胡小平（湖南中核巖土工程有限責(zé)任公司，湖南長沙410000）

受鄰近深基坑開挖影響的既有邊坡加固方法

胡小平（湖南中核巖土工程有限責(zé)任公司，湖南長沙410000）

本文對某受鄰近深基坑開挖影響的既有邊坡進(jìn)行分析及加固設(shè)計(jì)。通過對既有邊坡調(diào)查，分析了加固設(shè)計(jì)的重點(diǎn)與難點(diǎn)，針對這些問題提出了對既有邊坡采取坡腳加微型樁固腳、支護(hù)樁樁間加錨索強(qiáng)腰、以及坡頂建筑前加微型樁將基礎(chǔ)與邊坡隔斷的加固方法，并對基坑及既有邊坡進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，并采用Midas GTS對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行有限元模擬，論證加固方法的可行性；通過對現(xiàn)場的監(jiān)測驗(yàn)證加固方法的可行性，結(jié)果表明：既有邊坡及坡頂建筑物的變形得到了很好的控制；說明既有邊坡進(jìn)行“固腳、強(qiáng)腰、隔斷基礎(chǔ)”的加固思路是正確的。本文對后續(xù)類似鄰近開挖基坑的既有邊坡加固具有一定的借鑒意義。

既有邊坡；加固；基坑

引言

近年來隨著城市工程建設(shè)的高速發(fā)展，深基坑、高邊坡工程不斷涌現(xiàn)，在建筑物密集的市中區(qū)，深基坑的開挖與施工將存在對既有高邊坡支擋結(jié)構(gòu)的安全構(gòu)成威脅的可能。本文以某受鄰近深基坑開挖影響的既有邊坡加固設(shè)計(jì)為例，通過對既有邊坡加固設(shè)計(jì)重點(diǎn)與難點(diǎn)分析，提出對既有邊坡加固的方法；通過采用Midas GTS對加固方案建立有限元模擬，以及對現(xiàn)場的監(jiān)測，對加固方案進(jìn)行論證。本文對后續(xù)類似鄰近開挖基坑的既有邊坡加固具有一定的借鑒意義。

1 工程概況

1.1 工程簡介

湖南某3層地下室基坑開挖深度為9m，基坑?xùn)|側(cè)緊鄰8m高的永久性邊坡，邊坡頂為鄰近小區(qū)道路及建筑。

1.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，場地內(nèi)的土層自上而下為①雜填土（Q4ml）：褐紅色，松散，稍濕，主要成份為粘性土，碎石及建筑垃圾組成，此層場地內(nèi)均有分布，層厚1.5～9.0m。②粉質(zhì)粘土（Q4al）：褐黃色，硬塑，局部可塑，切面較光滑，干強(qiáng)度中等，韌性中等，土質(zhì)較均勻，此層場地內(nèi)均有分布。層厚5.0～6.90m。③強(qiáng)風(fēng)化泥巖（E2xl）：紫紅色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，主要成分為粘土礦物，裂隙很發(fā)育，巖芯極破碎，多呈碎塊狀夾土狀，塊徑一般2～5cm，巖質(zhì)軟，手掰易斷，遇水易軟化，失水易崩解。巖石堅(jiān)硬程度為極軟巖，巖體完整性為極破碎，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級。各地層的物理性質(zhì)與力學(xué)參數(shù)（略）。

場地地下水主要為賦存于素填土中的上層滯水和賦存于強(qiáng)風(fēng)化泥巖中的基巖裂隙水，水量一般。地下水補(bǔ)給來源主要為地表水、大氣降水下滲及同一含水層側(cè)向徑流補(bǔ)給。水位隨季節(jié)變化而變化，一般年變幅2.00～4.00m，水量較小。

根據(jù)所取地下水試樣的水質(zhì)分析結(jié)果，地下水對混凝土及其制品具有微腐蝕性作用，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性。

