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        復(fù)雜環(huán)境下礦山基坑工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐研究

        2021-12-23 12:00:22顧海龍柳國(guó)明王逢爽
        世界有色金屬 2021年16期
        關(guān)鍵詞:土層礦山基坑

        顧海龍,柳國(guó)明,王逢爽

        (1.山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局八〇一水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì),山東 濟(jì)南 250014;2.山東省地礦工程勘察院,山東 濟(jì)南 250014)

        我國(guó)工程施工以及其地下空間不斷發(fā)展,在復(fù)雜環(huán)境下的基坑開(kāi)挖隨之不斷增加,所以如何減小深大基坑工程開(kāi)挖對(duì)周邊環(huán)境的影響逐漸成為如今的重點(diǎn)研究方向。而基坑開(kāi)挖的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工程施工既應(yīng)考慮周邊環(huán)境的安全,也應(yīng)使整體施工方便、工期合理并考慮到整體經(jīng)濟(jì)性。因此對(duì)于復(fù)雜環(huán)境下的礦山工程深大基坑工程的設(shè)計(jì)與施工進(jìn)行研究,有利于礦山開(kāi)采行業(yè)的整體發(fā)展,有利于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步提升。

        1 工程概況

        1.1 工程簡(jiǎn)介

        本工程為綜合性礦山地質(zhì)結(jié)構(gòu),地處復(fù)雜區(qū)域,周邊均為灌木以及綜合性地質(zhì)環(huán)境,本工程地塊基本呈正方形,總用地面積約四萬(wàn)七千平方米,地上2層,地下3層?;娱L(zhǎng)210m、寬202m,周長(zhǎng)約950m,屬于深大基坑工程。

        表1 地層物理力學(xué)性質(zhì)綜合成果表

        1.2 礦山工程地質(zhì)和水文條件

        本礦山工程施工場(chǎng)地處于沖積平原地帶,基礎(chǔ)覆蓋層依次為填土層、沖積層和殘積層,詳細(xì)地層參數(shù)見(jiàn)表一所示。水文條件方面,地層中沖洪積砂土層為中等透水層,其余地層為唯一弱透水層,總體呈現(xiàn)以弱透水為主。

        2 支護(hù)結(jié)構(gòu)常用類型及使用條件

        深大基坑的設(shè)計(jì)和施工中支護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)施極其重要,在其眾多種類中,放坡、坡體加固和排樁較為常見(jiàn)[1]。在工程施工深大基坑的設(shè)計(jì)中,根據(jù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同特點(diǎn),例如地質(zhì)環(huán)境、工程目標(biāo)要求、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、用途種類以及施工方法等,進(jìn)行合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)選擇是一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)。

        2.1 自穩(wěn)邊坡

        自穩(wěn)邊坡屬于放坡型支護(hù)結(jié)構(gòu),此類結(jié)構(gòu)的邊坡保護(hù)與支護(hù)結(jié)構(gòu)為根據(jù)施工的具體地質(zhì)與特點(diǎn)進(jìn)行邊坡的保留并運(yùn)用土工膜的方式進(jìn)行保護(hù)與覆蓋,并可使用混凝土噴涂以及水泥砂漿噴涂進(jìn)行一定量的加固。其具體的使用范圍為,基坑開(kāi)闊并沒(méi)有重要地下管線的鋪設(shè)與經(jīng)過(guò),周圍沒(méi)有較近的建筑物或工程施工建筑物,有其他排布方式或地下管線已不再使用。當(dāng)坑底土質(zhì)地基較為松散的情況下,避免坑底變形過(guò)大時(shí),可運(yùn)用反式放坡卸載。

        2.2 復(fù)合噴錨支護(hù)

        復(fù)合噴錨支護(hù)是對(duì)坡體進(jìn)行加固類支護(hù)結(jié)構(gòu)的一種,此支護(hù)系統(tǒng)的護(hù)坡方式為在使用混凝土面層的同時(shí)用鋼筋網(wǎng)或錨桿等進(jìn)行加固,同時(shí)采用復(fù)合方式借助其它支護(hù)樁來(lái)解決坑底土質(zhì)較差而引發(fā)的坑底變形以及土層的滑動(dòng)問(wèn)題。這一方式多用于深層的厚軟土無(wú)法采用一般方式進(jìn)行解決的情況下,而深厚軟土以及其極易出現(xiàn)的滲水現(xiàn)象,可采用此種方式加以解決并且能夠做好防水問(wèn)題。

