胡小平（湖南中核巖土工程有限責(zé)任公司，湖南長(zhǎng)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(zhǎng)沙410000）

本文對(duì)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(guò)對(duì)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(duì)這些問(wèn)題提出了對(duì)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(duì)基坑及既有邊坡進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，并采用Midas GTS對(duì)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(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)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(shuō)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(duì)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(lái)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(duì)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(guò)對(duì)既有邊坡加固設(shè)計(jì)重點(diǎn)與難點(diǎn)分析，提出對(duì)既有邊坡加固的方法；通過(guò)采用Midas GTS對(duì)加固方案建立有限元模擬，以及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)，對(duì)加固方案進(jìn)行論證。本文對(duì)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(jiǎn)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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?yuàn)A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(jí)為Ⅴ級(jí)。各地層的物理性質(zhì)與力學(xué)參數(shù)（略）。

場(chǎng)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(lái)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(duì)混凝土及其制品具有微腐蝕性作用，對(duì)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(jiǎn)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(guò)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(duì)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(zhǎng)度來(lái)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(duì)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(duì)既有邊坡產(chǎn)生較大影響。⑤既有邊坡與基坑組成的多級(jí)支護(hù)組成復(fù)雜，頂部是永久性的邊坡，底部是臨時(shí)性的基坑，兩個(gè)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(shuō)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(shí)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(duì)既有邊坡的加固應(yīng)充分利用樁板式擋墻對(duì)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(duì)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(shí)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(dòng)，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(duì)坑頂土體的擾動(dòng)，并加強(qiáng)對(duì)既有邊坡“固腳”的效果。另外通過(guò)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)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(duì)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(shí)間。

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

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(duì)既有邊坡變形進(jìn)行控制，仍按需要對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行控制。

據(jù)上述思路對(duì)基坑及既有邊坡進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，并采用Midas GTS對(duì)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(shí)，臨空面的高度最大，基坑處于最危險(xiǎn)的狀態(tài)，應(yīng)進(jìn)行整個(gè)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(shí)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(shí)，既有邊坡變形達(dá)到最危險(xiǎn)值，所以應(yīng)按永久性邊坡的要求對(duì)此時(shí)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(cè)

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

圖3 基坑監(jiān)測(cè)平面布置圖

選取部分有代表性的時(shí)程曲線圖來(lái)反映對(duì)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(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果如下：

5.1 坡頂水平位移監(jiān)測(cè)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(cè)點(diǎn)PW2，最大水平位移為12.50mm，沒有超過(guò)報(bào)警值20mm。從坡頂水平位移的變化趨勢(shì)來(lái)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(shí)，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(shí)，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(shuō)明基坑開挖的卸荷作用對(duì)坡頂土體產(chǎn)生一定程度的擾動(dòng)，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(duì)坑頂土體起到了良好的約束作用，而錨索施工時(shí)的小斷面開挖減小了對(duì)坑頂土體的擾動(dòng)，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(shí)程曲線圖

5.2 坡頂建筑物沉降監(jiān)測(cè)分析

根據(jù)選取的建筑物沉降時(shí)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(cè)點(diǎn)JC2，建筑物最大沉降量為2.15mm，沒有超過(guò)報(bào)警值10mm。從建筑物沉降的變化趨勢(shì)來(lái)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(shí)，建筑物有沉降的趨勢(shì)，但沉降量較??；在2015年3月4日至2015年5月21日全斷面開挖時(shí)，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(shuō)明大段面基坑開挖時(shí)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(chǎng)，使建筑物產(chǎn)生沉降；而對(duì)既有邊坡的加固對(duì)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(shí)程曲線圖

6 結(jié)束語(yǔ)

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(cè)，得到如下結(jié)論：

（1）對(duì)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(duì)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(duì)基坑周邊土體的擾動(dòng)。

（4）基坑全斷面開挖會(huì)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(cè)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(guó)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(guó)建筑工業(yè)建筑，2013，11.

[4]《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程》（GB50497-2009）[S].北京：中國(guó)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(cè)；地基與基礎(chǔ)工程施工工作。