1.3 既有永久邊坡支護(hù)型式

既有永久邊坡（以下簡稱既有邊坡）采用的是樁板式支護(hù)形式，支護(hù)樁為直徑1m中心距3m的人工挖孔樁，樁懸臂5m，嵌固5m，樁間采用150mm厚現(xiàn)澆板擋土，另外樁頂以上部分通過從樁身延伸一根300×300mm立柱進(jìn)行支檔，立柱間采用磚墻支檔，既有邊坡支護(hù)剖面詳見圖1。

2 邊坡支護(hù)難點(diǎn)

圖1 既有邊坡支護(hù)剖面圖

①既有邊坡由鄰近小區(qū)建設(shè)而形成的填方邊坡，坡后有深厚的填土，對周圍變形比較敏感，若基坑變形控制不當(dāng)，可能導(dǎo)致既有邊坡產(chǎn)生較大變形甚至失穩(wěn)。②既有邊坡支護(hù)采用的是懸臂式樁板擋墻，該結(jié)構(gòu)是以自身的嵌固長度來保障坡體穩(wěn)定，由于既有邊坡支護(hù)樁嵌固較短，基坑開挖后成了吊腳樁，原支護(hù)結(jié)構(gòu)基本喪失支護(hù)能力。③既有邊坡坡頂即為小區(qū)道路及小區(qū)居民樓，據(jù)調(diào)查小區(qū)道路路基填土未進(jìn)行嚴(yán)格的壓實(shí)，易因既有邊坡變形而導(dǎo)致路面開裂。另外，小區(qū)居民樓有一層地下室，且基礎(chǔ)采用的是獨(dú)立基礎(chǔ)，一方面坡頂沒有施工錨索的空間，很難控制坡頂變形，另一方面由于建筑基礎(chǔ)埋置于原坡坡面并未埋入邊坡坡底，導(dǎo)致建筑對周圍變形較為敏感，容易受既有邊坡變形的影響。④基坑支護(hù)邊線距既有邊坡坡底僅5m，基坑開挖產(chǎn)生的變形容易對既有邊坡產(chǎn)生較大影響。⑤既有邊坡與基坑組成的多級支護(hù)組成復(fù)雜，頂部是永久性的邊坡，底部是臨時性的基坑，兩個支護(hù)需滿足不同條件的要求。

3 基坑與邊坡支護(hù)方案設(shè)計(jì)

基坑開挖前既有邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，說明樁板式擋墻一定程度上控制了既有邊坡的變形，保證了邊坡穩(wěn)定。

本次支護(hù)設(shè)計(jì)不僅需要保證基坑開挖階段既有邊坡臨時性的安全，而且需要保證基坑回填后既有邊坡永久性安全。但是另一方面基坑回填后既有邊坡原樁板式擋墻將恢復(fù)一定支護(hù)效果，故對既有邊坡的加固應(yīng)充分利用樁板式擋墻對邊坡的支護(hù)作用，加強(qiáng)其因基坑開挖而削弱的嵌固作用，并增強(qiáng)其控制變形能力。

另外采取一定措施保證坡頂小區(qū)道路及建筑安全。

3.1 永久性既有邊坡加固方案

既有邊坡加固設(shè)計(jì)以保障邊坡穩(wěn)定、小區(qū)道路及建筑物安全為目的，以“固腳、強(qiáng)腰及隔斷基礎(chǔ)”思路為主線對邊坡進(jìn)行加固。

主要采取以下措施：

（1）在既有邊坡支護(hù)樁前設(shè)置兩排微型樁，增強(qiáng)支護(hù)樁周邊土體的強(qiáng)度并增加土體抗滑移能力，保證支護(hù)樁在基坑開挖時能發(fā)揮一定的嵌固作用，以達(dá)到“固腳”的作用。

（2）在既有邊坡支護(hù)樁樁間設(shè)置兩排預(yù)應(yīng)力錨索，增強(qiáng)既有邊坡的穩(wěn)定性，加強(qiáng)支護(hù)體系控制變形能力，達(dá)到“強(qiáng)腰”的效果。

