廣州增城區(qū)太平村邊坡基坑一體化工程支護(hù)分析

范 然, 王建筱, 邵 勇, 田 野, 鄧 敏

(湖北省城市地質(zhì)工程院,湖北 武漢 430074)

廣州增城區(qū)太平村邊坡基坑一體化工程支護(hù)分析

范 然, 王建筱, 邵 勇, 田 野, 鄧 敏

(湖北省城市地質(zhì)工程院,湖北 武漢 430074)

以廣州增城區(qū)太平村邊坡基坑支護(hù)工程為背景,闡述邊坡治理和基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)選型思路,給出花崗巖殘積土抗剪強(qiáng)度,分析不同條件下花崗巖殘積土抗剪強(qiáng)度的取值,介紹支護(hù)設(shè)計(jì)方案,可為類似工程治理提供一定參考。

邊坡基坑;花崗巖殘積土;支護(hù)

1 工程概況

某安置新社區(qū)項(xiàng)目位于增城市太平村,依山而建。擬建建筑物有高層建筑區(qū)(1層地下室)、低層建筑區(qū)。在場(chǎng)地高層區(qū)域東側(cè)邊坡的坡腳位于地下室邊線范圍,人工開挖規(guī)劃道路路基切坡形成永久性高邊坡,地下室開挖與道路路基形成臨時(shí)基坑邊坡。此邊坡基坑整體開挖為本文研究對(duì)象。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地質(zhì)概況

場(chǎng)地原地貌屬于剝蝕殘丘地貌單元。原地形邊坡上段為自然邊坡,下段為人工邊坡,邊坡后緣山體標(biāo)高28～40 m。場(chǎng)地邊坡為土質(zhì)邊坡類型。場(chǎng)地內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有斷裂存在的跡象。地坡度20°～30°不等,局部存在陡坎。因地形起伏變化,不同地段差異較大。開挖后邊坡開挖深度不等,形成坡高約1～15 m范圍。部分地段為高切邊坡,邊坡坡高8～15 m,高切邊坡長(zhǎng)約95 m,邊坡走向近南北方向,邊坡傾向西南邊。基坑臨時(shí)邊坡開挖深度2.05 m。

邊坡范圍主要地層分布從上至下依次為:

(2) 第四系殘積層(Qel)。本層為花崗巖風(fēng)化殘積土,按其狀態(tài)特征可分為可塑狀砂質(zhì)粘性土和硬塑狀砂質(zhì)粘性土這2個(gè)亞層。

2.2 水文地質(zhì)條件

場(chǎng)地地下水主要為巖層裂隙水。

2.2.1 巖層裂隙水

巖層裂隙水主要賦存于強(qiáng)風(fēng)化巖層及中風(fēng)化巖層中。巖層內(nèi)的裂隙發(fā)育程度不均,全風(fēng)化巖層已風(fēng)化呈土狀,透水性較差,富水性較差;強(qiáng)風(fēng)化巖大部分已風(fēng)化為土狀,個(gè)別呈半巖半土狀,富水性弱—中等。

2.2.2 地下水的補(bǔ)給與排泄

巖層裂隙水補(bǔ)給來源亦為大氣降水和第四系含水層補(bǔ)給,地下水排泄主要依靠地表蒸發(fā)及滲透排泄。

3 基坑邊坡設(shè)計(jì)思路與計(jì)算

邊坡開挖過程中遵循先上后下的開挖支護(hù)原則,由此產(chǎn)生兩個(gè)支護(hù)工況:工況一,邊坡開挖至規(guī)劃道路路基面,為永久性支護(hù),支護(hù)高度15.3 m;工況二,從規(guī)劃道路路基面開挖至坑底,為臨時(shí)基坑支護(hù),支護(hù)高度2.1 m。

3.1 支護(hù)形式選擇

初步考慮兩種支護(hù)形式比選:①抗滑樁+錨索垂直支護(hù);②放坡+錨桿支護(hù)。垂直支護(hù)節(jié)約用地空間,減少征地面積,但支護(hù)成本高;放坡支護(hù)成本低,且景觀效果好,但支護(hù)所需空間大。綜合分析,工況一,邊坡開挖選擇放坡支護(hù),邊坡典型剖面坡高15.3 m,坡面主要為花崗巖殘積層,坡底為花崗巖全風(fēng)化層,邊坡分級(jí)高度按照8.0 m考慮,放坡坡比1∶1.25。工況二,支護(hù)空間不大,只能采用垂直支護(hù),初步考慮鋼管樁復(fù)合土釘墻或者鉆孔灌注樁垂直支護(hù),具體待計(jì)算確定。

