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摘要：在我国国民经济快速发展过程中，矿山行业发挥着不可替代的作用。各类矿山工程的扩大及安全生产为其他行业发展及技术进步提供了必须的资源保障。然而由于矿山生产的特殊性，此类岩土工程极易出现质量问题与风险，威胁生产人员及周围居民的安全。深基坑支护作为岩土工程施工的重点，直接影响着工程项目质量与安全，故要求设计单位必须提高对深基坑支护设计的重视程度。文章以某矿山工程为例，阐述了岩土工程深基坑支护方案设计，分析设计常见问题与应对策略，从而提升工程设计水平与质量安全，延长工程使用寿命。
关键词：岩土工程；深基坑支护；设计
深基坑是矿山岩土工程中的重要组成部分，且深基坑的稳定性、安全性直接影响着矿山岩土工程整体的安全稳定。同时，由于深基坑相对于一般基坑工程而言，前者的处理难度及技术要求均比较高。再加上矿山岩土工程建设中所面临的地质条件也更加的复杂，这样不仅提高了设计难度，而且也增大了设计方案执行过程中的风险，稍有不慎便会造成不可挽回的重大损失。因此，设计人员必须要根据矿山岩土工程现场的地质情况，合理选择及设计支护措施，提高深基坑的质量及稳定性，才能为矿山岩土工程建设的顺利开展奠定坚实的基础。鉴于此，本文结合实例针对矿山岩土工程中常见的深基坑支护设计问题展开分析，并提出有效的应对策略具有良好的现实意义。
1工程概况
依据某矿山工程岩土工程勘察报告与试验结果分析可知，此工程地层共分为7层，其中前三层是主要影响深基坑支护的因素，因此，文章主要分析对基坑支护有影响的前三层地质情况。该矿山岩土工程基坑的前三层地质自上而下为填土Qml4、粉土Qal4、粉质黏土Q4al+pl，其中填土Qml4的厚度为1.2m～2.2m，层底埋深为1.2m～2.2m，颜色呈褐色，结构比较松散，基坑开挖过程中，需要及时进行挖除；粉土Qal4的厚度为8.5m～11.6m，层底埋深为10.00m～14.63m，该土层颜色呈黄褐色，其性质为中等压缩性；粉质黏土Q4al+pl的厚度为2.75m～7.45m，层底埋深为15.6m～18.5m，该土层的颜色呈黄褐色，其性质为中等压缩性。同时，依照岩土工程勘察报告可知，此工程项目现场水位埋深约为-5.3m～6.7m，此工程基坑安全等级为二级，基坑开挖深度约为7.5m～7.8m，北侧靠近道路，距离开挖线以外1.5m处埋置有电缆管网及排水管道，埋深约为-1.5m～2.5m，破坏后会产生较为严重的结果，由此将北侧基坑设为支护重点，基坑其他三面开挖范围内场地空旷，无建筑物或地下构筑物及管网。
2岩土工程中深基坑支护设计方案
2.1岩土工程深基坑支护的常见类型
当前，岩土工程深基坑支护结构种类多样，以“工作机理”“材料性质”为标准进行划分，其主要分为土钉墙结构体系、重力式水泥土墙体系、支护式结构体系。详细划分上述三类支护体系，又可细分为如下几类。
第一，土钉墙支护结构。此种结构基于土层锚杆技术与加筋土技术发展而来，技术原理是将密集排列的杆件土钉放置在土体内，随后在坡面面层上设置钢筋网并喷射混凝土面层，其综合运作后形成复合土体。此种支护结构主要依靠土层介质自身承载力，具有稳定性。土钉承担着拉力，混凝土面层合理分布应力，二者形成整体作用力，能增强土体性能。此种支护结构的优点是施工快、经济效益好、适应性强、柔性大、延展性佳；缺点是仅限于地下水位以上或降水的非软土基坑，并且其深度不宜大于12m的深基坑支护，对场地要求较高并且易产生变。
第二，重力式水泥土墙结构。此种结构主要通过经加固土体而形成的块体结构的重力调节衡土压力，增强支护结构的稳定性，从而顺利推进后续工程施工。水泥土墙支护结构的优点是施工方便、效果出众、适用性广泛等，缺点是基坑开挖深度较大（7m以上）或环保程度较高的工程项目难以适用。
第三，悬臂式支护结构。针对现场限制较强、深基坑开挖深度在6m～10m的工程项目可采用此种支护结构，其主要分为单排桩、双排桩等。
第四，地下连续墙。其最早于20世纪60年代出现于我国，无论在理论研究还是实践探索方面均获得较大发展成就。此种支护结构的优点是整体性强、适用性广、耐久性长且同时具有支护和截水功能，缺点是废泥浆处理要求高，极易产生槽壁坍塌等问题。
第五，锚拉式支护结构。通常情况下，深基坑支护主要由围护墙与土层锚杆构成，其联合挡土墙传递压力、增强稳定、控制位移。土层锚杆作为新型受拉杆件，其一端连接结构物等，一端设置于土层或岩层中，能承担上托力或者土压力等，具有空间大、安全性强、噪音小等优点。
2.2岩土工程深基坑支护的设计原则