（3）在坡頂建筑物前設(shè)置兩排微型樁，以抑制基礎(chǔ)周圍地層的滑動，減小建筑基礎(chǔ)周邊土體的沉降，以達(dá)到“隔離基礎(chǔ)”的作用。

3.2 基坑支護(hù)方案

基坑支護(hù)主要從支護(hù)形式及施工工藝方面以控制坑頂變形為主要目的，達(dá)到減小對坑頂土體的擾動，并加強(qiáng)對既有邊坡“固腳”的效果。另外通過加強(qiáng)監(jiān)測掌握支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形及受力情況。

（1）在基坑支護(hù)形式方面采用控制變形能力較好的樁錨支護(hù)，在冠梁及樁間設(shè)置多排錨索，已達(dá)到控制變形及增強(qiáng)既有邊坡“固腳”的作用。

（2）在施工工藝方面要求樁前小斷面開挖，先開挖出錨索施工面，待全部錨索施工完后再進(jìn)行大面積土方開挖，另外對于錨索施工方面，要求錨索鉆孔后立即注漿，減小邊坡樁底土方的暴露時間。

（3）加強(qiáng)本側(cè)基坑及邊坡的監(jiān)測，在既有邊坡加固前開始對場地進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)基坑施工時加密對場地的監(jiān)測。

4 基坑與邊坡支護(hù)計(jì)算

鑒于既有邊坡坡頂有建筑物，故不僅需要對既有邊坡變形進(jìn)行控制，仍按需要對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行控制。

據(jù)上述思路對基坑及既有邊坡進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，并采用Midas GTS對相應(yīng)工況的邊坡穩(wěn)定性及變形進(jìn)行校核。

4.1 基坑設(shè)計(jì)及驗(yàn)算

本建筑有三層地下室，基坑開挖至坑底時，臨空面的高度最大，基坑處于最危險的狀態(tài)，應(yīng)進(jìn)行整個基坑及既有邊坡的的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算以及變形計(jì)算，滿足臨時支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算要求，基坑巖土參數(shù)取天然重度及天然抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，剖面計(jì)算結(jié)果見表1，設(shè)計(jì)剖面圖見圖2，坑頂變形計(jì)算結(jié)果（略），穩(wěn)定性系數(shù)>1.3，基坑坑頂變形＜30mm，滿足要求[1，4]。

表1 基坑與邊坡計(jì)算結(jié)果

圖2 設(shè)計(jì)剖面圖

4.2 既有邊坡加固設(shè)計(jì)及驗(yàn)算

由于既有邊坡在基坑開挖前是穩(wěn)定的，坡頂基本未產(chǎn)生變形，而基坑開挖是導(dǎo)致既有邊坡產(chǎn)生變形的主要原因，故當(dāng)基坑開挖至坑底時，既有邊坡變形達(dá)到最危險值，所以應(yīng)按永久性邊坡的要求對此時的變形進(jìn)行計(jì)算。另外由于既有邊坡是永久性邊坡，其穩(wěn)定性受多種因素影響，本次既有邊坡穩(wěn)定性計(jì)算除考慮基坑開挖影響外，仍考慮基坑回填后受降雨等不利因素影響的情況，計(jì)算結(jié)果取兩種情況的最小值。

5 基坑與邊坡監(jiān)測

根據(jù)實(shí)際需要，本側(cè)基坑共設(shè)置3個樁身變形監(jiān)測點(diǎn)ZB1-ZB3、6個樁頂（基坑）水平、垂直位移監(jiān)測點(diǎn)ZW1～ZW6、2個錨索拉力監(jiān)測點(diǎn)ML1～ML2、7個坡頂（既有邊坡）水平、垂直位移監(jiān)測點(diǎn)PW1～PW6、8個建筑物沉降監(jiān)測點(diǎn)JC1～JC8。監(jiān)測點(diǎn)布置詳見圖3。

