徐傳召 閆建文 張 博

(1.機械工業(yè)勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710043； 2.西安理工大學，陜西 西安 710048; 3.西安市城中村(棚戶區(qū))改造建設工程監(jiān)管中心，陜西 西安 710043)

1 概述

基坑工程作為城市建筑施工過程中最為重要的環(huán)節(jié)之一得到了大力發(fā)展，但今年來復雜基坑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了多起基坑失穩(wěn)事故，造成嚴重的損失?；邮Х€(wěn)事故的原因有多種，土體性質(zhì)、水的影響、支護結(jié)構(gòu)強度、有無超挖現(xiàn)象、滑面位置及地理位置因素等。當基坑位于坡體附近或坡腳時，基坑側(cè)壁不僅受到土壓力還會存在潛在的滑坡推力，這使得在此區(qū)域進行基坑施工的難度大大增加。

西北地區(qū)多山，大部分地區(qū)覆蓋著黃土，土體性質(zhì)較差，滑坡災害頻發(fā)。本文依托西北地區(qū)某市位于坡體附近的基坑工程發(fā)生失穩(wěn)事故，通過理論計算分析土體滑坡及基坑懸臂式支護結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的原因，并結(jié)合滑坡后對滑坡土體的勘察結(jié)果綜合分析本次失穩(wěn)事故發(fā)生的原因，為今后處于坡體附近的基坑工程施工建設提供案例支持，防止此類事故再次發(fā)生。

2 工程概況

本次研究的基坑失穩(wěn)事故位于陜西省北部某市，基坑平面圖如圖1所示，基坑西側(cè)為黃土梁與溝谷過渡的斜坡，滑坡前緣距基坑西側(cè)邊緣約20 m，滑坡整體形態(tài)呈圈椅狀，滑向約為45°，最大高差46 m，滑坡體寬約350 m，長約150 m，厚約14 m，體積73.5萬m3，為中型推移式古滑坡?；游鱾?cè)設置兩級支擋結(jié)構(gòu)，一級支擋為排樁+混凝土擋板+錨索支護，排樁直徑1.5 m，間距為3.0 m，樁長30.25 m，排樁樁身設置五排錨索，發(fā)生滑坡時，第五排錨索正在成孔施工，施工工作面高程約為955，第一排～第四排錨索按設計要求施工，且能滿足設計承載力要求。二級支擋結(jié)構(gòu)為單排抗滑樁，抗滑樁尺寸為2 m×3 m×25 m，樁身材料為C30混凝土，共計26根。

現(xiàn)場基坑開挖至距設計標高2.0 m時，基坑西側(cè)發(fā)生滑坡事故，造成基坑底部隆起，排樁支護被剪斷，錨索失效，基坑西側(cè)土體向前滑移，如圖2所示。位于二級支擋處的土體將抗滑樁推移前進一定距離，部分土體從抗滑樁之間溜下，滑坡體滑動前，坡面高差20 m，坡面平均傾角約22°。但二級支擋之上的土體沒有出現(xiàn)大規(guī)模的滑坡現(xiàn)象，滑坡主要發(fā)生在一級支擋與二級支擋之間的土體中。

根據(jù)工程地質(zhì)勘探報告，基坑周圍的地層自上而下主要為雜填土、混合土、粉質(zhì)粘土、圓礫和泥巖、泥質(zhì)砂巖互層。

3 排樁受力計算分析

為了分析基坑西側(cè)圍護樁被剪斷的原因，對受滑坡推力作用下的排樁進行理論計算，得出基坑在開挖過程中排樁的受力變化規(guī)律。

3.1 簡化計算模型

對滑坡推力、圍護樁受力及被動土壓力等進行計算時需要建立與實際工況相對應的計算模型。首先對基坑西側(cè)的圍護樁及坡體建立計算模型，如圖3所示。

其次對圍護樁及樁身錨索建立簡化計算模型，如圖4所示。

3.2 計算參數(shù)選取

根據(jù)現(xiàn)場工程地質(zhì)情況對簡化的基坑西側(cè)坡體計算模型中各參數(shù)進行參數(shù)選取，如表1所示。

表1 滑坡體計算參數(shù)表

對于滑帶土體，通過現(xiàn)場取樣分析后確定其強度參數(shù)為粘聚力c=16 kPa，內(nèi)摩擦角φ=13°。基坑內(nèi)部開挖部分的土體與滑體土參數(shù)相同，位于滑床部分的土體主要為泥巖、泥質(zhì)砂巖及砂巖。