3.2 邊坡巖土力學(xué)取值

從勘察報(bào)告得出室內(nèi)及野外試驗(yàn)均證明花崗巖殘積土具有較高的抗剪強(qiáng)度,見表1。花崗巖殘積土具有遇水易軟化,抗剪強(qiáng)度急劇下降的特性,在永久性邊坡計(jì)算中,考慮到連續(xù)暴雨工況,永久性邊坡采用表2取值。工況二中,由于開挖周期較短，且基坑土方開挖時(shí)間為旱季，因此，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)采用表3取值。

綜合考慮永久性邊坡暴雨工況,風(fēng)化花崗巖遇水易軟化,強(qiáng)度明顯降低,且易受擾動(dòng)特點(diǎn),勘察單位給出折減后的工程力學(xué)指標(biāo),見表2。

表1 各巖土層地基承載力特征值等參數(shù)建議值Table 1 The value of bearing capacity of foundation bearing capacity is recommended

表2 花崗巖殘積土折減后的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)Table 2 The shear strength index of granite residual soil after reduction

3.3 基坑工程計(jì)算

基坑設(shè)計(jì)以理正深基坑軟件為基礎(chǔ),從結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)考慮,巖土力學(xué)參數(shù)采用表1取值,計(jì)算思路為樁頂大放坡(將邊坡當(dāng)做荷載處理),基坑支護(hù)采用鋼管樁垂直支護(hù),鋼管初步選用為Φ114 mm×6 mm鋼管,計(jì)算模型如圖1,計(jì)算得到內(nèi)力分析見表3。

對(duì)Φ114 mm×6 mm鋼管進(jìn)行抗彎驗(yàn)算[1],計(jì)算如下:

σ=M/(r×Wx)
=4.109/(1.050×52.230×10-6)
=74.918(MPa)

式中:σ為基坑外側(cè)最大彎矩處的正應(yīng)力(MPa);M為基坑最大彎矩設(shè)計(jì)值(kN·m);Wx為鋼材對(duì)x軸的凈截面模量(m3);f為鋼材的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(MPa);r為型鋼截面塑性發(fā)展系數(shù)。

根據(jù)對(duì)基坑整體性進(jìn)行驗(yàn)算,基坑整體穩(wěn)定性、抗傾覆、抗隆起、抗滑移均滿足規(guī)范要求。計(jì)算說明,垂直支護(hù)采用鋼管樁是可行的。

圖1 基坑支護(hù)計(jì)算模型Fig.1 Calculation model of foundation pit support

表3 內(nèi)力分析表Table 3 Analysis table of internal force

3.4 邊坡工程穩(wěn)定性計(jì)算

本工程設(shè)計(jì)以理正邊坡綜合治理軟件為基礎(chǔ),結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)考慮。軟件自動(dòng)搜索滑面,巖土參數(shù)取表2提供取值。計(jì)算方法參照 《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范GB 50330—2013》,采用圓弧滑動(dòng)法計(jì)算安全系數(shù)。

坡面在沒有支護(hù)措施的情況下(圖2),整體穩(wěn)定性系數(shù)為1.091,屬于不穩(wěn)定或欠穩(wěn)定狀態(tài)。在增加全粘結(jié)性錨桿,并考慮坡頂15 kPa的荷載,一般工況下整體穩(wěn)定系數(shù)為1.351>1.35,地震工況下整體穩(wěn)定系數(shù)為1.295>1.15[2]。

圖2 工況狀態(tài)圖示Fig.2 Natural state

4 設(shè)計(jì)方案概述

4.1 永久性邊坡工程

本邊坡工程場(chǎng)地地形起伏大,地質(zhì)條件復(fù)雜,地下水活動(dòng)多,根據(jù)相關(guān)規(guī)定確定本邊坡工程安全等級(jí)為二級(jí)。邊坡設(shè)計(jì)在綜合考慮工程地質(zhì),水文地質(zhì),開挖經(jīng)驗(yàn),穩(wěn)定性計(jì)算以及當(dāng)?shù)厥┕そ?jīng)驗(yàn)最終選定高邊坡支護(hù)為格構(gòu)梁+錨桿固定的整體支護(hù)方案。

4.1.1 邊坡截排水設(shè)計(jì)

風(fēng)化花崗巖遇水易軟化、崩解,因此,影響邊坡安全最大的因素之一是水的問題,春中水的補(bǔ)給來源主要是大氣降水。地表水主要是大氣降雨產(chǎn)生的坡面回流。邊坡截排水設(shè)計(jì)至關(guān)重要。設(shè)計(jì)方案為:坡頂設(shè)置截水溝,平臺(tái)設(shè)置一道截水溝,坡面每隔40 m布置一道縱向急流槽,連接水平溝系,坡底設(shè)置排水溝和消能池,將整個(gè)邊坡水引至場(chǎng)外。