        2.3 噴錨支護(hù)

        噴錨支護(hù)也屬于坡體加固類支護(hù)結(jié)構(gòu),其護(hù)坡與擋護(hù)方式同復(fù)合噴錨支護(hù)類似,都利用混凝土以及鋼筋網(wǎng)、錨桿等進(jìn)行加固操作,但此種方式多用于填土、巖性土以及粘性土質(zhì)當(dāng)中。但其限制條件為除巖質(zhì)土層外,支護(hù)深度最高不得超過(guò)5.9m。而在軟弱土層或深厚土層中使用時(shí),支護(hù)效果欠佳,故其不適合在此類土層中進(jìn)行設(shè)計(jì)與施工。

        2.4 錨固式

        錨固式分為單層或雙層結(jié)構(gòu),此類結(jié)構(gòu)屬于排樁類支護(hù),護(hù)坡方式主要為上列樁型加預(yù)應(yīng)力或非預(yù)應(yīng)力灌漿錨桿、螺旋錨或灌漿螺旋錨、錨定板以及冠梁與圍檀[2]。此類結(jié)構(gòu)的適用范圍較廣,對(duì)于深度不同的基坑都能有所運(yùn)用并起到一定效果,并且其占用空間較小,但在運(yùn)用中必須設(shè)置避過(guò)障礙以及插入基坑,在相鄰工程施工的基坑的具體情況未能詳細(xì)了解時(shí),不能進(jìn)行良好適配,并且此類錨固不能設(shè)置在流動(dòng)性強(qiáng)的土質(zhì)中,細(xì)沙等土質(zhì)也不能進(jìn)行使用。

        2.5 懸臂式或撐錨式支護(hù)

        這兩類支護(hù)類型都屬于地下連續(xù)墻支護(hù)范疇,護(hù)坡方式主要使用連續(xù)墻機(jī)構(gòu),例如鋼筋混凝土地下連續(xù)墻、灌注樁連續(xù)構(gòu)造以及SMW工法等,在設(shè)置時(shí)需要進(jìn)行內(nèi)部支撐與錨固。連續(xù)墻式結(jié)構(gòu)主要適用于超深基坑支護(hù)中,并常被作為逆作法進(jìn)行施工運(yùn)用。

        3 工程難點(diǎn)與地質(zhì)分析

        3.1 工程難點(diǎn)

        (1)周邊環(huán)境復(fù)雜,有工程施工主干道,礦山隧洞東西兩側(cè)距離側(cè)壁開(kāi)挖僅5m,隧道頂板距離開(kāi)挖基底不足10m[3]。如何確保礦山隧道內(nèi)主干道的安全不受影響是本工程中的重要難點(diǎn)。

        (2)在本工程基坑開(kāi)挖的周圍,因其處于地質(zhì)較為復(fù)雜地段,故周邊有地下結(jié)構(gòu)分部,并且原基坑采用樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu),有部分錨固結(jié)構(gòu)施工位于本基坑場(chǎng)地內(nèi)。東側(cè)與西側(cè)地下結(jié)構(gòu)采用大放坡開(kāi)挖基坑,回填土成分復(fù)雜且成分較多,土壓力計(jì)算和模型建立存在一定程度的困難,為工程主體增加難度。

        (3)基坑開(kāi)挖總體呈正方形形態(tài),周長(zhǎng)較長(zhǎng)且開(kāi)挖深度超過(guò)20m,總體開(kāi)挖體量大,基坑內(nèi)外環(huán)境多變且復(fù)雜,開(kāi)挖難度較大。且還需考慮支護(hù)的安全性、經(jīng)濟(jì)性等因素,故本工程總體施工設(shè)計(jì)難度較大。

