基坑降水對(duì)基坑邊坡穩(wěn)定性的影響分析

李樹(shù)凱

（山東新匯建設(shè)集團(tuán)有限公司，山東 東營(yíng)257091）

1 引言

建筑施工過(guò)程中，邊坡失穩(wěn)問(wèn)題較多，特別是在地下水水位較高的地區(qū)，為了保證基坑周邊環(huán)境的安全和基礎(chǔ)工程施工順利進(jìn)行，基坑降水成為基坑施工中一個(gè)重要的技術(shù)難點(diǎn)[1]。

2 東營(yíng)地區(qū)土層工程特性

東營(yíng)地區(qū)為黃河三角洲沖積平原，地下水水位埋深淺，地層分布相對(duì)穩(wěn)定。主要地層從上往下有：①粉土～粉質(zhì)黏土，稍密～中密，流～軟塑，弱～中等透水性；②淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土～粉質(zhì)黏土，軟塑，夾粉土和粉質(zhì)黏土薄層，微～弱透水性；③粉質(zhì)黏土，軟～可塑，夾粉土和黏土薄層，微～弱透水性；④粉土，中密，弱～中等透水性；⑤粉質(zhì)黏土，軟～可塑，夾粉土和黏土薄層，微～弱透水性；⑥粉土～粉質(zhì)黏土，中～密實(shí)，弱透水性；⑦粉質(zhì)黏土，可塑～硬可塑，含姜石，微透水性；⑧粉土～粉細(xì)砂，密實(shí)，中等透水性，其中①～⑥層為新近沉積土，⑦及⑦層以下為一般沉積時(shí)間較久，且埋置深度較大，對(duì)基坑支護(hù)影響較小。粉質(zhì)黏土層具有天然含水率較高，地基承載力低,承受荷載后地基變形較大的特性。②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土～粉質(zhì)黏土較軟弱，不均勻、強(qiáng)度低、壓縮性高、滲透低，側(cè)向壓力變化時(shí)易變形并易發(fā)育成軟弱滑動(dòng)帶，造成基坑邊坡失穩(wěn)。

3 軟土地區(qū)常用的降水措施和支護(hù)結(jié)構(gòu)形式

降水措施：在東營(yíng)地區(qū)應(yīng)用較為廣泛的基坑降水方式主要有管井、真空井點(diǎn)2種方式。電梯井或局部降水效果欠佳的部位采用管井與真空井點(diǎn)相結(jié)合的方式降水。

止水措施（深層水泥土攪拌樁）：常采用20%水泥摻量，施工機(jī)械主要有三軸、五軸等，逐步淘汰了施工質(zhì)量不佳的單軸、雙軸設(shè)備。

放坡（坡率法）：根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和工程類(lèi)比等原則，利用土體本身自穩(wěn)能力，將土體開(kāi)挖至不同坡角的邊坡，放坡坡面應(yīng)設(shè)置防護(hù)層，多采用噴混護(hù)坡和多級(jí)放坡的型式。

SMW工法（型鋼水泥土攪拌墻）：作為兼有止水和擋土作用的支護(hù)結(jié)構(gòu)，常與錨索或內(nèi)支撐同時(shí)使用，形成錨拉式或內(nèi)支撐式支擋結(jié)構(gòu)。

錨索（高壓旋噴錨索）：由用于地基處理的高壓旋噴樁轉(zhuǎn)變而來(lái)，具有施工過(guò)程中受地層影響較小，特別是在高水位、軟土分布地區(qū)，水泥摻量約40%。

4 工程實(shí)例設(shè)計(jì)方案

以東營(yíng)市某項(xiàng)目基坑為例，基坑周邊環(huán)境與支護(hù)結(jié)構(gòu)形式如表1所示。

分級(jí)放坡+管井降水（見(jiàn)圖1）：坡率為1∶1.0，3.2m處設(shè)置平臺(tái)，平臺(tái)寬度1.0m，坡頂、坡面均掛網(wǎng)噴漿處理，其中，鋼筋網(wǎng)采用HPB300φ6.5mm@200mm鋼筋網(wǎng)片，面層采用C20細(xì)石混凝土、厚度80mm，翻邊1.0m?？觾?nèi)外采用700mm管井降水。

