受邻近深基坑开挖影响的既有边坡加固方法

2016-12-23胡小平湖南中核岩土工程有限责任公司湖南长沙410000

低碳世界 2016年33期

胡小平（湖南中核岩土工程有限责任公司，湖南长沙410000）

受邻近深基坑开挖影响的既有边坡加固方法

胡小平（湖南中核岩土工程有限责任公司，湖南长沙410000）

本文对某受邻近深基坑开挖影响的既有边坡进行分析及加固设计。通过对既有边坡调查，分析了加固设计的重点与难点，针对这些问题提出了对既有边坡采取坡脚加微型桩固脚、支护桩桩间加锚索强腰、以及坡顶建筑前加微型桩将基础与边坡隔断的加固方法，并对基坑及既有边坡进行设计计算，并采用Midas GTS对设计方案进行有限元模拟，论证加固方法的可行性；通过对现场的监测验证加固方法的可行性，结果表明：既有边坡及坡顶建筑物的变形得到了很好的控制；说明既有边坡进行“固脚、强腰、隔断基础”的加固思路是正确的。本文对后续类似邻近开挖基坑的既有边坡加固具有一定的借鉴意义。

既有边坡；加固；基坑

引言

近年来随着城市工程建设的高速发展，深基坑、高边坡工程不断涌现，在建筑物密集的市中区，深基坑的开挖与施工将存在对既有高边坡支挡结构的安全构成威胁的可能。本文以某受邻近深基坑开挖影响的既有边坡加固设计为例，通过对既有边坡加固设计重点与难点分析，提出对既有边坡加固的方法；通过采用Midas GTS对加固方案建立有限元模拟，以及对现场的监测，对加固方案进行论证。本文对后续类似邻近开挖基坑的既有边坡加固具有一定的借鉴意义。

1 工程概况

1.1 工程简介

湖南某3层地下室基坑开挖深度为9m，基坑东侧紧邻8m高的永久性边坡，边坡顶为邻近小区道路及建筑。

1.2 工程地质及水文地质

根据岩土工程勘察报告，场地内的土层自上而下为①杂填土（Q4ml）：褐红色，松散，稍湿，主要成份为粘性土，碎石及建筑垃圾组成，此层场地内均有分布，层厚1.5～9.0m。②粉质粘土（Q4al）：褐黄色，硬塑，局部可塑，切面较光滑，干强度中等，韧性中等，土质较均匀，此层场地内均有分布。层厚5.0～6.90m。③强风化泥岩（E2xl）：紫红色，泥质结构，主要成分为粘土矿物，裂隙很发育，岩芯极破碎，多呈碎块状夹土状，块径一般2～5cm，岩质软，手掰易断，遇水易软化，失水易崩解。岩石坚硬程度为极软岩，岩体完整性为极破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。各地层的物理性质与力学参数（略）。

场地地下水主要为赋存于素填土中的上层滞水和赋存于强风化泥岩中的基岩裂隙水，水量一般。地下水补给来源主要为地表水、大气降水下渗及同一含水层侧向径流补给。水位随季节变化而变化，一般年变幅2.00～4.00m，水量较小。

根据所取地下水试样的水质分析结果，地下水对混凝土及其制品具有微腐蚀性作用，对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。

1.3 既有永久边坡支护型式

既有永久边坡（以下简称既有边坡）采用的是桩板式支护形式，支护桩为直径1m中心距3m的人工挖孔桩，桩悬臂5m，嵌固5m，桩间采用150mm厚现浇板挡土，另外桩顶以上部分通过从桩身延伸一根300×300mm立柱进行支档，立柱间采用砖墙支档，既有边坡支护剖面详见图1。

2 边坡支护难点

图1 既有边坡支护剖面图

①既有边坡由邻近小区建设而形成的填方边坡，坡后有深厚的填土，对周围变形比较敏感，若基坑变形控制不当，可能导致既有边坡产生较大变形甚至失稳。②既有边坡支护采用的是悬臂式桩板挡墙，该结构是以自身的嵌固长度来保障坡体稳定，由于既有边坡支护桩嵌固较短，基坑开挖后成了吊脚桩，原支护结构基本丧失支护能力。③既有边坡坡顶即为小区道路及小区居民楼，据调查小区道路路基填土未进行严格的压实，易因既有边坡变形而导致路面开裂。另外，小区居民楼有一层地下室，且基础采用的是独立基础，一方面坡顶没有施工锚索的空间，很难控制坡顶变形，另一方面由于建筑基础埋置于原坡坡面并未埋入边坡坡底，导致建筑对周围变形较为敏感，容易受既有边坡变形的影响。④基坑支护边线距既有边坡坡底仅5m，基坑开挖产生的变形容易对既有边坡产生较大影响。⑤既有边坡与基坑组成的多级支护组成复杂，顶部是永久性的边坡，底部是临时性的基坑，两个支护需满足不同条件的要求。

