(jù)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(jù)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(zhì)粘土厚度為9.80m，淤泥質(zhì)粘土重度 =16.7KN/m3，水的重度 =10KN/ m3。

　　根據(jù)公式(5.4.1)：

　　H≥(10/16.7)·7.2≈3.2m，

　　當(dāng)H≤3.2m時，即當(dāng)基坑開挖深度至淤泥質(zhì)粘土剩余厚度約為3.2m時，基坑將可能會發(fā)生突涌現(xiàn)象。

　　綜合本次勘察結(jié)果及基坑開挖深度范圍考慮，當(dāng)基坑開挖至基坑底板時，淤泥質(zhì)粘土剩余厚度為1.80~2.80m，坑底將可能會發(fā)生突涌現(xiàn)象，須在承壓水層中設(shè)置降水井降低承壓水頭。

　　6、基坑支護與降水、監(jiān)測

　　根據(jù)場地地層、地下水分布及周邊環(huán)境狀況，基坑工程建議采用排樁支護+內(nèi)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(jù)場地周邊環(huán)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(xù)墻+內(nèi)支撐的方案，排樁可選用鋼筋混凝土灌注樁。支護結(jié)構(gòu)的直徑(或厚度)和入土深度以滿足坑壁、坑底穩(wěn)定性為原則。內(nèi)支撐可采用現(xiàn)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(zhì)粘土中，雜填土①滲透系數(shù)4m/d、淤泥質(zhì)粘土②3.2×10-3m/d。由于周邊環(huán)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(zhì)粘土中設(shè)置止水帷幕，切斷基坑內(nèi)外淺層潛水的水力連系，進行基坑內(nèi)降水，減小對帷幕外側(cè)建筑設(shè)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(nèi)潛水可采用坑內(nèi)集水坑聯(lián)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(xiàn)突涌的危害，可在基坑止水帷幕內(nèi)四周設(shè)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(xiàn)突涌為準。礫砂④層含粘量較高，滲透系數(shù)k=5.05m/d。為減小降水井的涌水量，止水帷幕應(yīng)穿過淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層，進入礫砂④層內(nèi)一定深度。

　　c、基坑監(jiān)測

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

　　7、結(jié)語

　　在該復(fù)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(shè)計參數(shù)，水文參數(shù)，且根據(jù)本工程的主要技術(shù)關(guān)鍵點進行了針對性的勘察工程。結(jié)合基坑支護施工及施工后的監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，參數(shù)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(zhì)等問題，還應(yīng)根據(jù)擬建工程的特征、場地復(fù)雜程度情況，相對應(yīng)地、切實地做好各項工程要求指標，才能對提高復(fù)雜場地地區(qū)的勘察質(zhì)量。

　　參考文獻：

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　　2 GB50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范。

　　3 高大釗，深基坑工程，機械工業(yè)出版社。

　　4 JGJ 83—2011，軟土地區(qū)巖土工程勘察規(guī)程。

　　5 馬麗麗，深基坑開挖中的水文地質(zhì)問題，工程勘察，1996年第2期。