圖3 基坑監(jiān)測平面布置圖

選取部分有代表性的時程曲線圖來反映對既有邊坡加固后基坑開挖階段既有邊坡坡頂?shù)淖冃吻闆r，監(jiān)測數(shù)據(jù)分析結(jié)果如下：

5.1 坡頂水平位移監(jiān)測分析

根據(jù)選取的坡頂水平位移曲線可以看出（見圖4），坡頂水平位移最大點(diǎn)發(fā)生于靠近8層建筑物的測點(diǎn)PW2，最大水平位移為12.50mm，沒有超過報(bào)警值20mm。從坡頂水平位移的變化趨勢來看，在2015年1月20日至2015年2月13日小斷面開挖錨索施工時，坡頂水平位移處于緩慢增加的狀態(tài)，在2015年3月4日至2015年5月21日全斷面開挖時，坡頂水平位移處于加速增加的狀態(tài)，2015年5月21日基坑挖至坑底后，坡頂水平位移基本趨于穩(wěn)定。說明基坑開挖的卸荷作用對坡頂土體產(chǎn)生一定程度的擾動，影響了既有邊坡樁板式擋墻的支檔作用，使坡頂產(chǎn)生了變形；另一方面錨索與支護(hù)樁組成的樁錨體系對坑頂土體起到了良好的約束作用，而錨索施工時的小斷面開挖減小了對坑頂土體的擾動，這一系列措施保證了坡頂位移在合理范圍內(nèi)。

圖4 坡頂水平位移時程曲線圖

5.2 坡頂建筑物沉降監(jiān)測分析

根據(jù)選取的建筑物沉降時程曲線可以看出（見圖5），建筑物沉降最大點(diǎn)發(fā)生于距邊坡最近的建筑物的測點(diǎn)JC2，建筑物最大沉降量為2.15mm，沒有超過報(bào)警值10mm。從建筑物沉降的變化趨勢來看，在2015年1月20日至2015年2月13日小斷面開挖錨索施工時，建筑物有沉降的趨勢，但沉降量較?。辉?015年3月4日至2015年5月21日全斷面開挖時，坡頂建筑物沉降處于增加的狀態(tài)，2015年5月21日基坑挖至坑底后，坡頂水平位移基本趨于穩(wěn)定。說明大段面基坑開挖時既有邊坡坡內(nèi)產(chǎn)生一定程度的變形，影響了建筑基礎(chǔ)周圍應(yīng)力場，使建筑物產(chǎn)生沉降；而對既有邊坡的加固對邊坡變形起到了良好的約束作用，建筑物前的微型樁也起到了良好的隔斷及加固作用，保證了建筑的安全。

圖5 坡頂建筑物沉降時程曲線圖

6 結(jié)束語

本文圍繞受鄰近基坑開挖影響的既有邊坡，進(jìn)行方案論證、變形計(jì)算、穩(wěn)定性分析、變形監(jiān)測，得到如下結(jié)論：

（1）對受鄰近基坑開挖影響的既有邊坡加固應(yīng)該充分利用既有邊坡的原支護(hù)，嚴(yán)格控制基坑開挖期間既有邊坡的變形，保證坡頂建筑安全，并滿足永久性邊坡穩(wěn)定性的要求，

（2）對邊坡采取“固腳、強(qiáng)腰、隔斷基礎(chǔ)”的加固方法能夠比較有效的控制坡頂變形，保證坡頂建筑安全與穩(wěn)定。

（3）小斷面基坑開挖可以減小由于開挖的卸荷作用而對基坑周邊土體的擾動。

（4）基坑全斷面開挖會引起基坑深部剪切變形從而引起周邊土體的變形。

[1]宮 鶴，熊智彪，宋世豪等.復(fù)雜周邊環(huán)境深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及監(jiān)測分析[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2015，11（3）：733～738.

[2]《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012，4.

[3]《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2013）[S].北京：中國建筑工業(yè)建筑，2013，11.

[4]《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》（GB50497-2009）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009，9.

TU472

A

2095-2066（2016）33-0120-03

2016-11-12

胡小平（1965-），男，工程師，主要從巖土工程設(shè)計(jì)、勘察、監(jiān)測；地基與基礎(chǔ)工程施工工作。