2.2.1概念设计，重视实践
设计单位仅靠力学理论和计算方法无法解决深基坑工程施工过程中产生的各类问题，也无法保证计算结果精准，应兼顾概念设计与工程经验，确保设计合理。
2.2.2全面设计，考虑工况
设计单位一般以勘察报告提供的地层参数为准，在勘察报告的基础上也可结合可靠经验，并且考虑当地条件和降雨等自然环境变化，适当调整，并且经过多次试验改善加固的计算指标。
2.2.3科学选择，确保安全
设计单位应根据工程现实情况分析深基坑支护设计的各类问题，如稳定问题、变形问题等，选择合适的支护形式，以此保证深基坑支护安全。
2.2.4重视地下水，加强控制
岩土工程深基坑支护设计时，地下水是重要的因素之一。设计单位应考虑现场地下水情况。例如，若地层地下水位较高，应重点考虑潜水或承压水的影响，以此制定科学合理的降水方案。
2.3岩土工程深基坑支护的设计方案
基于该矿山工程地质情况、自然环境情况并且经过专业计算后，支护结构采用复合土钉墙支护方案，其具体设计方案如下。
2.3.1土钉墙设计
复合土钉墙坡率为1：0.4，土钉成孔深度9m，直径100mm，倾角15°,横向间距1.5m，纵向间距1.5m，杆体采取直径为20mm的螺纹钢。地下水位以上，采取机械钻机成孔，因地下水位以下成孔难度较高并且效果不够理想，所以先采取降水措施，沿基坑周边每隔20m设置一口降水井，井深20m，井径800mm，并布置管井300mm的排水管道，将地下水位降低到基坑底以下0.5m后进行基坑开挖与复合土钉墙施工，同时土钉注浆施工时采用重力注浆方法，将矿渣硅酸盐32.5级的水泥，按照15kg/m的要求注入，并且将水灰比控制在0.5～0.6之间。
工程施工过程中，为控制北侧临建地段位移等，需要在地下1.6m左右设置预应力锚杆，锚杆成孔深度13m，直径150mm，倾角15°,横向间距1.5m，纵向间距1.5m，杆体采取直径为25mm的螺纹钢，预应力180kN，采用二次注浆工艺，确保注浆水泥量超出35kg/m，并且将水灰比控制在0.5～0.6之间。
2.3.2面层设计
面层施工时，主要采取喷射混凝土面层，其强度等级是C20，厚度约为80mm。
3岩土工程中深基坑支护设计的问题
3.1土体取样误差
在岩土工程中，深基坑设计是一项至关重要的任务。设计单位需要充分研究勘察单位的土壤试验报告等数据，以了解现场土体的实际情况，为后续制定设计方案提供有力依据。但现实情况是，部分勘察人员专业性不强，导致采样不够规范、采样程序缺失，无法保证土壤资料精准。比如，由于个别勘察人员专业能力不足，无法根据现场地质情况选择合适的采样方法及采样设备，时常应付了之，导致土体取样不准确，进而也应影响了采样结果的准确性；在土壤采样时，未严格按照相关规定对样品进行规范处理，导致选定的样品缺乏代表性，从而影响后续试验结果的准确性。此外，采样程序存在漏洞，如采样点分布不合理、采样方法不适应现场条件等，也会导致土体取样误差增大。
3.2力学参数不合理
岩土体工程深基坑施工过程中，物理力学参数不合理是较为常见的问题。通常情况下，设计人员需掌握岩土粘聚力、内摩擦角等关键力学指标，分析主动与被动土压力参数等，以此制定科学的设计方案。但现实情况是，因岩土体不够匀称、物理力学性能指标差异较大、实验数据与施工数据不相符，因此设计人员无法准确选取相关指标，导致选用的支护结构不合理，产生结构变形、土体坍塌等问题，引发安全事故。故设计人员应在研究勘察单位提供的相关数据的前提下，将丰富经验融入到数据分析中，在一定范围内合理微调，综合选取相关指标来设计。
3.3设计与实际脱离
深基坑设计工作是一项实践性很强的工作，需要设计人员深入项目场地进行考察，并根据地质勘查资料开展针对性的支护结构设计，以此来保证设计方案与实际情况相一致，为后续各项工作顺利开展奠定基础。但是，实际支护设计过程中，多数设计单位及其设计人员未能深入项目现场进行考察，而依然是沿用传统的设计经验开展设计，且未能根据力学理论与参数进行设计，这种经验式的支护设计方案必然会出现误差，导致设计方案与现实支护需求不相符，不仅无法发挥深基坑支护的安全保障作用，而且也会引发各类工程质量问题，增加工程成本。
3.4设计评价不到位
深基坑施工中的支护失稳问题已经成为岩土工程领域的难题。事实上，问题的根源在于设计评价的不到位。设计人员在进行深基坑支护结构设计时，往往未能充分考虑空间效应的评价工作。深基坑工程所处的地质环境往往是复杂多变的，不同地质条件下的基坑支护结构表现出不同的空间特性。因此，在进行支护设计时，设计人员需要充分了解和掌握这些空间效应，以确保设计的合理性和科学性。然而，当前许多设计人员在进行深基坑支护设计时，往往只关注水平支撑力的增加。正是由于这种观念的影响，易导致支护结构在施工过程中出现空间失稳、变形等问题，进而影响工程质量，甚至造成严重的损失。
