李鴻賓，程 烈，陳晚華

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引言

基坑支護(hù)主要是確保支護(hù)結(jié)構(gòu)能起擋土作用，基坑邊坡保持穩(wěn)定；確保相鄰的建（構(gòu)）筑物、道路、地下管線的安全；不因土體的變形、沉陷、坍塌受到危害；通過(guò)排降水，確?；A(chǔ)施工在地下水位以上進(jìn)行。基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)類型主要分支擋式結(jié)構(gòu)、土釘墻、重力式水泥土墻、放坡等。

基坑主要分為三級(jí)[1]：其結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)見(jiàn)表1?；釉O(shè)計(jì)中，對(duì)基坑變形監(jiān)測(cè)是非常重要的指標(biāo)，通過(guò)變形可觀察支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性，對(duì)潛在危險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)警，基坑變形的監(jiān)測(cè)值見(jiàn)表2。

表1 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)

表2 基坑變形監(jiān)控值

邊坡支護(hù)是指為保證邊坡及其環(huán)境的安全，對(duì)邊坡采取的支擋、加固與防護(hù)措施。常用的支護(hù)結(jié)構(gòu)型式有：錨桿支護(hù)、抗滑樁支護(hù)、重力式擋土墻、錨桿擋土墻支護(hù)等。

建筑邊坡安全等級(jí)分為三級(jí)[2]，其安全系數(shù)見(jiàn)表3。

表3 建筑邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

趙尚毅[3]等對(duì)抗滑樁設(shè)計(jì)安全系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了討論，基于穩(wěn)定性分析計(jì)算得到的側(cè)向巖土荷載，滿足穩(wěn)定安全系數(shù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)不宜再考慮荷載分項(xiàng)系數(shù)，取2 種方法的極大值進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

目前，根據(jù)相應(yīng)規(guī)范[4]，樁頂水平位移限定值可采用懸臂段長(zhǎng)度的1/100 控制，且樁頂位移不宜大于10 cm。根據(jù)這個(gè)要求，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)的時(shí)候抗滑樁的樁頂允許變形也是以此為基準(zhǔn)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)取值。

邊坡抗滑樁支護(hù)和基坑排樁支護(hù)有共同之處也有不同。抗滑樁是穿過(guò)滑坡體深入于滑床的樁柱，用以支擋滑體的滑動(dòng)力，起穩(wěn)定邊坡的作用，適用于淺層和中厚層的滑坡，是一種抗滑處理的主要措施?？够瑯妒菓{借樁與周圍巖、土的共同作用，把邊坡下滑推力或主動(dòng)土壓力傳遞到穩(wěn)定地層，即利用穩(wěn)定地層的錨固作用和被動(dòng)抗力來(lái)平衡滑坡推力，提高斜坡穩(wěn)定性[5]。土質(zhì)較好時(shí)，樁之間也會(huì)形成土拱，加大樁基的整體承載力。當(dāng)滑坡體下滑時(shí)受到抗滑樁的阻抗，使樁后滑體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。使用抗滑樁，土方量小，施工需有配套機(jī)械設(shè)備，工期短，是廣泛采用的一種抗滑措施。

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)是依靠基坑中土層對(duì)進(jìn)入土層的支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平壓力與支護(hù)結(jié)構(gòu)上部的拉錨或支撐提供的與水平壓力方向相同的作用力來(lái)抵抗坑壁土和水產(chǎn)生的水平壓力來(lái)保證坑壁土的穩(wěn)定，限制坑壁土的變形，保證基坑開挖和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工能安全、順利地進(jìn)行。

楊斌[6]對(duì)排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中計(jì)算方法和參數(shù)取用進(jìn)行了初步探討，經(jīng)典法計(jì)算過(guò)于保守，易造成浪費(fèi)，彈性法更加符合實(shí)際。程雪松[7]等連續(xù)冠梁的存在可以降低荷載傳遞系數(shù)，使處于同樣局部破壞情況下的基坑降低連續(xù)破壞發(fā)生的可能性，對(duì)提高基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)抗連續(xù)破壞的能力有重要作用。

抗滑樁適用于永久工程，基坑支護(hù)適用于臨時(shí)工程。若為永久工程，采用基坑排樁支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)結(jié)合樁基永久支護(hù)構(gòu)造要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，其穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)結(jié)合永久工程選取。共同之處在于都是利用樁基本身的強(qiáng)度來(lái)抵抗土體側(cè)壓力作用。結(jié)合工程案例，研究排樁和抗滑樁設(shè)計(jì)，研究支護(hù)選擇方式并結(jié)合實(shí)際進(jìn)行運(yùn)用。

