深基坑施工失穩控制分析與模擬

王聯明

（河南省宏大建設工程有限公司 河南新鄉 453400）

深基坑施工失穩控制分析與模擬

王聯明

（河南省宏大建設工程有限公司 河南新鄉 453400）

由于深基坑施工的穩定性問題造成的事故不斷增多，研究深基坑的施工穩定性問題，數值模擬是一個理想的方法，通過利用大型數值分析處理Plaxis軟件和FLAC3D軟件，建立適當的模型，采用對比分析的方法，探討降水的滲流和外荷載對深基坑施工中穩定性的影響。

深基坑施工；失穩控制；模擬

1 深基坑支護結構失穩破壞形式

深基坑支護體系的破壞可分為強度破壞和失穩破壞，前者多數是因為支護結構內部原因造成的，而后者多數是由外界不利因素導致。

1.1 非重力式支護結構

1.1.1 墻后土體整體滑動失穩

其滑動面位于坡腳或坡腳以下，當圍護樁入土深度太小時會引起圓弧式滑動，如圖1（a）所示。破壞的主要原因：①地基土十分軟弱；②深基坑開挖過深或者地面堆載過重；③錨桿錨固長度不足。

1.1.2 傾覆破壞，坑底隆起

深基坑內土體開挖過程中伴隨應力釋放，開挖完畢時應力釋放會致使深基坑底部土體隆起。

由于該破壞極易發生在軟弱地基土和過大開挖深度等情況下，可采取加深墻體入土深度和加固深基坑土的措施來防止，如圖1（b）所示。

1.1.3 管涌或流沙

該破壞形式多發生于深基坑坑底土層為無粘性土的情況下，并且深基坑內外的水位存在較大差數，如圖1（c）所示。

圖1 支護結構破壞形式

1.2 重力式支護結構

（1）傾覆破壞：土壓力作用下，如果水泥土擋墻截面較小或者質量不夠大，支護結構極易產生整體傾覆失穩。

（2）滑移破壞：多發生于水泥土擋墻與土之間的抗滑力較小，不足以抵抗墻后推力的情況下。重力式支護結構還有其他破壞形式，如土體整體的滑動失穩、坑底隆起、管涌或流沙，與非重力式支護結構相似。

2 深基坑施工失穩破壞分析

2.1 建立計算模型

強度折減法最早廣泛應用于數值模擬處理邊坡穩定問題，將邊坡安全系數定義為邊坡剛好達到臨界破壞時，地層強度折減的程度。強度折減法在FLAC3D中可采用fish編程逐步減低材料的強度參數，直到出現破壞。選取研究對象為均質地層的深基坑開挖，深基坑開挖深度為16.0m，開挖坡角分別取 90°，60°和 45°。地層參數密度 18.5kN/m3，彈性模量10MPa，泊松比0.3，內粘聚力40kPa，內摩擦角 17°，抗拉強度10kPa，采用M-C模型模擬計算。

2.2 深基坑失穩判斷依據

借用FLAC模擬位移量變分析深基坑坡體的變化狀態，通過模擬塑性區的發展狀態進行分析深基坑的穩定性。將深基坑失穩看作是塑性區從發展、擴大直到貫通的過程。

在對深基坑穩定性進行分析時采用強度折減法，滑動面的位置可以根據剪應變分布的區域和塑性區的分布等大致得到。深基坑失穩破壞時會發生剪切變形，剪切變形一旦出現，主要集中于局部變形區域內，區域外的變形則相當于卸載后的缸體運動，此種情況下，滑坡體將沿著某一滑動面移動，繼而造成深基坑失穩破壞。

2.3 深基坑失穩破壞影響因素分析

影響深基坑失穩破壞的主要影響因素有：地層強度、支護強度、開挖方案和外部環境影響（如降雨、外部突加荷載等）。采用數值模擬，對幾個較為突出的影響因素進行分析。

粘聚力的影響：

模擬計算內粘聚力變化區間為 [4.0kPa，36.0kPa]，當內粘聚力變化時，安全系數變化的百分比為6.33%。

不同粘聚力深基坑滑動面失穩范圍與粘聚力呈反比關系，當粘聚力降低時，深基坑失穩由小面積滑動轉變為大面積失穩，滑動面呈現出越來越陡局勢，失穩范圍也越來越大。

3 控制措施

（1）分級開挖土方，對經過論證的施工方案要求嚴格執行，正式施工時開挖坡度放大到1：1.0，施工開挖過程中，監理組隨時采用坡度儀對邊坡進行檢查；邊坡滑動面以內不得附加荷載，土方嚴禁堆放與距邊坡5m范圍內，盡量減少震動對邊坡穩定的擾動。

（2）施工中采用兩級井點降水，每級井管間距1.0m，井點管長5m，分級開挖平臺寬0.5m，可以有效利用井點管的支護作用，兩級井點安裝時呈間位分布（二級井點管位于一級井點管之間），可以有效分散土體壓力，一定程度上保證了邊坡土體的穩定。

（3）人員配置，施工期間，監理單位和施工單位分配專有的安全巡查人員對井點運行狀況和邊坡土體進行密切關注，如發現井點運行異常和邊坡土體不穩及時通知監理組和現場施工人員進行應急處理，并第一時間通知槽底作業工人撤離。

（4）設備配置，主要是應急發電設備，溝槽開挖及槽底施工期間停電對溝槽邊坡影響很大，停電引起的地下水位上升和回流會導致土體中的含水量升高，因存在與滑動方向一致的滲透力而產生流沙現象，從而導致邊坡失穩，因此施工期間必須保證井點有足夠的電力供應，臨時發電設備是必不可少的。

（5）準備必要的短木樁和沙袋，在平基澆筑和管道安裝過程中，振動是難免的，為了安全起見，我們要求施工單位施工前在坡腳處打下木樁并在木樁與坡面之間堆載沙袋，以確保坡腳土體的穩定。

（6）防止水患對邊坡的影響，增加臨時排水設施，基坑邊界周圍地面應設置臨時排水溝，應避免井點設備漏水、雨水進入坑內，以及地下管道漏水對邊坡的沖刷。如發現上述水患，監理工程師應要求施工單位及時采取措施，防止邊坡含水量過大引起邊坡失穩。

4 結語

在實際施工過程中，在理論驗證的基礎上，建議要充分考慮土體特征及其力學性質，并考慮施工過程的可能遇到的斷電、暴雨等突發情況，對開挖斷面的坡比進行調整放大，增加施工的安全系數，此外考慮到監理和施工單位在邊坡穩定設計方面必然存在嚴重的技術不足現象，因此建設單位有必要也有責任對涉及深基坑施工的工程進行專業的設計委托，以減少施工風險。

TU753

A

1004-7344（2016）11-0277-01

2016-3-26