4岩土工程中深基坑支护设计的应对策略
4.1加强土体取样质控，科学化基坑支护结构分析法
勘察单位进行深基坑土体取样前，相关人员应做好准备工作，根据工程规范与施工要求等制定采样方案，明确采样需求、条件，从根源上规避采样风险。因采样工作会产生人为风险，由此应加强土体取样质量控制，通过专业培养提升工作人员的技术水平，有序推进取样、检验等工作，为后续设计工作夯实基础。
同时，设计单位应采取科学的基坑支护结构分析方法，其中弹性支点法较为常见与经典，但是其忽略土压力与土结构之间的关系。由此，设计单位可根据实际情况采取其他方法，比如弹塑性地基梁法或有限元法等方法。
4.2规范支护标准参数，落实各环节工艺
针对岩土工程深基坑支护施工复杂、情况多变等状况，设计单位应提前制定方案，规范支护标准参数，落实各环节工艺技术等，确保后续各项工作顺利推进。第一，设计前，工作人员应前往施工现场勘查现场情况，掌握深基坑情况，明确周边建筑物情况、施工范围、环节等；第二，深基坑施工前，设计单位应落实各道环节及其工艺的交底，例如，土钉墙支护施工顺序是成孔—安装—注浆—挂网—焊接—喷射混凝土，设计单位应掌握各道工序的具体要求与情况，如成孔时需按照预先设定的孔位测量放线，确保成孔长度、直径等符合要求；第三，设计单位需了解与确定现场条件，要求施工单位提前设置安全放线及警示标语，同时设计单位需检验现场土质结构等，确定具体参数并且融入到设计方案中，保证施工质量。
4.3引进新型设计方法，完善设计体系
为了顺利开展设计工作，提升设计质量，设计单位应完善设计体系，协调相关单位共同开展组织工作，促进各部门、小组及人员参与设计工作，动态分析各项因素并且优化设计方法。与此同时，设计单位应引进与应用新型设计方法，突破传统设计方式带来的种种弊端。例如，相较于传统深基坑设计方法，新型设计方法中融合了更加先进的支护措施及结构形式，能够更好地适应各种深基坑支护需求，从而在有效调整岩土结构的力学性能等的基础上，增强深基坑的稳定性与安全性。
4.4坚持动态设计，加强支护结构形变设计
根据上文可知，设计单位进行深基坑支护设计时，应不断优化设计理念与模式，增强工程施工的可行性与可靠性。对此，设计单位应坚持动态设计，根据现场勘察情况、工程施工要求等进行动态设计，针对项目数据搭建支护模型。同时，设计单位应加强支护结构变形设计，全面考虑影响工程支护结构的各项因素，做好变形计算工作，评估设计方案的可行性并且建设仿真模型进行科学论证，以此规避设计与后续施工风险。
4.5优选支护形式，提高支护效果
支护形式的选择是影响矿山岩土工程深基坑稳定性的关键因素。因此，为了保证审计科支护效果，设计人员必须根据深基坑的实际支护需要，优选支护形式，提高支护效果。首先，在实际设计过程中，设计人员要根据矿山岩土工程现场的周边环境、地质情况、深基坑深度等关键资料，对深基坑进行全方位的分析，确定该深基坑支护结构所需的具体功能，再选择与之匹配的支护形式。其次，设计人员要采用有限元软件、BIM系统等对深基坑支护方案进行进一步模拟仿真分析，验证深基坑支护方案的可行性、科学性，并在综合考虑经济性的基础上，对深基坑支护方案做进一步优化，保证设计出的深基坑支护方案能够兼顾科学性、合理性、可行性及经济性，进而为后续深基坑支护施工提供准确指导。
5结语
综上所述，岩土工程在矿山工程项目中非常重要，影响着国家基础建设与社会发展。因此，矿山企业与设计单位应重视岩土工程深基坑支护问题，针对工程实际选择合适的支护方法、优化设计方案，取样等工作，形成科学完善的设计体系，确保工程施工各环节及工艺技术稳定落实，从根源上防控质量风险，提高工程施工质量与支护效果，促进岩土工程顺利、有序地推进并且取得理想效益，进而为国民经济发展注入强大推力。后台-系统设置-扩展变量-手机广告位-内容正文底部 -
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矿山岩土工程中深基坑支护设计问题与应对策略论文
人参与 2024-12-04 10:16:54 分类 : 理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
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