1 排樁及抗滑樁應(yīng)用

1.1 案例1

某房屋建筑工程，用地紅線東西方向道路高程分別283.00 m 和278.00 m，高差約5 m，擬以東側(cè)高程為地面高程，西南側(cè)回填，建設(shè)該房屋建筑。選取典型斷面，建筑紅線內(nèi)設(shè)計(jì)道路高程283.95 m，建筑紅線外側(cè)設(shè)計(jì)高程277.80 m，現(xiàn)狀地面高程為277.35 m，表層土清理后，擬在原始地面回填6.85 m修筑地下室，回填后形成6.85 m 邊坡，其計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

圖1 計(jì)算簡(jiǎn)圖

回填土重度取18.5 kN/m3，飽和重度20 kN/m3，粘聚力c=0 kPa，內(nèi)摩擦角25 °，水下粘聚力c=10 kPa，內(nèi)摩擦角25 °。道路荷載取q=17.63 kpa。

建筑區(qū)域內(nèi)地質(zhì)物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 地質(zhì)物理力學(xué)參數(shù)表

1）排樁計(jì)算

采用排樁支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，破壞后果影響嚴(yán)重，支護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.0，該支護(hù)為永久工程，取重要性系數(shù)為1.30。

①模型建立

采用排樁支護(hù)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)理正軟件進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算模型見(jiàn)圖2。

圖2 基坑計(jì)算模型

②計(jì)算結(jié)果

根據(jù)計(jì)算，樁基最大彎矩為16 993 kN·m，最大剪力為2 116 kN。樁長(zhǎng)為26 m，樁身最大位移為30.95 mm。樁徑為1.2 m，樁間距為3.0 m，并設(shè)冠梁，寬度為1.8 m，高度1.2 m。

2）抗滑樁計(jì)算

采用抗滑樁支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)[8]，該邊坡為永久邊坡，破壞后果嚴(yán)重，安全等級(jí)為二級(jí)，穩(wěn)定安全系數(shù)為1.30。采用抗滑樁支護(hù)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，樁基嵌固段頂端地面處的水平位移不宜大于10 mm。首先計(jì)算下滑力，然后根據(jù)剩余下滑力進(jìn)行抗滑樁計(jì)算。

①模型建立

因回填6.85 m 高，將回填土視為一層，主要計(jì)算回填土的下滑力，地基土簡(jiǎn)化為一層土，下滑力計(jì)算模型見(jiàn)圖3 和計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖3 下滑力計(jì)算模型

圖4 計(jì)算結(jié)果圖

②計(jì)算結(jié)果

最不利滑動(dòng)面：

滑動(dòng)圓心=（-11.708，6.850）m；

滑動(dòng)半徑=13.563 m；

滑動(dòng)安全系數(shù)=0.187；

總的下滑力=163 kN；

總的抗滑力=31 kN。

③抗滑樁支護(hù)設(shè)計(jì)

計(jì)算方法采用m 法，通過(guò)計(jì)算滿足設(shè)計(jì)要求抗滑樁樁總長(zhǎng)為16.50 m，錨固點(diǎn)覆土厚度為1.5 m，嵌入深度8.25 m，樁徑為1.50 m，樁間距為4.0 m。

樁最大彎矩為4 755 kN·m，距離樁頂11.41 m，最大剪力為914 kN，距離樁頂16.16 m，樁頂最大位移為54.5 mm。

朱泳[9]等在抗滑樁加固邊坡穩(wěn)定性影響因素的參數(shù)分析，選取樁頭水平位移進(jìn)行研究，通過(guò)對(duì)樁頭位移-堆載關(guān)系曲線擬合，得出樁頂位移為44.3 mm，與本算例中第1 種情況吻合。

3）對(duì)比分析

通過(guò)上述兩種設(shè)計(jì)支護(hù)方案，兩者樁長(zhǎng)相差9.5 m，樁徑相差0.3 m，樁間距相差1.0 m，兩方案，抗滑樁支護(hù)設(shè)計(jì)較優(yōu)，其計(jì)算結(jié)果對(duì)比表見(jiàn)表5。

