巖土工程施工中基坑邊坡失穩(wěn)及加固處理技術(shù)分析

譚 高

(貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局三總隊，貴州 遵義 563000)

0 引 言

基坑邊坡失穩(wěn)是巖土工程施工過程中面臨的重要問題，由于巖土工程工程量普遍較大，其邊坡整體規(guī)模也相對較大，而且由于基坑邊坡整體性相對較強(qiáng)，一旦某一區(qū)域出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)的問題，極容易引發(fā)比較嚴(yán)重的施工安全事故。目前來看，我國巖土工程在施工過程中普遍采取了一定程度的邊坡加固措施，但在工程建設(shè)過程中基坑邊坡失穩(wěn)的問題仍時有發(fā)生。目前深基坑巖土工程占比逐漸增加，而且?guī)r土工程位于軟土區(qū)域的概率也明顯提高，因此基坑邊坡失穩(wěn)是當(dāng)前巖土工程建設(shè)需要考慮的重要問題。影響基坑邊坡穩(wěn)固性的因素相對較多，巖土工程的穩(wěn)定性與巖土體的變形、強(qiáng)度、滲透3大因素密切相關(guān)，且這3者之間往往相互影響，在目前巖土工程日趨復(fù)雜的條件下，必須加強(qiáng)對基坑邊坡失穩(wěn)影響因素的研究才能最大限度減少邊坡失穩(wěn)及其引發(fā)的施工安全事故風(fēng)險。

1 巖土工程基坑支護(hù)特點

基坑支護(hù)加固工作具有明顯的區(qū)域性特點，在進(jìn)行基坑開挖之前，必須針對相關(guān)地區(qū)的地質(zhì)水文參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)勘察，保障工程設(shè)計和邊坡開挖施工均在完全了解該地區(qū)地質(zhì)水文參數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行。另外，基坑支護(hù)加固工作面臨諸多不確定性，由于工程施工過程中受諸多內(nèi)外部因素的綜合影響，而很多不利因素都能夠?qū)吰路€(wěn)定性造成影響，加上巖土工程普遍具有工期較長的特點，在持續(xù)施工的過程中，一些不利影響因素將持續(xù)作用于邊坡之上并對其穩(wěn)固性造成影響，相當(dāng)一部分導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的因素屬于偶發(fā)性因素，因此邊坡支護(hù)工作需要面對諸多不確定的不利影響因素。而且基坑支護(hù)工程屬于整體性工程，在支護(hù)工程完成后，其各點受力作用相對平衡，當(dāng)某一處發(fā)生應(yīng)力變化時，支護(hù)系統(tǒng)整體將一并進(jìn)行應(yīng)力分解。因此基坑支護(hù)工程在建設(shè)過程中需要考慮整個基坑的施工需求，以及各不同區(qū)域基坑面的具體土體參數(shù)。

2 巖土工程基坑邊坡失穩(wěn)原因分析

2.1 不利環(huán)境因素

對于基坑邊坡支護(hù)而言，不利環(huán)境因素是導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的重要原因。舉例來講，強(qiáng)降水就會對基坑邊坡穩(wěn)固性產(chǎn)生一定影響。某地下室工程在設(shè)計過程中，基坑開挖后支護(hù)高度為16 m，支護(hù)方面選擇樁錨加固的形式，坡頂有市政道路及民用住宅。工程建設(shè)過程中由于挖掘土量相對較多因而坑頂土體厚度較大，在此情況下，該地區(qū)在工程建設(shè)期間遭遇強(qiáng)降水影響，在暴雨持續(xù)至第3日時，坡頂部分區(qū)域已經(jīng)出現(xiàn)了比較嚴(yán)重的土體變形，經(jīng)技術(shù)人員檢查，確認(rèn)這一范圍內(nèi)的基坑邊坡隨時有失穩(wěn)坍塌可能。

