基坑降水對基坑邊坡穩(wěn)定性的影響分析

李樹凱

（山東新匯建設(shè)集團有限公司，山東 東營257091）

1 引言

建筑施工過程中，邊坡失穩(wěn)問題較多，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)工程施工順利進行，基坑降水成為基坑施工中一個重要的技術(shù)難點[1]。

2 東營地區(qū)土層工程特性

東營地區(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，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～粉細砂，密實，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間較久，且埋置深度較大，對基坑支護影響較小。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、強度低、壓縮性高、滲透低，側(cè)向壓力變化時易變形并易發(fā)育成軟弱滑動帶，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結(jié)構(gòu)形式

降水措施：在東營地區(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)驗和工程類比等原則，利用土體本身自穩(wěn)能力，將土體開挖至不同坡角的邊坡，放坡坡面應(yīng)設(shè)置防護層，多采用噴混護坡和多級放坡的型式。

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結(jié)構(gòu)，常與錨索或內(nèi)支撐同時使用，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，具有施工過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 工程實例設(shè)計方案

以東營市某項目基坑為例，基坑周邊環(huán)境與支護結(jié)構(gòu)形式如表1所示。

分級放坡+管井降水（見圖1）：坡率為1∶1.0，3.2m處設(shè)置平臺，平臺寬度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)境與支護結(jié)構(gòu)一覽表

SMW工法+預(yù)應(yīng)力錨索+管井降水（見圖2）：上部1.5m按照1∶1.0放坡，在1.5m處設(shè)置平臺，平臺寬度根據(jù)現(xiàn)場管線位置適當(dāng)調(diào)整，下部采用SMW工法+預(yù)應(yīng)力錨索支護，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，樁底標高-13.00m；在相對標高-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分級放坡剖面圖

圖2 SMW工法支護剖面圖

5 基坑降水對邊坡穩(wěn)定性的影響分析

問題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：通過調(diào)查得知，基坑外圍雨水管線普遍存在滲漏現(xiàn)象，造成基坑底部出現(xiàn)徑流且呈順坡流動。順坡向地下水流動不僅會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，造成分級放坡區(qū)段局部出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。即使降水井對管線滲漏的水進行了收集與外排，一定程度上加劇了水流速度造成邊坡失穩(wěn)[2]。

問題2：基坑開挖完成后，攪拌樁樁身存在浸濕現(xiàn)象。

分析：SMW工法樁在施工時，由于卡位不夠準確，型鋼在插入時存在一定偏差，造成型鋼局部外露于樁體外。同時由于型鋼二次使用、表面刷油導(dǎo)致與水泥土不能良好結(jié)合，型鋼外露時，會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力，同時還作為主動壓力作用于支護結(jié)構(gòu)上，多重影響造成攪拌樁樁身局部存在浸濕現(xiàn)象，對基坑邊坡穩(wěn)定性造成不利影響。

問題3：隨著時間的推移，基坑邊坡頂部、開挖深度1倍范圍內(nèi)存在裂縫，且監(jiān)測資料表明基坑長邊中部的水平和垂直位移均大于兩端。

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

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滲漏的水體，建議條件允許時可對雨水管線封堵；

2）如需進行止水，建議采用全封閉式止水樁，及時封堵滲漏點避免潛蝕現(xiàn)象，同時在設(shè)計時主動土壓力考慮地下水動力影響；

3）設(shè)計時應(yīng)充分考慮空間效應(yīng)和時間效應(yīng)，支護結(jié)構(gòu)采用的計算假設(shè)應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實際考慮。