表5 計(jì)算結(jié)果對(duì)比表

1.2 案例2

某堤防工程，堤頂高程為354.00 m，堤頂寬度約2.55 m，面坡1:1.5，背坡1:3，堤防高程約5 m。因堤防下游修建航電樞紐，設(shè)計(jì)洪水位為358.00 m，超出堤頂4 m。對(duì)現(xiàn)有堤防進(jìn)行加高加固。加固堤防一是不能過(guò)多侵占河道，影響河流泄洪；二是因堤防工程背坡有重要構(gòu)筑物，也不能往堤后侵占太多空間。從地質(zhì)情況來(lái)看，防止地基沉降過(guò)大以及不均勻沉降，新建堤防基礎(chǔ)應(yīng)置于砂卵石層，根據(jù)斷面條件，新建堤防基礎(chǔ)標(biāo)高為342.00 m，堤頂取0.5 m 超高，高程為358.50 m，堤防高程約16.5 m，所以采用部分且垂直開挖的保護(hù)方式，開挖老堤防，形成基坑深度為12 m 的垂直邊坡。其計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖6，地質(zhì)物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表6。

圖6 某堤防工程計(jì)算簡(jiǎn)圖

表6 地質(zhì)物理力學(xué)參數(shù)表

堤頂荷載取5 kPa，作用寬度為4 m，距離坑邊距離1 m。堤后重要構(gòu)筑物荷載取10 kPa，作用寬度1 m，距離坑邊距離1 m。

1）排樁計(jì)算

①模型建立

采用基坑排樁支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，破壞后果影響嚴(yán)重，支護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.0，通過(guò)理正軟件進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算模型見(jiàn)圖7。

圖7 基坑計(jì)算模型

②計(jì)算結(jié)果

根據(jù)計(jì)算，樁基最大彎矩為12 075 kN·m，最大剪力為1 361 kN。樁長(zhǎng)為25 m，樁身最大位移為22.1 mm。樁徑為1.2 m，樁間距為2.5 m，并設(shè)冠梁，寬度為1.6 m，高度1.0 m。

2）抗滑樁計(jì)算

采用抗滑樁支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，該邊坡為臨時(shí)邊坡，破壞后果嚴(yán)重，安全等級(jí)為二級(jí)，穩(wěn)定安全系數(shù)為1.20。設(shè)計(jì)時(shí)，首先計(jì)算下滑力，然后根據(jù)剩余下滑力進(jìn)行抗滑樁計(jì)算。

①模型建立

基坑以上分兩層土，厚度分別為1 m 和11 m，下滑力計(jì)算模型見(jiàn)圖8 和計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖9。

圖8 下滑力計(jì)算模型

圖9 計(jì)算結(jié)果圖

圖10 抗滑樁計(jì)算簡(jiǎn)圖

②計(jì)算結(jié)果

最不利滑動(dòng)面：

滑動(dòng)圓心=(-19.247，11.760) m；

滑動(dòng)半徑=22.513 m；

滑動(dòng)安全系數(shù)=0.359；

總的下滑力=433 kN；

總的抗滑力=153 kN。

③抗滑樁支護(hù)設(shè)計(jì)

計(jì)算方法采用m 法，通過(guò)計(jì)算滿足設(shè)計(jì)要求抗滑樁樁總長(zhǎng)為25 m，錨固點(diǎn)覆土厚度為1.5 m，嵌入深度11.5 m，樁徑為1.9 m，樁間距為2.5 m。

樁最大彎矩為10 762 kN·m，最大剪力為1 946 kN，樁頂最大位移為79.5 mm。

3）對(duì)比分析

通過(guò)上述兩種設(shè)計(jì)支護(hù)方案，兩者樁長(zhǎng)相同，樁徑相差0.7，樁間距相同，兩方案，排樁支護(hù)設(shè)計(jì)較優(yōu)。其計(jì)算結(jié)果對(duì)比表見(jiàn)表7。

表7 計(jì)算結(jié)果對(duì)比表

2 拓展分析

對(duì)于某建筑工程，通過(guò)抗滑樁設(shè)計(jì)及基坑排樁設(shè)計(jì)，以軸線100 m 計(jì)算，對(duì)比經(jīng)濟(jì)性，采用抗滑樁支護(hù)較優(yōu)，較排樁支護(hù)，抗滑樁工程量約為其74 %。此建筑工程回填形成的基坑，采用抗滑樁設(shè)計(jì)較優(yōu)。