在這一工程案例中，導(dǎo)致坡頂開裂的主要原因是連日暴雨，較大的降水量加上坡頂填土較厚，在土體含水量大幅增加的情況下導(dǎo)致了坡頂開裂并導(dǎo)致較大的基坑邊坡坍塌風(fēng)險。除強(qiáng)降水之外，地震、臺風(fēng)等不利自然因素也會給基坑邊坡帶來非設(shè)計內(nèi)的外部作用力，這些也都可能在一定程度上引起邊坡失穩(wěn)。此外很多基坑施工作業(yè)區(qū)域土體相對松軟且滲透性相對較強(qiáng)，較為松軟的土質(zhì)以及較高的滲透性之下土體本身的應(yīng)力承載能力相對較低，而且此類土體普遍含水量較高，在受到水體影響后，其自身承載力和抗剪力性能進(jìn)一步下降，這些不利因素都會削弱邊坡穩(wěn)定并增加邊坡失穩(wěn)風(fēng)險。

2.2 準(zhǔn)備不足及施工設(shè)計因素

前期準(zhǔn)備工作及施工設(shè)計都會對基坑邊坡支護(hù)質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。在前期準(zhǔn)備工作中，為保障基坑邊坡支護(hù)設(shè)計的合理性必須完善現(xiàn)場勘察工作，勘察工作是明確該地區(qū)土體地質(zhì)參數(shù)的重要基礎(chǔ)，只有在全方位了解該區(qū)域主體地質(zhì)信息的基礎(chǔ)上，才能保障基坑邊坡支護(hù)方案的合理性，一旦勘察工作存在疏漏，就會導(dǎo)致后續(xù)邊坡支護(hù)方案不符合該地區(qū)實際支護(hù)需求，這是導(dǎo)致基坑邊坡失穩(wěn)的重要原因。除此之外，在施工設(shè)計階段沒有綜合考慮各種可能引發(fā)邊坡失穩(wěn)的因素，也是導(dǎo)致后續(xù)出現(xiàn)該類事故的主要原因。很多施工設(shè)計人員對于前期勘察獲取的土體地質(zhì)參數(shù)不夠重視，在沒有詳細(xì)了解相關(guān)信息的情況下，依照自身經(jīng)驗來進(jìn)行支護(hù)設(shè)計，這不僅導(dǎo)致相應(yīng)的支護(hù)方案考慮不周，而且也容易在施工過程中因種種施工因素導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。

2.3 施工管理因素

施工管理不當(dāng)是導(dǎo)致基坑邊坡失穩(wěn)的另一重要因素。在基坑邊坡及坑內(nèi)施工過程中必須按照既定施工設(shè)計要求進(jìn)行妥善的施工作業(yè)，很多邊坡失穩(wěn)事故，其主要原因是由于施工人員在不完善的施工管理之下，錯誤地進(jìn)行了某項施工作業(yè)，而施工作業(yè)對于邊坡穩(wěn)固性造成了不利影響，隨著施工作業(yè)的持續(xù)進(jìn)行，邊坡穩(wěn)固性逐漸下降，并最終引發(fā)邊坡失穩(wěn)甚至是邊坡坍塌事故。

某民用住宅工程在邊坡治理施工過程中出現(xiàn)了一起邊坡塌陷事故，該邊坡南北長為47 m，東西方向長為75 m，邊坡切面為80°，在邊坡失穩(wěn)事故發(fā)生前4名施工工人正在南北方向邊坡上進(jìn)行邊坡支護(hù)相關(guān)作業(yè)，而當(dāng)施工人員及相應(yīng)設(shè)備通過腳手架來到作業(yè)區(qū)域后，在腳手架架設(shè)的孔位上方突然出現(xiàn)了邊坡開裂坍塌的情況。此次事故導(dǎo)致在該處施工的4名作業(yè)人員全部被埋，其中3人獲救1人遇難。事后分析導(dǎo)致這一慘劇的主要原因是現(xiàn)場施工管理存在漏洞，施工管理人員未按照當(dāng)日施工管理要求先對邊坡穩(wěn)固性進(jìn)行核查檢驗，邊坡切面角度過大，接近臨界值，而且邊坡頂部未采取相應(yīng)的封閉措施，在降水過程中已經(jīng)出現(xiàn)了雨水滲入的情況。同時施工管理人員在發(fā)現(xiàn)4名施工人員未按照既定施工計劃采取施工行動時未及時阻止，在諸多不利因素的共同作用下，導(dǎo)致了該起事故。

