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行分析及加固設計。通過對既有邊坡調查，分析了加固設計的重點與難點，針對這些問題提出了對既有邊坡采取坡腳加微型樁固腳、支護樁樁間加錨索強腰、以及坡頂建筑前加微型樁將基礎與邊坡隔斷的加固方法，并對基坑及既有邊坡進行設計計算，并采用Midas GTS對設計方案進行有限元模擬，論證加固方法的可行性；通過對現場的監測驗證加固方法的可行性，結果表明：既有邊坡及坡頂建筑物的變形得到了很好的控制；說明既有邊坡進行“固腳、強腰、隔斷基礎”的加固思路是正確的。本文對后續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的高速發展，深基坑、高邊坡工程不斷涌現，在建筑物密集的市中區，深基坑的開挖與施工將存在對既有高邊坡支擋結構的安全構成威脅的可能。本文以某受鄰近深基坑開挖影響的既有邊坡加固設計為例，通過對既有邊坡加固設計重點與難點分析，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，以及對現場的監測，對加固方案進行論證。本文對后續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，基坑東側緊鄰8m高的永久性邊坡，邊坡頂為鄰近小區道路及建筑。

1.2 工程地質及水文地質

根據巖土工程勘察報告，場地內的土層自上而下為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，此層場地內均有分布，層厚1.5～9.0m。②粉質粘土（Q4al）：褐黃色，硬塑，局部可塑，切面較光滑，干強度中等，韌性中等，土質較均勻，此層場地內均有分布。層厚5.0～6.90m。③強風化泥巖（E2xl）：紫紅色，泥質結構，主要成分為粘土礦物，裂隙很發育，巖芯極破碎，多呈碎塊狀夾土狀，塊徑一般2～5cm，巖質軟，手掰易斷，遇水易軟化，失水易崩解。巖石堅硬程度為極軟巖，巖體完整性為極破碎，巖體基本質量等級為Ⅴ級。各地層的物理性質與力學參數（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風化泥巖中的基巖裂隙水，水量一般。地下水補給來源主要為地表水、大氣降水下滲及同一含水層側向徑流補給。水位隨季節變化而變化，一般年變幅2.00～4.00m，水量較小。

根據所取地下水試樣的水質分析結果，地下水對混凝土及其制品具有微腐蝕性作用，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性。

1.3 既有永久邊坡支護型式

既有永久邊坡（以下簡稱既有邊坡）采用的是樁板式支護形式，支護樁為直徑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立柱進行支檔，立柱間采用磚墻支檔，既有邊坡支護剖面詳見圖1。

2 邊坡支護難點

圖1 既有邊坡支護剖面圖

①既有邊坡由鄰近小區建設而形成的填方邊坡，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，可能導致既有邊坡產生較大變形甚至失穩。②既有邊坡支護采用的是懸臂式樁板擋墻，該結構是以自身的嵌固長度來保障坡體穩定，由于既有邊坡支護樁嵌固較短，基坑開挖后成了吊腳樁，原支護結構基本喪失支護能力。③既有邊坡坡頂即為小區道路及小區居民樓，據調查小區道路路基填土未進行嚴格的壓實，易因既有邊坡變形而導致路面開裂。另外，小區居民樓有一層地下室，且基礎采用的是獨立基礎，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埋置于原坡坡面并未埋入邊坡坡底，導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基坑支護邊線距既有邊坡坡底僅5m，基坑開挖產生的變形容易對既有邊坡產生較大影響。⑤既有邊坡與基坑組成的多級支護組成復雜，頂部是永久性的邊坡，底部是臨時性的基坑，兩個支護需滿足不同條件的要求。

3 基坑與邊坡支護方案設計

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

本次支護設計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一定支護效果，故對既有邊坡的加固應充分利用樁板式擋墻對邊坡的支護作用，加強其因基坑開挖而削弱的嵌固作用，并增強其控制變形能力。