對(duì)于某堤防工程，通過(guò)抗滑樁設(shè)計(jì)及基坑排樁設(shè)計(jì)，以軸線100 m 計(jì)算，對(duì)比經(jīng)濟(jì)性，采用排樁支護(hù)較優(yōu)，較抗滑樁支護(hù)，排樁工程量約為其40 %。采用軟件計(jì)算時(shí)，抗滑樁可直接可模擬堤防的背坡實(shí)際情況，而采用排樁支護(hù)時(shí)，排樁背側(cè)為半無(wú)限體，增加了背側(cè)填土，但是，在對(duì)比計(jì)算時(shí)，反而排樁設(shè)計(jì)較優(yōu)。

因此，對(duì)于不同工程，不同的開挖深度，不同的地質(zhì)情況，所采用的支護(hù)方式應(yīng)多方面考慮，選擇最優(yōu)的方案。主要是由于邊界條件的不同，地質(zhì)條件存在差異。

為對(duì)比此兩個(gè)工程，增加兩組模型計(jì)算，一是建筑基坑，將基坑深度增加到12 m 進(jìn)行計(jì)算；二是堤防支護(hù)，將基坑深度減小到6.85 m。通過(guò)計(jì)算對(duì)比，計(jì)算結(jié)果表8 和表9。

表8 計(jì)算結(jié)果對(duì)比表（h=12m）

表9 計(jì)算結(jié)果對(duì)比表（h=6.85m）

通過(guò)表中可得知：當(dāng)基坑深度較深時(shí)，堤防與建筑都是排樁支護(hù)較優(yōu)，而建筑中抗滑樁直徑和間距相當(dāng)。

通過(guò)表中可得知：當(dāng)基坑深度較淺時(shí)，堤防與建筑都是抗滑樁支護(hù)較優(yōu)。

從兩個(gè)表對(duì)比來(lái)看，當(dāng)基坑深度為12 m 時(shí)，排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)較優(yōu)，兩個(gè)案例對(duì)比，堤防工程排樁優(yōu)勢(shì)比較明顯，其主要原因是地質(zhì)條件相對(duì)較好。當(dāng)基坑深度為6.85 m 時(shí)，抗滑樁支護(hù)結(jié)構(gòu)較優(yōu)，兩個(gè)案例對(duì)比，堤防工程抗滑樁優(yōu)勢(shì)較明顯。因此，當(dāng)基坑由6.85 m 向12 m 遞增時(shí)，必然會(huì)出現(xiàn)，兩種支護(hù)結(jié)構(gòu)方式在經(jīng)濟(jì)上相當(dāng)。因各個(gè)工程地質(zhì)等邊界條件不相同，因此，無(wú)法定性分析臨界具體的深度。但可得知，在支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，若基坑或邊坡開挖受外界條件限制，無(wú)法采用放坡型式，采用排樁或抗滑樁支護(hù)時(shí)，可通過(guò)兩種方式對(duì)比進(jìn)行分析，選取最優(yōu)方案進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)。

3 變形監(jiān)測(cè)

上述某建筑工程案例于2019 年已完建，完建后通過(guò)監(jiān)測(cè)水平位移[10]，其監(jiān)測(cè)值見(jiàn)表10 和圖11。

圖11 典型斷面水平位移監(jiān)測(cè)值圖

表10 位移監(jiān)測(cè)值

經(jīng)過(guò)完建后1 年的監(jiān)測(cè)，該典型斷面位移值最大為14.78 mm，其平均變化速率和累計(jì)變化量在控制范圍內(nèi)，后期隨時(shí)間變化逐漸趨于穩(wěn)定。結(jié)論證明，該建筑工程采用抗滑樁設(shè)計(jì)基本合理。

4 結(jié)語(yǔ)

1）在基坑與邊坡支護(hù)中，選用的排樁支護(hù)與抗滑樁支護(hù)有共同之處也有不同之處。在開挖受外界條件限制，無(wú)法采用放坡型式，采用排樁或抗滑樁支護(hù)時(shí)，可通過(guò)兩種方式對(duì)比進(jìn)行分析，選取最優(yōu)方案進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)。

2）不同深度的基坑和邊坡，采取抗滑樁或排樁經(jīng)濟(jì)性不同。當(dāng)深度較小時(shí)，抗滑樁支護(hù)具有一定優(yōu)勢(shì)；當(dāng)深度較大時(shí)，排樁支護(hù)具有一定的優(yōu)勢(shì)。因此，結(jié)構(gòu)支護(hù)時(shí)，建議多方案進(jìn)行比較論證。

3）當(dāng)永久工程采用基坑排樁支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)結(jié)合樁基永久支護(hù)構(gòu)造要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，其穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)結(jié)合永久工程選取。