深基坑與高邊坡復合支護設計優(yōu)化

林久卿 華潤水泥（南寧）有限公司

1 前言

在很多項目的實施中，深基坑與高邊坡施工是難點，在這些施工環(huán)節(jié)中，一旦存在技術應用不當?shù)默F(xiàn)象，可能會發(fā)生各種安全事故，影響正常的施工作業(yè)開展。因此，在各種工程項目建設中，當遇到深基坑與高邊坡施工條件時，施工人員要根據(jù)對現(xiàn)場情況的調(diào)查，進行支護體系的選擇和建立，以經(jīng)由復合支護體系，給現(xiàn)場施工作業(yè)創(chuàng)造更為穩(wěn)定的施工條件，避免因為基坑坍塌、邊坡失穩(wěn)所引發(fā)的工程問題。未來的工程建設中，應重視對復合支護體系的設計創(chuàng)新。

2 高邊坡的變形破壞類型

在開展施工作業(yè)的過程中，高邊坡變形和破壞問題時有發(fā)生，根據(jù)其變形破壞的機理，主要是由于巖土的物理力學性質所決定，具體來說，就是巖體結構、水文地質是影響邊坡失穩(wěn)規(guī)模、持續(xù)時間的重要因素。巖土體的形成是一個漫長的過程，在這一過程中，各種構造運動的出現(xiàn)，都是增大邊坡失穩(wěn)風險的關鍵性因素，伴隨著構造的頻繁運動，坡體也將同步運動，在現(xiàn)場開挖作業(yè)的進行中，如果缺乏有效的支護，構造運動和開挖作業(yè)對邊坡土體的擾動非常大，使得土體無法維持原狀，將會出現(xiàn)邊坡土體的坍塌[1]。人工開挖環(huán)節(jié)，坡體高度與坡角大小，是決定開挖量的主要參數(shù)，如果這些參數(shù)選擇不當，將會形成高陡邊坡。

大量的工程經(jīng)驗表明，在高邊坡開挖以后所形成的人工邊坡，存在多種的變形破壞，如果以邊坡滑動的特征作為依據(jù)劃分，高邊坡的變形破壞主要包含以下幾種。

（1）楔形滑坡。此類滑坡在碎裂性巖質高邊坡中更為常見，究其原因，主要是因為這些區(qū)域內(nèi)的巖性脆硬且伴隨著風化與節(jié)理發(fā)育，在頻繁的構造運動下，失穩(wěn)滑動很難避免。

（2）順層滑動。對于這種高邊坡而言，其巖性均一，巖層厚度不超2m，巖層傾角遠遠小于開挖坡角，在開挖作業(yè)的進行中，滑動現(xiàn)象緩緩出現(xiàn)，如果缺乏及時有效的控制，必將造成嚴重的事故。

（3）傾倒。對于山區(qū)的很多項目，在現(xiàn)場分布有一些陡傾的薄層狀巖層，隨著開挖作業(yè)的進行或者溝谷下切卸荷，邊坡內(nèi)的應力場無法保持原狀，發(fā)生了波動，而應力的波動導致此處坡體表現(xiàn)相對松弛的狀態(tài)，沿著結構面，這些坡體將發(fā)生一定的剪切位移，在此位移作用影響下，坡體向臨空面存在變形，一旦現(xiàn)場涉及了高邊坡的開挖環(huán)節(jié)，因為卸荷速率快，巖層將失去了原有的支撐，必然伴隨著傾倒問題。

（4）錯落。這種現(xiàn)象一般集中在陡傾斜坡路段，坡體中存在一組陡傾的結構面，在結構面以下部位，存在軟弱破碎帶分布，整體上呈現(xiàn)出基層式坡體結構的特點，受到地下水侵蝕，軟弱帶的抗壓強度持續(xù)減小，在開挖施工時，軟弱帶面積減小，存在壓縮變形。