3 巖土工程基坑邊坡加固處理技術(shù)

3.1 抗滑樁預(yù)加固技術(shù)

抗滑樁支護(hù)加固技術(shù)是巖土工程邊坡失穩(wěn)的常見加固技術(shù)。利用該方式對邊坡進(jìn)行加固，能夠有效抑制邊坡各區(qū)域土體出現(xiàn)的不良移動量。同時該技術(shù)還能夠很好的防止基坑在各種不利影響因素下所產(chǎn)生的塑性形變。某基坑邊坡工程根據(jù)設(shè)計總體布置，其基坑邊坡高度達(dá)14.4 m，根據(jù)實際施工中巖土信息參數(shù)，基坑底板屬于風(fēng)化層而且局部存在粘土層以及一些其他程度的風(fēng)化巖層。隨著土方開挖的持續(xù)進(jìn)行，工程人員發(fā)現(xiàn)基坑混凝土坡面出現(xiàn)裂縫，且隨著工程的持續(xù)進(jìn)行，裂縫長度及裂縫寬度持續(xù)增加，為避免邊坡穩(wěn)固性進(jìn)一步下降，擬采取抗滑樁預(yù)加固技術(shù)對其進(jìn)行處理。

加固處理措施如下：首先對已經(jīng)出現(xiàn)滑動松動的土體進(jìn)行清除，選擇鋼筋混凝土噴射護(hù)坡的形式對這一區(qū)域邊坡進(jìn)行加固，鋼筋混凝土護(hù)坡面厚度控制為12 cm，選擇8 mm，間距150的鋼筋網(wǎng)作為護(hù)坡面骨架。施工過程中進(jìn)一步減小坡頂承載力，將坡頂相應(yīng)的工程雜物移除。坡底設(shè)置反壓土體層，根據(jù)邊坡滑動以及高度參數(shù)反壓透氣層高度設(shè)置為3 m。在邊坡上打鋼管樁以及鋼筋錨桿，結(jié)合邊坡高度以及土體滑動位置，該次鋼管樁高度在距底板2.2 m處，選擇630鋼管作為抗滑樁，同時選擇32 mm鋼筋錨桿架設(shè)一道長15 m的鋼筋錨桿加固體系。采用槽鋼橫梁以及鋼墊板的方式，進(jìn)一步對邊坡整體系統(tǒng)進(jìn)行加固，鋼墊板厚度為20 mm，同時選擇2-200型槽鋼作為橫梁?？够瑯都庸滩煌旅婕夹g(shù)參數(shù)見表1。

表1 抗滑樁加固不同坡面技術(shù)參數(shù)Tab.1 Technical parameters of anti-slide pile reinforcement of different slopes

3.2 防滲覆膜加固

邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)為基本穩(wěn)定時在露天邊坡加固處理技術(shù)中，使用防滲膜進(jìn)行護(hù)坡作業(yè)是重要的加固手段，HDPE防滲膜能夠有效防止降水后土體滲水進(jìn)而導(dǎo)致其自重增加以及滑移面力學(xué)參數(shù)改變等不利因素，因此對于露天邊坡而言，使用防滲膜進(jìn)行護(hù)坡施工是有效的邊坡加固手段。