另外采取一定措施保證坡頂小區道路及建筑安全。

3.1 永久性既有邊坡加固方案

既有邊坡加固設計以保障邊坡穩定、小區道路及建筑物安全為目的，以“固腳、強腰及隔斷基礎”思路為主線對邊坡進行加固。

主要采取以下措施：

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

（2）在既有邊坡支護樁樁間設置兩排預應力錨索，增強既有邊坡的穩定性，加強支護體系控制變形能力，達到“強腰”的效果。

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

3.2 基坑支護方案

基坑支護主要從支護形式及施工工藝方面以控制坑頂變形為主要目的，達到減小對坑頂土體的擾動，并加強對既有邊坡“固腳”的效果。另外通過加強監測掌握支護結構的變形及受力情況。

（1）在基坑支護形式方面采用控制變形能力較好的樁錨支護，在冠梁及樁間設置多排錨索，已達到控制變形及增強既有邊坡“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）加強本側基坑及邊坡的監測，在既有邊坡加固前開始對場地進行監測，當基坑施工時加密對場地的監測。

4 基坑與邊坡支護計算

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行控制，仍按需要對邊坡穩定性進行控制。

據上述思路對基坑及既有邊坡進行設計計算，并采用Midas GTS對相應工況的邊坡穩定性及變形進行校核。

4.1 基坑設計及驗算

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，應進行整個基坑及既有邊坡的的整體穩定性驗算以及變形計算，滿足臨時支護結構計算要求，基坑巖土參數取天然重度及天然抗剪強度指標，剖面計算結果見表1，設計剖面圖見圖2，坑頂變形計算結果（略），穩定性系數>1.3，基坑坑頂變形＜30mm，滿足要求[1，4]。

表1 基坑與邊坡計算結果

圖2 設計剖面圖

4.2 既有邊坡加固設計及驗算

由于既有邊坡在基坑開挖前是穩定的，坡頂基本未產生變形，而基坑開挖是導致既有邊坡產生變形的主要原因，故當基坑開挖至坑底時，既有邊坡變形達到最危險值，所以應按永久性邊坡的要求對此時的變形進行計算。另外由于既有邊坡是永久性邊坡，其穩定性受多種因素影響，本次既有邊坡穩定性計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，計算結果取兩種情況的最小值。

5 基坑與邊坡監測

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

圖3 基坑監測平面布置圖

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的變形情況，監測數據分析結果如下：

5.1 坡頂水平位移監測分析

根據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發生于靠近8層建筑物的測點PW2，最大水平位移為12.50mm，沒有超過報警值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，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，2015年5月21日基坑挖至坑底后，坡頂水平位移基本趨于穩定。說明基坑開挖的卸荷作用對坡頂土體產生一定程度的擾動，影響了既有邊坡樁板式擋墻的支檔作用，使坡頂產生了變形；另一方面錨索與支護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。

圖4 坡頂水平位移時程曲線圖

5.2 坡頂建筑物沉降監測分析

根據選取的建筑物沉降時程曲線可以看出（見圖5），建筑物沉降最大點發生于距邊坡最近的建筑物的測點JC2，建筑物最大沉降量為2.15mm，沒有超過報警值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，但沉降量較小；在2015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，2015年5月21日基坑挖至坑底后，坡頂水平位移基本趨于穩定。說明大段面基坑開挖時既有邊坡坡內產生一定程度的變形，影響了建筑基礎周圍應力場，使建筑物產生沉降；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 結束語

本文圍繞受鄰近基坑開挖影響的既有邊坡，進行方案論證、變形計算、穩定性分析、變形監測，得到如下結論：

（1）對受鄰近基坑開挖影響的既有邊坡加固應該充分利用既有邊坡的原支護，嚴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定性的要求，

（2）對邊坡采取“固腳、強腰、隔斷基礎”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.復雜周邊環境深基坑支護設計及監測分析[J].地下空間與工程學報，2015，11（3）：733～738.

[2]《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-2012）[S].北京：中國建筑工業出版社，2012，4.

[3]《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330-2013）[S].北京：中國建筑工業建筑，2013，11.

[4]《建筑基坑工程監測技術規程》（GB50497-2009）[S].北京：中國建筑工業出版社，2009，9.

TU472

A

2095-2066（2016）33-0120-03

2016-11-12

胡小平（1965-），男，工程師，主要從巖土工程設計、勘察、監測；地基與基礎工程施工工作。