3.3 邊坡安全穩(wěn)定性計算

首先對邊坡安全穩(wěn)定系數(shù)進行計算，對于折線形滑面，利用傳遞系數(shù)法計算，即：

其中，

Rn=(Wn((1-ru)cosαn-Asinαn)-RDn)tanφn+CnLn；

Tn=Wn(sinαn+Acosαn)+TDn；

ψj=cos(αi-αi+1)-sin(αi-αi+1)tanφi+1。

得出邊坡各參數(shù)如表2所示。

3.4 滑坡推力計算

利用折線形滑面?zhèn)鬟f系數(shù)法滑坡推力計算公式，即：

Ei=KTi-(Nitanφi+ciLi)。

在得出的邊坡安全穩(wěn)定系數(shù)的基礎上對坡體進行滑坡推力計算，得出最后一塊土條對支護結(jié)構(gòu)作用的滑坡推力2 893.70 kN/m。

表2 邊坡安全穩(wěn)定計算結(jié)果

3.5 支護結(jié)構(gòu)承載能力計算

為了進一步分析滑坡產(chǎn)生的原因，對基坑西側(cè)的支護結(jié)構(gòu)進行推力承載極限值進行計算。由于四排錨索均有部分長度位于滑體內(nèi)部，需對錨索應力進行修正計算。各計算結(jié)果匯總于表3中。

表3 支護結(jié)構(gòu)承載能力計算結(jié)果統(tǒng)計表 kN

3.6 開挖深度與支護承載力關系公式

假設基坑開挖土體深度為h，滑坡推力按拋物線型考慮，滑坡推力合力作用點取2/3h0，順時針方向為正方向，利用極限平衡理論推導開挖深度與支護結(jié)構(gòu)承載力大小關系公式。

被動土壓力為：Ep=21.98h2-997.97h+11 254.83。

極限平衡方程為：∑M≥0。

導出開挖深度與支護結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)平衡方程為：

M(h)=-21.99h2+1 037.97h-12 147.29。

去除不合理解可得當開挖深度h≥21.46 m時，支護結(jié)構(gòu)達到極限狀態(tài)。這一結(jié)果較現(xiàn)場支護結(jié)構(gòu)破壞位置低，按理論進行計算時，支護結(jié)構(gòu)在開挖至實際破壞深度時未達到破壞，加之這一標高應當打入第五排錨索，支護結(jié)構(gòu)強度在理論上是可以滿足開挖至基底標高的要求，但此時支護結(jié)構(gòu)的剩余強度值較小。

4 滑坡后現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果

滑坡發(fā)生后對現(xiàn)場進行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)位于基坑西側(cè)的單排抗滑樁各樁頂發(fā)生了不同程度的位移及破壞，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，最大水平位移可達60 mm，滑坡土體以抗滑樁為界樁與樁背土體有較明顯的位移，局部裂縫從樁間穿越。

在對滑坡后的土體進行鉆探時發(fā)現(xiàn)位于孔深約20 m處土樣帶有明顯的剪切破壞面，見圖5，土樣已達完全剪切破壞，帶有剪切羽狀紋。位于滑帶附近深度的土體松散破碎明顯，鉆芯取樣后的土體無法成形。另外，在現(xiàn)場打入的探井中出現(xiàn)了底部滲水的現(xiàn)象，滲水位置標高950.20 m，累計24 h滲水量達160 L。

5 結(jié)語

1)計算得出開挖基坑坡體安全穩(wěn)定系數(shù)為1.09，屬于欠穩(wěn)定邊坡；

2)建立了本次基坑開挖土體深度與支護結(jié)構(gòu)安全系數(shù)關系公式：M(h)=-21.99h2+1 037.97h-12 147.29，并得出理論上達到支護結(jié)構(gòu)破壞的開挖深度為21.46 m；

3)明確了造成支護結(jié)構(gòu)破壞及坡體滑動的主要原因：一是地下水的滲流作用弱化了滑帶土，使得土體抗滑能力降低；二是滑坡體范圍較大，進行設計計算時僅考慮抗滑樁與圍護結(jié)構(gòu)之間的土體，實際的圍護結(jié)構(gòu)強度不滿足實際的滑坡體推力；

4)坡前基坑開挖屬高難度工程問題，在設計計算時應充分考慮土坡結(jié)構(gòu)的特點，適當放大安全系數(shù)，及時支護，嚴格控制開挖工序。