該加固方案其整體施工步驟如下：①選擇1 mm厚度的專用防滲膜，對露天松散土體進(jìn)行全面覆蓋，注意在鋪設(shè)防滲膜之前對邊坡表層進(jìn)行全面檢查，掃除各種尖銳雜物，避免刺破防滲膜。采取從上至下的鋪設(shè)順序；②采用溝槽錨固的方式對防滲膜進(jìn)行固定，開槽寬度≥60 cm，開槽深度≥50 cm，進(jìn)行錨固后，對單塊防滲膜固定效果進(jìn)行檢查。在施工過程中注意保障膜與膜之間的搭接寬度≥100 mm。鋪設(shè)完畢后各錨固槽內(nèi)回填混凝土。HDPE防滲膜邊坡加護(hù)技術(shù)相對簡單，施工難度相對較低，而且對于一些整體規(guī)模相對較小的露天邊坡具有較好的加固作用。另外在固定過程中建立的溝槽在回填混凝土后也能夠在一定程度上起到加固作用。

3.3 填石層、砂礫層加固

在巖土工程基坑開挖過程中可能會遇到填石層和沙礫層，遇到這2種情況時見于其應(yīng)力承載能力相對較差，容易出現(xiàn)滑動變形的問題，因此需要對這些巖土層進(jìn)行加固處理。當(dāng)面對填石層時處理方式包括直接挖出填石層以及換填其他土體，這些方法適合應(yīng)對厚度相對較小的填石層，當(dāng)填石層厚度相對較大時應(yīng)采取挖孔灌漿加固的方式來改善填石層的不良性質(zhì)。而面對沙礫層時，其加固措施主要為鉆孔灌漿，一般來講沙礫層的砂漿比重需要進(jìn)行有效控制，比較常用的砂漿比重在1.1～1.15之間，另外在進(jìn)行加固處理時，需要注意有效控制鉆孔孔徑，合理設(shè)置相應(yīng)的鉆孔參數(shù)能夠更好的強(qiáng)化沙礫層的承載能力。

3.4 邊坡基坑排水

邊坡排水是一種適用于地下水位相對較高且土層滲透性相對較高的基坑邊坡加固方法。部分巖土工程在基坑開挖過程中，由于地下水平面高度高于基坑底面高度，因此會出現(xiàn)地下水滲入坑內(nèi)并導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的問題，在這一過程中加固措施主要是基坑降水?；咏邓男问较鄬^多，包括各種井點降水以及溝渠排水等。不同類型的井點降水方式及適用的土層滲透系數(shù)以及可降低的水位深度各不相同。比較常見的單層輕型井點，其土層滲透系數(shù)為0.1～50 m/d，可降低水位深度，一般在4～6 m，而深井井點其適用土層滲透系數(shù)為10～250 m/d，能夠降低的水位深度>15 m。而井點數(shù)量，則需要根據(jù)基坑總涌水量以及設(shè)計的單井出水量來進(jìn)行計算，所需的井點數(shù)量=1.1×基坑總涌水量/單井出水量。以輕型井點降水為例，選擇輕型井點降水時應(yīng)根據(jù)基坑的寬度以及降水深度妥善安排單排井點、雙排井點或環(huán)狀井點。

注意井點管與邊坡的間距控制，間距一般控制在1 m左右。井點管埋管過程中按照總排放管-井點管埋設(shè)-彎管連接-抽水設(shè)備連接這一順序進(jìn)行施工。井點管埋設(shè)過程中注意起吊沖孔和埋管，完成井點管埋設(shè)后進(jìn)行試抽水運行，明確運行無問題后開始進(jìn)行降水加固。

4 結(jié) 語

該文針對巖土工程中基坑邊坡失穩(wěn)的影響因素以及具體的加固處理措施，進(jìn)行了詳細(xì)分析，同時明確了巖土工程基坑支護(hù)的相應(yīng)特點。對于巖土工程而言，基坑邊坡穩(wěn)固是工程妥善推進(jìn)的重要基礎(chǔ)，正所謂“工程無定勢”，發(fā)揮最大的工程效果才是王道。