不同地质条件下基坑设计的策略与优化

不同地质条件下基坑设计的策略与优化

桑威

江苏省地质矿产局第四地质大队/江苏苏州地质工程勘察院    江苏苏州    215129

摘要：随着我国城市化进程的不断推进，土地资源日益紧张，基坑工程在地下空间开发中发挥着越来越重要的作用。基坑工程涉及到岩土工程、结构工程、土木工程等多个领域，地质条件对基坑设计具有重要的影响。因此，研究不同地质条件下基坑设计的策略与优化对于保障基坑工程的安全、顺利进行具有重要意义。

关键词：不同地质；地质勘察；基坑设计；监测；策略优化；

1地质条件对基坑设计的影响

1.1地质勘察与分析

地质勘察与分析是基坑设计中最基本也是最重要的一项工作。通过对地质条件进行全面、详细的调查与分析，可以了解地下土层的物理力学性质、地下水位、地下水渗流状况等相关信息。地质勘察方法主要包括地质钻探、原位测试、采样试验等。在地质勘察阶段，可以利用地表观测、地质雷达、岩土工程勘测、地球物理勘测等多种方法，获取地质条件的相关数据。在地质分析阶段，可以通过室内试验、室外试验、现场观测等手段，对获取的数据进行分析，进而得出对地质条件的判断和评价。

地质勘察与分析的结果对基坑设计具有重要的指导作用。通过地质勘察和分析，可以了解地下土层的层位、厚度、性质，从而确定基坑的支护结构型式及基坑开挖方式。此外，通过地质勘察与分析，可以了解场地水文地质条件，地下水位的调查与分析也是基坑设计中必不可少的一项内容。地下水水位的高低、地下水富水性及透水性直接影响着基坑的支护和开挖工作。在透水性较强的地层中，地下水会对基坑的支撑结构产生不利的影响，可能导致基坑的倒塌和沉降等问题，同时地下水渗流可能引起的土体渗透破坏，如基坑开挖时坑底产生管涌流沙等不良地质作用。因此，水位地质条件的调查与分析十分重要，可以为基坑设计提供宝贵的参考依据。

1.2地下水与基坑设计

地下水是地质条件中一个重要的因素，对基坑设计有着直接的影响。地下水与基坑设计存在着紧密的联系，其变化将直接影响基坑的施工与使用。在基坑设计中，对地下水位、地下水流动特征、地下水与土体相互作用等方面进行研究是非常重要的。

基坑开挖过程中，地下水的流动会给开挖工作带来很大的困难。例如，在地下水位较高的情况下，开挖时可能会遇到大量涌水，同时也会对开挖面的稳定性产生不利影响。因此，对地下水位的准确评估和合理控制是基坑设计的重要内容之一。

另一方面，地下水与土体相互作用的研究也是基坑设计中重要的内容，特别是在软土地区。地下水对于土体的饱和度、稳定性等起着重要的影响。在地下水表面附近，土体的水分含量较高，会对基坑的周边土体稳定性产生不利影响。因此，在地下水与土体相互作用的研究中，需要考虑水分-力学耦合效应，合理确定基坑的支护结构和其他的技术措施。

1.3岩土工程与基坑设计

岩土工程与基坑设计之间存在着密切的联系。地质条件是岩土工程研究的基础，地质条件的不同将对地下土体的力学性质和变化规律产生影响。因此，在基坑设计中，必须充分考虑岩土工程的知识，采取合理的设计策略和技术措施，确保基坑的安全和稳定。

在岩土工程与基坑设计中，需要对地下土体的力学特性进行深入研究。通过对地下土体的室内试验、现场试验和数值模拟等手段，可以了解地下土体的强度、变形特性、渗透特性等。在基坑开挖过程中，地下土体的变形和破坏是非常重要的问题。通过对地下土体的力学特性研究，可以选择合适的支护结构，并制定合理的开挖和支护顺序。此外，还可以通过合理设计土方开挖和土方处理方法，减少地下土体的变形和破坏。岩土工程的研究与应用，对基坑设计起到了重要的指导作用。

2基坑设计的策略

2.1基坑形式与尺寸设计

基坑形式与尺寸设计是基坑设计的重要组成部分，它直接影响基坑的稳定性和施工进度。在不同地质条件下，基坑形式与尺寸的选择需要考虑地下土体的力学性质、地下水位的变化、现场条件等方面的因素。