3 工程概況

某工業(yè)建筑位于城郊區(qū)域，北側為原始山坡，高度大約在7.6m～9.3m之間，坡度為40°～50°，坡頂為一自西向東向下傾斜坡度約7%的市政道路，西側為城市規(guī)劃道路，結合對現(xiàn)場情況的分析，地坪高26m～28m，建筑總面積25 畝。結合此工業(yè)建筑的結構設計，地上16層，裙房4層，下部連體地下室2層，地下2層為全埋式地下室，深度、周長和面積分別為7.5m、400m、6050m2，地下一層東南側呈開敞狀態(tài)，西側與北側同樣為全埋式地下室。

因為在此工程項目的建設施工過程中，北側路面要比場地高出7.6m～9.3m，建筑的上部結構相對復雜，為使得施工作業(yè)能夠高效、有序開展，提高結構安全性，在開展結構設計的過程中，設計人員需考慮這一方面的因素，確保北側高出場地的道路邊坡覆土應與建筑物完全脫離開來，嚴禁直接靠在建筑物的外墻上。

根據(jù)此工業(yè)建筑的結構設計，在地下室二層周邊可以覆土，而在地下一層標高以上的位置，采用永久性支護體系，但因為在支護體系的設計過程中，存在現(xiàn)場條件的限制，基坑邊坡與永久性支護幾乎保持垂直布設的狀態(tài)，在基坑開挖邊坡支護的過程中，也需考慮上部填方擋土墻支護。

4 場地地質條件分析

在深基坑與高邊坡復合支護體系的設計過程中，為保障支護體系的合理性與科學性，需在設計前期，安排專人深入到工程現(xiàn)場進行地質地形等情況的調(diào)查。根據(jù)對此工業(yè)建筑現(xiàn)場情況的分析，該場地內(nèi)的原始地貌為剝蝕殘山原始地貌，現(xiàn)場存在坡殘積巖層與花崗巖風化巖層，土層從上到下為：雜填土，呈灰黃色，松散且稍密，黏性土居多，層厚保持在0.5m～2.8m之間；坡積黏性土，為褐紅色，多為可塑性土層，分布廣且層厚保持在1.1m～9.6m 之間；坡積含碎石黏性土，呈褐紅色，可塑為局部分布，層厚0.8m～4.6m；殘積黏性土，為灰白色，可塑且普遍分布，層厚0.2m～11.8m；全風化花崗巖；碎塊狀強風化花崗巖。

在此項目的建設施工中，現(xiàn)場分布有地下水，水文條件對深基坑與高邊坡施工都存在一定的干擾，結合對水文條件的調(diào)查，地下水為填土中的上層滯水、風化巖中的孔隙裂隙水、基巖裂隙水，補給方式為大氣降水。通過相關人員在現(xiàn)場的實地調(diào)查，發(fā)現(xiàn)項目場地中的地下水埋深大，含水層富水性差。

5 深基坑與高邊坡支護的難點

結合此工業(yè)建筑的建設要求、場地情況分析，基坑與邊坡施工的難點主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）邊坡組成復雜。在邊坡頂部要開展填方作業(yè)，以構建永久性邊坡，下部為地下室，需通過開挖來形成臨時性基坑邊坡，在支護體系構建時，要結合不同區(qū)域的支護特點進行相應的設計。

（2）按照整體的施工流程，下部基坑作業(yè)中，率先組織相關人員開展開挖作業(yè)，當?shù)叵率彝练交靥钍┕ぷ鳂I(yè)結束后，再繼續(xù)上部填方、邊坡支護處理。深基坑與邊坡復合支護體系的設計中，下部基坑支護體系的設計應符合臨時性邊坡結構強度的標準，還需考慮后續(xù)的邊坡支護方式，可作為永久性邊坡支護中的部分。

（3）現(xiàn)場條件復雜，邊坡開挖后的高度大，且坡度陡。

6 基坑與邊坡支護方案選型

6.1 上部永久性邊坡支護方案

根據(jù)對此工程項目周邊情況的調(diào)查，此邊坡坡頂為道路，道路設計標高為34.6m～36.3m，坡腳設計標高為28m，填方邊坡高6m～8.3m。

根據(jù)絕大多數(shù)的工程經(jīng)驗，在涉及填方邊坡的支護設計時，重力式擋土墻的應用相對較多，但由于在此工程項目中，坡腳恰好為基坑，當對此基坑開挖并回填后，做擋土墻設計的過程中，基底將落在填土層中，很難達到高擋墻承載力、抗傾覆方面的要求[2]。

