复杂地质条件下深基坑支护结构选型与变形控制技术研究

一、引言

随着城市化进程的加快，城市地下空间开发利用日益广泛，深基坑工程数量不断增多。然而，在实际工程中，许多深基坑工程面临复杂的地质条件，如软土地层的高压缩性、砂卵石地层的强透水性、岩溶地层的溶洞发育等 。这些复杂地质条件给深基坑支护结构选型与变形控制带来了巨大挑战。不合理的支护结构选型可能导致基坑失稳、坍塌等事故，而变形控制不当则会引起周边建筑物沉降、地下管线破裂等问题，造成严重的经济损失和社会影响。

二、复杂地质条件对深基坑支护的影响分析

2.1 软土地层的影响

软土地层具有含水量高、孔隙比大、压缩性高、强度低等特点。在深基坑开挖过程中，软土地层的变形量大且持续时间长，容易产生侧向位移和沉降 。由于软土的抗剪强度低，支护结构承受的土压力较大，若支护结构选型不当或设计参数不合理，可能导致支护结构失稳，引发基坑坍塌事故。此外，软土地层的流变性还会使基坑变形随着时间不断发展，增加了变形控制的难度。

2.2 砂卵石地层的影响

砂卵石地层颗粒间孔隙较大，透水性强，在深基坑开挖时容易出现流沙、管涌等问题 。这些问题不仅会影响基坑的稳定性，还可能导致周边地层沉降，危及周边建筑物和地下管线的安全。同时，砂卵石地层的颗粒摩擦阻力大，对支护结构的成孔、成桩施工造成困难，增加了施工难度和成本。

2.3 岩溶地层的影响

岩溶地层中存在大量的溶洞、溶沟、溶槽等岩溶形态。在深基坑工程中，岩溶发育可能导致地基不均匀沉降，使支护结构受力不均 。此外，溶洞的存在还可能引起基坑突水、突泥等灾害，严重威胁施工安全。由于岩溶地层的地质条件复杂多变，给支护结构选型和设计带来很大的不确定性。

三、深基坑支护结构选型原则与方法

3.1 选型原则

深基坑支护结构选型应遵循安全性、经济性、适用性和环保性原则 。安全性是首要原则，支护结构必须能够承受基坑开挖过程中的土压力、水压力等荷载，确保基坑和周边环境的安全；经济性要求在满足安全的前提下，选择成本较低的支护结构形式，降低工程投资；适用性是指支护结构应适应复杂地质条件和工程环境的要求，便于施工；环保性原则要求在支护结构施工和使用过程中，减少对周边环境的污染和破坏。

3.2 选型方法

3.2.1 基于地质勘察的分析

详细的地质勘察是深基坑支护结构选型的基础。通过地质勘察，获取地层的岩性、厚度、物理力学性质、地下水情况等信息 。根据地质勘察报告，分析地层的稳定性和承载能力，判断可能出现的地质问题，为支护结构选型提供依据。例如，在软土地层中，优先选择刚度较大的支护结构，如地下连续墙或灌注桩；在砂卵石地层中，考虑采用止水效果好的支护结构，并做好降水和防渗措施。

3.2.2 综合考虑基坑开挖深度和周边环境

基坑开挖深度是影响支护结构选型的重要因素。一般来说，开挖深度较浅的基坑可选用放坡开挖、土钉墙等简单支护形式；随着开挖深度的增加，需采用排桩、地下连续墙等支护结构 。同时，周边环境对支护结构选型也有很大影响。若基坑周边有重要建筑物或地下管线，应选择对周边环境影响较小的支护结构，如采用隔离桩、注浆加固等措施，减少基坑变形对周边环境的影响。

3.2.3 借鉴工程案例经验

参考类似地质条件和工程环境下的成功深基坑支护案例，分析其支护

结构选型的合理性和优缺点 。结合本工程的特点，对成功案例的支护结构形式进行适当改进和优化，使其更适合本工程的需求。同时，吸取失败案例的教训，避免在选型过程中出现类似问题。

四、深基坑支护结构变形控制技术

4.1 优化支护结构设计

合理的支护结构设计是控制基坑变形的关键。在设计过程中，采用先进的计算方法和软件，准确计算支护结构的受力和变形 。根据地质条件和工程要求，优化支护结构的参数，如增大支护桩的直径和长度、增加支撑的道数和刚度等，提高支护结构的承载能力和抗变形能力。此外，还可采用组合支护结构形式，发挥不同支护结构的优势，进一步控制基坑变形。

4.2 加强施工过程控制

严格的施工过程控制对减少基坑变形至关重要。在土方开挖过程中，遵循 “ 分层、分段、对称、平衡” 的原则，控制开挖速度和开挖深度，避免土体应力释放过快导致基坑变形过大 。同时，及时施工支护结构和支撑体系，确保支护结构与土体紧密结合，充分发挥支护作用。在降水施工中，合理控制降水速度和降水量，防止因降水引起周边地层沉降。

4.3 实施动态监测

建立完善的基坑监测体系，对基坑的位移、沉降、倾斜以及周边建筑物和地下管线的变形等进行实时监测 。通过监测数据的分析和处理，及时掌握基坑的变形趋势，发现异常情况及时采取措施进行处理。根据监测结果，动态调整施工方案和支护结构设计参数，实现对基坑变形的有效控制。

五、工程案例分析

5.1 工程概况

某城市综合体深基坑工程，开挖深度为 18m ，场地地质条件复杂，上部为软土地层，下部为砂卵石地层，且存在局部岩溶发育 。基坑周边临近重要建筑物和地下管线，对基坑变形控制要求极高。

5.2 支护结构选型与变形控制措施

根据地质条件和工程要求，支护结构采用 “ 地下连续墙 + 内支撑” 的组合形式。地下连续墙厚度为 1m，深度为 30m ，能够有效抵抗土压力和水压力；内支撑采用 3 道钢筋混凝土支撑，间距为 6m，提高了支护结构的整体刚度 。在变形控制方面，优化地下连续墙的配筋设计，增加支撑的刚度；在土方开挖过程中，严格按照分层分段开挖方案进行施工，每层开挖深度不超过 3m ；建立实时监测系统，对基坑和周边环境进行 24 小时监测。

5.3 实施效果

工程实施过程中，通过合理的支护结构选型和有效的变形控制措施，基坑变形得到了有效控制。监测数据显示，基坑最大水平位移为 25mm ，周边建筑物最大沉降为 15mm ，均满足设计要求 。该工程的成功实施，为类似复杂地质条件下的深基坑工程提供了宝贵的经验。

六、结论

在复杂地质条件下，深基坑支护结构选型应综合考虑地质勘察数据、基坑开挖深度、周边环境等多因素，同时采用优化设计、加强施工控制和实施动态监测等变形控制技术，能够有效保障深基坑工程的安全稳定施工。未来，随着城市地下空间开发的不断深入，还需进一步深入研究复杂地质条件下深基坑支护的新技术、新方法，以适应工程建设的发展需求。

参考文献

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