对于基坑形式的选择，一般可以根据地下土层的稳定性和承载力要求来确定。当地下土层比较稳定，且承载力较高时，可以选择简单的基坑形式，如放坡开挖基坑。当地下土层稳定性差，承载能力较低时，需要采用加固措施，例如设置支撑结构，以提高基坑的稳定性。

基坑尺寸的设计也需要考虑多方面因素。首先，需要根据基坑的用途确定合理的尺寸范围。不同的基坑用途，其尺寸要求也不同，例如地下停车场、地铁车站等基坑的尺寸一般较大，而住宅楼等基坑的尺寸相对较小。其次，需要考虑施工条件和限制因素，如场地的限制和施工设备的要求等。最后，还需考虑基坑的排水和支撑等问题，以确保基坑的稳定和施工的顺利进行。

2.2基坑施工时序与方法设计

基坑施工时序与方法设计是基坑设计的关键部分之一，它直接影响基坑施工的安全性和工期。在不同地质条件下，基坑施工时序与方法的选择需要考虑到地下土层的稳定性和变化、地下水位的变化、基坑支撑结构的设置等因素。

基坑施工时序的设计需要合理安排基坑的开挖、支撑、排水和土方处理等工序的顺序和时间，以保证基坑施工的顺利进行。一般情况下，基坑施工可以分为几个基本步骤：首先是基坑支撑，需要根据地下土层的稳定性和基坑尺寸的要求来设计合适的支撑结构，以提高基坑的稳定性；然后是基坑排水，需要考虑地下水位的变化和基坑的排水能力来选择合适的排水方法和设备；接下来是基坑开挖，在开挖过程中需要根据地下土层的情况和基坑尺寸的要求来选择合适的开挖方法和设备；最后的土方处理，需要对开挖后的土方进行处理和利用，以减少对环境的影响。

为了对不同地质条件下的基坑施工时序与方法设计进行具体分析，我们可以通过实例来说明。例如，在一个地质条件较好的工程中，可以先进行基坑放坡开挖，然后根据需要决定是否设置支撑结构，再进行排水和土方处理。而在一个地质条件较差的工程中，需要先进行基坑支撑，再进行基坑开挖，最后进行排水和土方处理。通过合理安排基坑施工的时序和方法，可以保证基坑施工的安全和工期的顺利进行。

基坑施工时序与方法设计是基坑设计的重要环节，合理的设计能够保证基坑施工的安全性和工期的顺利进行。根据不同地质条件和工程要求，选择合适的施工时序和方法对于基坑设计具有重要意义。

2.3基坑监测与控制策略

基坑监测是指对基坑的变形和变化情况进行实时监测和记录，以及根据监测结果对施工进行控制。一般情况下，基坑监测包括对基坑支撑结构的变形和受力情况、地下水位的变化以及地下土层的变形等方面的监测。通过监测和分析，可以及时发现基坑的变形和变化趋势，并采取相应的控制措施，以保证基坑的安全和施工的顺利进行。

基坑控制策略是指根据监测结果和实际情况，对基坑施工进行调整和控制的方法和措施。基坑监测与控制策略是基坑设计的重要环节，它对基坑的安全性和施工效果起到重要的作用。在不同地质条件下，基坑监测与控制策略的选择需要考虑到地下土层的稳定性和变化、地下水位的变化、基坑支撑结构的变形和受力情况等因素。在基坑施工过程中，可能会出现地下土体的塌方、支护结构的变形等问题，通过合理的控制策略可以减少这些问题的发生。例如，在基坑开挖过程中，可以采取适当的土方开挖和支护顺序来减小地下土体的变形和避免破坏。另外，对基坑支撑结构的设置和调整也是基坑控制策略的重要内容，通过合理设计和调整支撑结构可以控制基坑的变形和受力情况，以保证基坑的安全性和施工效果。

3基坑设计的优化

3.1基坑设计参数优化

基坑设计参数的优化是指在设计过程中，通过合理选择和调整基坑设计参数，以达到最佳设计效果和安全性。在不同地质条件下，基坑设计参数的选择和调整会受到地下土层情况、地下水位、周边建筑物等因素的影响。因此，基坑设计参数的优化需要综合考虑这些因素，以确定最合适的参数设置。