4.1.2 邊坡整體加固設(shè)計(jì)

邊坡典型坡面分兩級(jí)放坡,一級(jí)邊坡高8.0 m,坡率1∶1.25,平臺(tái)寬2.0 m;二級(jí)邊坡高7.3 m,坡率1∶1.25。坡面設(shè)置格構(gòu)梁+全粘結(jié)型錨桿,格構(gòu)梁間距2.5 m×2.5 m,格構(gòu)梁連接處設(shè)置錨桿,錨桿長(zhǎng)18.0 m,拉力設(shè)計(jì)值190 kN。由于邊坡大部為花崗巖風(fēng)化層,遇水易軟化崩解,為防止雨水沖刷,坡面網(wǎng)噴營養(yǎng)混凝土,再設(shè)置三維網(wǎng)植草綠化,起到邊坡生態(tài)綠化的目的。

4.2 基坑工程

為了保證邊坡坡底在基坑開挖過程中不發(fā)生擾動(dòng),必須嚴(yán)格控制基坑坡頂?shù)奈灰啤；釉O(shè)計(jì)采取鋼管樁+錨桿組成的微型樁復(fù)合土釘墻垂直支護(hù)。鋼管樁成孔150 mm,內(nèi)插Φ114 mm×6 mm鋼管,設(shè)置一排錨桿,垂直開挖面掛鋼筋網(wǎng),鋼筋網(wǎng)與錨桿用鋼筋連接。本工程高邊坡典型斷面見圖3。

5 治理效果與結(jié)論

(1) 在邊坡穩(wěn)定性計(jì)算分析中,不考慮加固工程的作用情況下,潛在滑動(dòng)面的穩(wěn)定系數(shù)是1.091,不能滿足規(guī)范要求,是相對(duì)危險(xiǎn)的,需要采取一定的防護(hù)加固措施予以治理。結(jié)合實(shí)際采用的防護(hù)加固工程,主要是錨桿。對(duì)滑面 進(jìn)行防護(hù)加固后的穩(wěn)定性計(jì)算,結(jié)果表明,當(dāng)采用加固措施后,該滑面的穩(wěn)定性系數(shù)增加至1.351。邊坡施工完成后,經(jīng)過了一個(gè)雨季的考驗(yàn),沒有發(fā)現(xiàn)邊坡明顯變形,說明比較穩(wěn)定。地下室施工過程中,根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示邊坡和基坑也是穩(wěn)定的,說明在開挖過程,基坑支護(hù)和邊坡設(shè)計(jì)方案也可以保證該高邊坡的穩(wěn)定,從而說明該設(shè)計(jì)方案是切實(shí)有效的。

圖3 邊坡典型斷面圖Fig.3 The typical sectional view of the slope

(2) 在花崗巖殘積土地層中,基坑和邊坡一體化的設(shè)計(jì)工程中,將基坑和邊坡作為整體進(jìn)行計(jì)算,再將永久性邊坡單獨(dú)進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算是可行的。

(3) 影響邊坡安全最大的因素之一是水的問題,因此,邊坡截排水設(shè)計(jì)至關(guān)重要,坡面需植草綠化,防止坡面沖刷,出現(xiàn)局部垮塌。

(4) 從勘察報(bào)告得出,室內(nèi)及野外試驗(yàn)均證明花崗巖殘積土具有較高的抗剪強(qiáng)度。花崗巖抗剪強(qiáng)度指標(biāo)是可以取勘察報(bào)告提供的取值,且折減后的花崗巖殘積土及全風(fēng)化層的抗剪強(qiáng)度指標(biāo),也具有一定的參考價(jià)值。

[1] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范:GB50017—2003[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2006.

[2] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范:GB50330—2013[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2014.

Engineering Support of Slope Foundation of Taiping Villagein Zengcheng District,Guangzhou City

FAN Ran, WANG Jianxiao, SHAO Yong, TIAN Ye, DENG Min

(HubeiInstituteofUrbanGeologicalEngineering,Wuhan,Hubei430074)

Taking slope excavation engineering of Taiping Village in Zengcheng District as the background,the paper expounds design selection ideas of slope treatment and foundation pit support,gives shear strength of the granite residual soil.The value of shear strength of granite residual soil under different conditions is analyzed,and the design scheme of support is introduced,which can provide some reference for similar engineering treatment.

foundation pit of slope; granite residual soil; support

TU473

A

1671-1211(2017)06-0791-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.06.024

2017-08-21;改回日期2017-10-13

范然(1988-),男,工程師,碩士,地質(zhì)工程專業(yè),從事基坑、地災(zāi)等方面工作。E-mail:455023712@qq.com

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.P.20171110.1309.004.html數(shù)字出版日期2017-11-10 13:09

費(fèi)雯麗)