因此，為克服這方面的問題，在開展支護體系的設計時，上部永久性邊坡?lián)跬翂χёo可采用樁基結構，為達到抗滑移標準，可采用錨桿拉拔的方式，但為保障樁基與擋土墻之間能夠保持高效連接，應選用鋼筋混凝土扶壁式擋土墻。

6.2 地下室基坑支護方案

因為此工程項目的周邊環(huán)節(jié)十分復雜，為使得所構建的支護體系可滿足要求，在基坑工程中，有以下幾種選擇：鉆孔灌注樁+錨桿支護；人工挖孔灌注樁+錨桿支護；噴錨支護。

此工程場地內(nèi)，東、西和南側的場地面積大，具備錨噴支護施工的條件，且在利用這一支護施工方式時，支護結構簡單且整體的施工操作便捷。由于北側的場地面積小，分布有高邊坡且周邊環(huán)境十分復雜，支護結構設計的過程中，要對坡頂變形現(xiàn)象加以有效的控制，一旦采用噴錨支護的方式，將受到場地狹小的限制，且坡頂控制相對困難，再加上上部的永久性擋土墻需進行樁基的布設，經(jīng)由多方面因素的考慮，最終選用了樁錨支護。

場地內(nèi)地下水豐富，分布有孔隙-裂隙水、基巖裂隙水，如果排樁采用人工挖孔樁作業(yè)，可能會受到樁長的限制，一旦在現(xiàn)場遇到了地下水，施工處理起來相對復雜；樁端持力層遇水軟化，使得樁端的承載力很難與實際的施工要求相一致。因此，綜合考慮后，選用鉆孔灌注樁+錨桿支護的方式更為合適，結合現(xiàn)場條件，設置兩道錨桿，其中，第一道錨桿為預應力錨索，將其布設在冠梁標高位置，在整個的施工作業(yè)中，隨著基坑開挖的進行，第一道錨桿可提供一定的抗拔力，對基坑變形的抑制十分有效，該錨桿布設還可為擋土墻提供足夠的抗滑力，使得擋土墻的各方面結構性能都可滿足相應的施工規(guī)范與要求[3]。

在下部基坑土方回填結束以后，才可進入上部擋土墻的施工環(huán)節(jié)，為使得在施工作業(yè)進行中基坑坡頂陡坎的局部穩(wěn)定與安全，排樁樁頂以上的陡坎邊坡，可采用噴錨臨時支護結構。

7 基坑與邊坡支護設計與計算

7.1 地下室基坑支護設計與計算

不論在基坑與邊坡結構中采用的是哪一種支護體系，為保障支護體系的有效性，相關人員需做好支護設計與計算，以保障各個參數(shù)設置的合理性。此工程中的基坑支護采用的是樁錨支護，支護樁為鉆孔灌注樁，樁徑為800mm，樁端進入砂土狀強風化花崗巖，布設兩道錨桿。具體的支護結構設計中，引入m值法進行支護樁內(nèi)力與變形等的計算與分析，根據(jù)計算，支護樁最大彎矩標準值、最大剪力標準值分別為420.18kN·m、172.91kN[4]。如果在計算的過程中采用瑞典條分法，利用這一方法所得到的整體穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.673，而此數(shù)值超過了1.300，抗傾覆安全系數(shù)1.783 也大于1.250，都滿足結構安全性的要求。

7.2 上部擋土墻設計與計算

此工程中采用了鋼筋混凝土扶壁式擋土墻，其中，基礎為鉆孔灌注樁，前排樁可直接利用已經(jīng)建立的基坑支護樁，樁承載力與擋土墻基礎承載力要求相一致，后排鉆孔灌注樁樁徑、樁中心距分別為800mm、2.0m，樁尖持力層選擇的是砂土狀強風化花崗巖，單樁豎向承載力特征值為1300kN，與擋土墻的設計豎向承載力標準相一致。