在基坑设计参数的优化中，常见的参数包括基坑尺寸、支撑结构、土方开挖顺序等。基坑尺寸的优化需要考虑基坑的深度、边坡稳定性等因素，以满足开挖和支撑的要求。支撑结构的优化涉及到支撑方式、支护材料的选择等，以保证基坑的稳定性和安全性。土方开挖顺序的优化则需要考虑土体的稳定性、排水条件等因素，以保证开挖过程的顺利进行。

基坑设计参数的优化可以通过数值模拟和现场试验等手段进行。数值模拟可以模拟不同参数设置下的土体应力和变形情况，以评估各种参数设置的效果。现场试验可以通过对某些关键参数进行变化观测，以验证数值模拟结果的可靠性。

3.2基坑施工工序优化

基坑施工工序的优化是指通过合理安排和调整基坑施工工序，以提高施工效率和安全性。在不同地质条件下，基坑施工工序的优化需要考虑地下土体的稳定性、支撑结构的设置等因素。

在基坑施工工序的优化中，常见的工序包括土方开挖、支撑结构施工、土方处理等。土方开挖的优化需要考虑土体的稳定性和排水条件，以确定最合适的开挖方式和顺序。支撑结构施工的优化涉及到支撑材料的选择和施工方法，以确保支撑结构的稳定性和强度。土方处理的优化则需要考虑土方的再利用和处理方式，以达到环保和经济的目的。

基坑施工工序的优化可以通过工艺研究和试验研究等手段进行。工艺研究可以通过分析基坑施工过程中的关键问题，提出合理的解决方案。试验研究可以通过现场试验和模型试验等手段，验证工艺研究的可行性和有效性。

3.3基坑监测与控制方法优化

基坑监测与控制方法的优化是指通过合理选择和使用监测与控制技术，对基坑进行实时监测和控制，以保证施工的安全和质量。在不同地质条件下，基坑监测与控制方法的优化需要考虑地下土层变形情况、支撑结构的变化等因素。

在基坑监测与控制方法的优化中，常见的方法包括地下水位监测、地下土层变形监测、支撑结构变形监测等。地下水位监测可以通过安装水位计等设备，实时监测地下水位的变化情况，以及对基坑的影响。地下土层变形监测可以通过安装变形传感器等设备，实时监测土层的变形情况，以判断地下土层的稳定性。支撑结构变形监测可以通过安装位移计等设备，实时监测支撑结构的变形情况，以评估其稳定性和安全性。对基坑围护结构的变形有严格控制要求的重大工程或特殊项目，可以采用支撑轴力伺服系统，可以实现24小时实时监控，低压自动伺服、高压自动报警，可以通过该系统对基坑提供全方位多重安全保障。

基坑监测与控制方法的优化可以通过试验研究和现场监测等手段进行。试验研究可以通过模型试验和试验数据分析，评估不同监测与控制方法的可行性和有效性。现场监测可以通过实时监测数据的采集和分析，及时发现问题并采取相应的措施。

结束语

本文对不同地质条件下基坑设计的策略与优化进行了研究。通过分析地质条件对基坑设计的影响，提出了针对性的设计策略和优化方法。这些策略和方法为基坑工程的安全、顺利进行提供了重要保障。然而，基坑工程勘察、设计、施工、监测的全过程控制仍具有很大的挑战性，需要不断探索和实践。今后，随着基坑工程实践的不断积累和新技术的不断发展，基坑设计将更加成熟和完善。此外，对于复杂地质条件下的基坑设计，还需要进一步研究和发展相应的优化技术。总之，本文为不同地质条件下基坑设计的策略与优化提供了一定的理论依据和实践指导。

参考文献

[1]旭杨.基于岩土勘察的地质工程基坑支护设计问题研究及优化策略.城市建设理论研究—市政工程,2022

[2]杨晨辉.岩土工程中深基坑支护设计问题与应对策略分.工程学研究与实用,2023

[3]侯公羽,杨春峰,刘纪峰等.进化策略在基坑桩锚(单排锚杆)支护中的应用.2006,33-35