表1基坑周邊環(huán)境與支護(hù)結(jié)構(gòu)一覽表

SMW工法+預(yù)應(yīng)力錨索+管井降水（見(jiàn)圖2）：上部1.5m按照1∶1.0放坡，在1.5m處設(shè)置平臺(tái)，平臺(tái)寬度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)管線(xiàn)位置適當(dāng)調(diào)整，下部采用SMW工法+預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)，SMW工法采用單排三軸水泥土攪拌樁內(nèi)插型鋼，型鋼按照插二跳一施工，三軸攪拌樁φ650mm@900mm，樁底標(biāo)高-13.00m；在相對(duì)標(biāo)高-3.00m處設(shè)置單排預(yù)應(yīng)力錨索，錨索傾角20°～25°隔一交叉變換布置，錨索水平間距為1.35m?？觾?nèi)外采用700mm管井降水。

圖1分級(jí)放坡剖面圖

圖2 SMW工法支護(hù)剖面圖

5 基坑降水對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響分析

問(wèn)題1：基坑底部局部出現(xiàn)徑流現(xiàn)象、邊坡局部出現(xiàn)坍塌。分析：通過(guò)調(diào)查得知，基坑外圍雨水管線(xiàn)普遍存在滲漏現(xiàn)象，造成基坑底部出現(xiàn)徑流且呈順坡流動(dòng)。順坡向地下水流動(dòng)不僅會(huì)造成土層含水率增大、自重增大、導(dǎo)致下滑力增加。此外，由于地下水的流動(dòng)侵蝕，邊坡土體不斷被水流帶出，減小了坑底處的抗滑力，造成分級(jí)放坡區(qū)段局部出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。即使降水井對(duì)管線(xiàn)滲漏的水進(jìn)行了收集與外排，一定程度上加劇了水流速度造成邊坡失穩(wěn)[2]。

問(wèn)題2：基坑開(kāi)挖完成后，攪拌樁樁身存在浸濕現(xiàn)象。

分析：SMW工法樁在施工時(shí)，由于卡位不夠準(zhǔn)確，型鋼在插入時(shí)存在一定偏差，造成型鋼局部外露于樁體外。同時(shí)由于型鋼二次使用、表面刷油導(dǎo)致與水泥土不能良好結(jié)合，型鋼外露時(shí)，會(huì)為地下水提供泄水通道。攪拌樁內(nèi)外側(cè)降水造成的水頭差不僅為地下水滲流提供了動(dòng)力，同時(shí)還作為主動(dòng)壓力作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)上，多重影響造成攪拌樁樁身局部存在浸濕現(xiàn)象，對(duì)基坑邊坡穩(wěn)定性造成不利影響。

問(wèn)題3：隨著時(shí)間的推移，基坑邊坡頂部、開(kāi)挖深度1倍范圍內(nèi)存在裂縫，且監(jiān)測(cè)資料表明基坑長(zhǎng)邊中部的水平和垂直位移均大于兩端。

分析：基坑支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)僅考慮了二維平面作用，忽略了三維空間效應(yīng)。在基坑開(kāi)挖后，基坑降水時(shí)間較長(zhǎng)的區(qū)段邊坡穩(wěn)定性明顯好于其他區(qū)段。說(shuō)明基坑邊坡穩(wěn)定性不僅與空間效應(yīng)相關(guān)，而且與時(shí)間效應(yīng)相關(guān)，受時(shí)空效應(yīng)的雙重控制。深基坑開(kāi)挖后的變形不僅與基坑形狀存在關(guān)聯(lián)，也與基坑開(kāi)挖后暴露的時(shí)間有較大的關(guān)系，尤其是大面積降水工程更為突出[3]。隨著時(shí)間的增加，應(yīng)力集中現(xiàn)象也更加明顯。理論計(jì)算時(shí)按照兩端固接考慮，實(shí)際上在工程中更接近于鉸接，這也導(dǎo)致實(shí)際位移比計(jì)算值偏大。

6 結(jié)論

綜上所述，得出以下結(jié)論：

1）降水井不能有效地收集和外排管線(xiàn)滲漏的水體，建議條件允許時(shí)可對(duì)雨水管線(xiàn)封堵；

2）如需進(jìn)行止水，建議采用全封閉式止水樁，及時(shí)封堵滲漏點(diǎn)避免潛蝕現(xiàn)象，同時(shí)在設(shè)計(jì)時(shí)主動(dòng)土壓力考慮地下水動(dòng)力影響；

3）設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮空間效應(yīng)和時(shí)間效應(yīng)，支護(hù)結(jié)構(gòu)采用的計(jì)算假設(shè)應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際考慮。