扶壁式擋土墻在使用的過程中，往往會受到地面超載、側向土壓力的作用，在雙重作用下，滑移力為230kN/m，而擋土墻底部排樁、錨索設計的抗滑力為350kN/m，滑動穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.520，這些數(shù)據(jù)與標準情況下的設計要求加以對比，各項參數(shù)均達到了標準。

7.3 基坑與邊坡支護施工與監(jiān)測

施工企業(yè)在此工程項目的建設施工過程中，總體上遵循以下流程：地下室基坑支護、地下室結構施工、土方回填、上部擋土墻施工。

7.4 上部臨時邊坡噴錨防護

此工程項目中，基坑坡頂以上的自然陡坎基本保持在穩(wěn)定狀態(tài)下，但在施工作業(yè)的進行中，坡腳存在著開挖施工，后續(xù)扶壁式擋土墻基礎開挖都會對這一穩(wěn)定狀態(tài)造成一定的干擾，因此，為保障結構穩(wěn)定性，施工人員要根據(jù)開挖施工對穩(wěn)定狀態(tài)的影響過程和程度，適當開展一定的修坡處理，形成寬3.0m～4.0m的平臺，為后續(xù)扶壁式擋土墻基礎施工作業(yè)的進行創(chuàng)造一定的條件[5]。

在修坡完成以后，現(xiàn)場也就形成了臨時邊坡，該邊坡的支護體系設計上，選擇噴錨支護的方式，在具體的支護施工作業(yè)進行中，為提高整體的施工質量與安全，應按照從上到下的順利開展施工作業(yè)。

7.5 下部樁錨支護施工

此工程現(xiàn)場的環(huán)境條件十分復雜，為使得施工作業(yè)可順利進行，施工企業(yè)安排專人在工程現(xiàn)場開展了預應力錨索試驗，根據(jù)對試驗結果的分析與對比，發(fā)現(xiàn)錨索抗拔力與設計要求相一致。在完成了試驗分析后，安排有關人員根據(jù)施工要求進行鉆孔灌注樁施工作業(yè)，為提高施工質量，遵循間隔跳打的施工要求，在排樁按照有關的施工規(guī)定結束后，進入樁頂圈梁和預應力錨索的施工環(huán)節(jié)，只有當圈梁與錨索錨固體的強度達到了設計強度的80%以上時，才可鎖定錨索，進入下一層土方的開挖環(huán)節(jié)，與此同時進入下一道錨桿的施工流程，直到到達了設計坑底標高后，這一步驟結束，進入基坑封底與地下室底板作業(yè)，最后進入地下室周邊的土方回填，施工結束。

結合對本工程項目的分析，從2016 年5 月開始支護樁施工作業(yè)，到地下室土方回填，前后經(jīng)歷了8個多月的時間，為保障在施工過程中的安全和質量，施工企業(yè)在此施工時間段內(nèi)，總共開展了100多次的施工監(jiān)測，結合對每次監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析與對比，發(fā)現(xiàn)在基坑開挖的過程中，深層土體水平位移的最大值保持在18.94m～21.75m 之間，臨近道路、地下管線各監(jiān)測點水平累計位移最大值為3.5mm，豎向位移的最大值為0.93mm，根據(jù)將這些數(shù)據(jù)與標準設計值的對比，發(fā)現(xiàn)變形均處于正常范圍內(nèi)，說明本工程項目中所選擇的復合支護體系是科學、有效且安全的。

8 結束語

很多工程項目的實施中，深基坑與高邊坡是施工的難點，在這些環(huán)節(jié)的施工作業(yè)中，支護體系的設計十分重要，為保障施工安全與質量，施工人員需根據(jù)對現(xiàn)場情況的全面調(diào)查，采取正確的支護設計方法，構建科學且安全的復合支護體系，給施工作業(yè)的進行創(chuàng)造良好的支護條件。