工程勘察中基坑邊坡穩定性研究方法探討

李文杰

（云南省有色地質局三一〇隊，云南 大理 671000）

1 工程概況

圖1 工程勘察概況圖

擬建項目位于云南省昆明市泛亞科技新區，場地北側為云冶鐵路專用線，建筑紅線距鐵路坡腳距離約20m，西側緊鄰軍區農場和規劃道路，南側為規劃道路，東側為已建成的昆武高速公路，距離約20m。基坑占地面積為23000m2，周邊線總長約650m，場地±0.00=1907.7m，地下室負一層高度為3.9m，夾層高度為3m，筏板厚度0.7m，地下室底面標高為1900.1m，地下室設計總高度為7.6m。根據基坑邊界，現狀地面標高與開挖底面標高對比，基坑坑壁開挖深度6.27m～8.2m。地下室施工時擬開挖形成占地面積≥23052.09m2、側壁高度6.27m～8.2m的基坑。基坑周邊除北側存在已有云冶鐵路專用線外，其余東、南、西側外圍均為待建空地，場地北側基坑支護結構失效、土體過大變形對基坑周邊環境或主體結構施工安全的影響很嚴重，支護結構的安全等級為一級，其結構重要性系數不應小于1.10；東、南、西側基坑支護結構失效、土體過大變形對基坑周邊環境或主體結構施工安全的影響嚴重，支護結構的安全等級為二級，其結構重要性系數不應小于1.00。

2 基坑穩定性分析、評價

根據基坑邊線現狀地面標高與開挖底面標高對比，基坑開挖深度6.27m～8.2m。為對基坑開挖邊坡進行穩定性分析，分別在基坑邊界線不同位置繪制A-A′、B-B′、C-C′、D-D′四條與基坑邊線相垂直的代表性實測剖面對擬開挖邊坡穩定性進行定量評價。

圖2 擬建基坑邊線土層里面圖

A-A′剖面位于⑤棟建筑北側，為基坑北部邊界典型剖面，基坑北邊界長約92m，剖面方向南→北。基坑底面設計標高為1900.1m，基坑邊坡坡頂標高為1906.53m～1907.38m，開挖高度HA=6.43m～7.28m，坡體土層為①層雜填土、③2、③粘土。

B-B′剖面位于⑥、⑦棟建筑之間，為基坑西南側邊界典型剖面，基坑東南側邊界長約108m，剖面方向東→西。基坑底面設計標高為1900.1m,基坑邊坡坡頂標高為1906.71m～1907.49m，開挖高度HB=6.61m～7.39m，坡體土層為①層雜填土、②、③2粘土及③1泥炭質土。

C-C′剖面位于①棟與②棟建筑之間，為基坑南部邊界典型剖面，基坑南部邊界長約160m，剖面方向北→南。基坑底面設計標高為1900.1m，基坑邊坡坡頂標高為1906.37m～1907.95m，開挖高度HC=6.27m～7.85m，坡體土層為①層雜填土、②、③2粘土及②1圓礫。

D-D′剖面位于④棟建筑東側，為基坑東部邊界典型剖面，基坑東部邊界長約158m，剖面方向西→東。基坑底面設計標高為1900.1m，基坑邊坡坡頂標高為1906.50m～1906.83m，開挖高度HD=6.40m～6.73m，坡體土層為①層雜填土、②、③2粘土。

據表1開挖邊坡穩定性計算結果，A、B、C、D代表剖面開挖邊坡高度6.4m～7.71m，根據地層情況采用圓弧滑動型式進行計算，“理正軟件”采用自動搜索最危險滑動面，滑動面剪出口一般位于坡腳或地層強度相對較差層位層底。采用三軸剪切、直剪實驗不同的C、φ值進行計算，垂直開挖至坑底，采用三軸剪切試驗指標計算的邊坡穩定系數Fs=0.68～0.83，直剪試驗指標計算的Fs=0.85～0.99；按45°放坡開挖，無支護條件下，采用三軸剪切試驗指標計算的邊坡穩定系數Ks=0.87～0.98，直剪試驗指標計算的Fs=0.99～1.11。在不考慮地面堆載、地震力和地下水、北側過往鐵路動載影響等條件下，即使除按45°放坡開挖，采用直接剪切試驗指標的Fs值僅為0.99～1.11，難以滿足一、二級基坑穩定安全系數要求。

表1 基坑擬開挖邊坡穩定性計算結果表

3 基坑開挖與支護方案的選擇

結合場地周邊環境、水文地質與工程地質條件等因素，擬建基坑開挖體積、開挖深度大。基坑開挖范圍內主要揭露①、②、②1、③、③1、③2層，坑壁揭露土層工程特性較差～一般，土體抗剪強度較低，場地內地下水位較高。據上述穩定性計算分析，在無支擋的情況下，基坑四周壁開挖邊坡處于不穩定～極限平衡狀態。結合昆明地區施工經驗，坑壁土體極易產生滑移而影響基坑周邊建（構）筑物安全和地下室施工，開挖過程中也易出現涌水、基底隆起等工程問題，而處理這些問題或事故耗時、耗力、難度大，故施工時做好基坑坑壁進行支護工程，避免其失穩對周邊建（構）筑物造成危害。

基坑北側為云冶鐵路專用線，邊線距鐵路坡腳距離約30m，因距離云冶鐵路相對較近，基坑受鐵路動荷載影響較大，建議對基坑北段進行直立開挖，采用剛性排樁支護結構，變形不易控制時，在基坑中上部設置1～2排可回收式預應力土層灌漿錨索，支護樁建議選用擠土效應不明顯的長螺旋鉆孔灌注樁，以④層粘土為樁端持力層，預計樁長15m～20m。

基坑西側緊鄰規劃道路和軍區農場，基坑邊線距規劃道路紅線距離約5m，南側為規劃道路及擬建地塊，基坑邊線距規劃道路紅線約5m；東側為已建成的架空昆武高速公路，基坑邊線距高架橋墩距離約64m。基坑東、南、西、北西側的規劃道路、擬建地塊均未施工，現狀為待建空地，施工條件較好，具備一定的放坡條件，但因基坑開挖深度較大，坑壁土體強度相對較低，全部采用常用的放坡+土釘墻支護結構極易產生過量的水平和垂直位移，且開挖放坡后再進行回填，處理費用高、后期地面變形量亦不易控制，故基坑坑壁建議首選技術相對成熟可靠、工期較短的上部2m～3m按1:1高寬比放坡+土釘墻噴錨、下部剛性排樁的綜合支護結構，支護樁為長螺旋鉆孔灌注樁，以③、④層為樁端持力層，預計樁長10m～15m。

4 結語

此次基坑邊坡穩定性分析采用“理正軟件”自動搜索最危險滑動面進行分析計算，取得較好效果。回顧邊坡穩定性計算方法，瑞典法的計算結果稍大于Janbu法，簡化Bishop法、Spencer法和Morgenstern-Price法計算所得邊坡安全系數非常接近，且前兩者的結果要小于后三者的結果，邊坡安全系數隨高度的增加近似呈指數形式的衰減。

當前建筑行業在不斷發展，建筑物的數量和質量都在原有基礎之上獲得了顯著的提升，傳統的施工模式已經難以充分滿足現代化建筑領域發展的需求，科學合理的運用深基坑施工技術，明確巖土工程勘察的重點難點，能夠更好的發揮現代化施工技術的應用價值，另一方面也能夠為后續施工工作的推進奠定更加有力的基礎。