        3.2 施工場(chǎng)地地質(zhì)條件分析

        在深基坑開(kāi)挖的設(shè)計(jì)中,對(duì)于支護(hù)結(jié)構(gòu)以及各水井、隔滲設(shè)施以及地質(zhì)開(kāi)挖條件的設(shè)計(jì)與分析必不可少,這就要求在開(kāi)挖設(shè)計(jì)前進(jìn)行地形地貌與水文地質(zhì)條件的分析與掌握。必須對(duì)于基坑周邊的地表水環(huán)境以及地下水環(huán)境同周圍環(huán)境的形式與深度進(jìn)行整合分析并結(jié)合判斷。此礦山工程處于沖積平原地帶,其地下環(huán)境有強(qiáng)度極低的厚軟土以及黏土。詳細(xì)情況為地表2m~3m處為新填土,其下依次為厚粘性土與淤泥,土質(zhì)的多樣化導(dǎo)致位移的時(shí)常發(fā)生,基坑開(kāi)挖中涉及到的問(wèn)題較多,需要著重注意。

        4 基坑開(kāi)挖設(shè)計(jì)

        4.1 礦山地質(zhì)工程部分設(shè)計(jì)

        因其基坑部分地質(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜,所以在開(kāi)挖前以及開(kāi)挖過(guò)程中都需要結(jié)合地質(zhì)周邊環(huán)境的影響,以及土層特點(diǎn)進(jìn)行綜合考慮并謹(jǐn)慎選擇支護(hù)方案。在礦山工程部分的基坑開(kāi)挖中,開(kāi)挖不久就遇到砂層并有滲漏現(xiàn)象出現(xiàn),必須進(jìn)行相應(yīng)的降水處理。若使用深井降水法則會(huì)影響周邊環(huán)境安全與和諧,故采用止水帷幕力求減小降水漏斗的影響范圍[4]。而工程區(qū)域南側(cè)放坡距離相對(duì)較小,則可以使用成本投入相對(duì)低廉的噴錨支護(hù)法。而東、西兩側(cè)放坡距離較大,為確保施工空間以及預(yù)留車道,故采用鉆孔灌注樁加預(yù)應(yīng)力錨桿的支護(hù)方式。

        4.2 施工區(qū)域東側(cè)支護(hù)措施

        在施工區(qū)域東側(cè)位置上,此方位受厚軟土土層的影響相對(duì)較小,但因其有地貨物運(yùn)輸通網(wǎng)影響,則不可使用樁錨支護(hù)法。在基坑開(kāi)挖中必須避免形變以及控制開(kāi)挖深度。利用排樁法可以有效控制單排懸臂樁變形大、且支護(hù)深度有限的缺點(diǎn)。故使用排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)運(yùn)用在東側(cè),并使用內(nèi)部鋼筋進(jìn)行加固[5]。

        4.3 區(qū)域南側(cè)支護(hù)措施

        區(qū)域南側(cè)臨近周邊深部地質(zhì),而南側(cè)深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)同基坑相連,但由于南側(cè)工程施工時(shí)間較長(zhǎng),裝置與設(shè)施存在老化現(xiàn)象,而樁基礎(chǔ)則正處于穩(wěn)定沉降狀態(tài),所以此次施工若不加以注意,很可能會(huì)影響到其基礎(chǔ)。為防止這一現(xiàn)象出現(xiàn),可以使用噴錨支護(hù)法進(jìn)行底部支護(hù)與加固。

        4.4 工程區(qū)域北側(cè)支護(hù)設(shè)計(jì)

        工程區(qū)域北側(cè)有臨街門面分布,周圍環(huán)境較為復(fù)雜且不利于施工,施工空間難以搭設(shè)。在此部分使用連鎖灌注樁墻法,并通過(guò)錨桿補(bǔ)充進(jìn)行加固,還應(yīng)對(duì)蓄留的土體進(jìn)行改性和支護(hù)等加固措施。但因這一部分支護(hù)存在難度以及軸線接樁等問(wèn)題,此部分的設(shè)計(jì)與施工必須滿足整體施工要求。

        5 結(jié)語(yǔ)

        隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,礦山工程施工也隨之快速發(fā)展,但復(fù)雜環(huán)境下的深大基坑設(shè)計(jì)與施工存在較多難點(diǎn),應(yīng)充分考慮到具體環(huán)境與特點(diǎn)所帶來(lái)的影響。深大基坑的設(shè)計(jì)施工應(yīng)引起廣泛研究與關(guān)注,保障工程安全的同時(shí),促進(jìn)礦山開(kāi)采行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

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