3 基坑与边坡支护方案设计

基坑开挖前既有边坡处于稳定状态，说明桩板式挡墙一定程度上控制了既有边坡的变形，保证了边坡稳定。

本次支护设计不仅需要保证基坑开挖阶段既有边坡临时性的安全，而且需要保证基坑回填后既有边坡永久性安全。但是另一方面基坑回填后既有边坡原桩板式挡墙将恢复一定支护效果，故对既有边坡的加固应充分利用桩板式挡墙对边坡的支护作用，加强其因基坑开挖而削弱的嵌固作用，并增强其控制变形能力。

另外采取一定措施保证坡顶小区道路及建筑安全。

3.1 永久性既有边坡加固方案

既有边坡加固设计以保障边坡稳定、小区道路及建筑物安全为目的，以“固脚、强腰及隔断基础”思路为主线对边坡进行加固。

主要采取以下措施：

（1）在既有边坡支护桩前设置两排微型桩，增强支护桩周边土体的强度并增加土体抗滑移能力，保证支护桩在基坑开挖时能发挥一定的嵌固作用，以达到“固脚”的作用。

（2）在既有边坡支护桩桩间设置两排预应力锚索，增强既有边坡的稳定性，加强支护体系控制变形能力，达到“强腰”的效果。

（3）在坡顶建筑物前设置两排微型桩，以抑制基础周围地层的滑动，减小建筑基础周边土体的沉降，以达到“隔离基础”的作用。

3.2 基坑支护方案

基坑支护主要从支护形式及施工工艺方面以控制坑顶变形为主要目的，达到减小对坑顶土体的扰动，并加强对既有边坡“固脚”的效果。另外通过加强监测掌握支护结构的变形及受力情况。

（1）在基坑支护形式方面采用控制变形能力较好的桩锚支护，在冠梁及桩间设置多排锚索，已达到控制变形及增强既有边坡“固脚”的作用。

（2）在施工工艺方面要求桩前小断面开挖，先开挖出锚索施工面，待全部锚索施工完后再进行大面积土方开挖，另外对于锚索施工方面，要求锚索钻孔后立即注浆，减小边坡桩底土方的暴露时间。

（3）加强本侧基坑及边坡的监测，在既有边坡加固前开始对场地进行监测，当基坑施工时加密对场地的监测。

4 基坑与边坡支护计算

鉴于既有边坡坡顶有建筑物，故不仅需要对既有边坡变形进行控制，仍按需要对边坡稳定性进行控制。

据上述思路对基坑及既有边坡进行设计计算，并采用Midas GTS对相应工况的边坡稳定性及变形进行校核。

4.1 基坑设计及验算

本建筑有三层地下室，基坑开挖至坑底时，临空面的高度最大，基坑处于最危险的状态，应进行整个基坑及既有边坡的的整体稳定性验算以及变形计算，满足临时支护结构计算要求，基坑岩土参数取天然重度及天然抗剪强度指标，剖面计算结果见表1，设计剖面图见图2，坑顶变形计算结果（略），稳定性系数>1.3，基坑坑顶变形＜30mm，满足要求[1，4]。

表1 基坑与边坡计算结果

图2 设计剖面图

4.2 既有边坡加固设计及验算

由于既有边坡在基坑开挖前是稳定的，坡顶基本未产生变形，而基坑开挖是导致既有边坡产生变形的主要原因，故当基坑开挖至坑底时，既有边坡变形达到最危险值，所以应按永久性边坡的要求对此时的变形进行计算。另外由于既有边坡是永久性边坡，其稳定性受多种因素影响，本次既有边坡稳定性计算除考虑基坑开挖影响外，仍考虑基坑回填后受降雨等不利因素影响的情况，计算结果取两种情况的最小值。

5 基坑与边坡监测

根据实际需要，本侧基坑共设置3个桩身变形监测点ZB1-ZB3、6个桩顶（基坑）水平、垂直位移监测点ZW1～ZW6、2个锚索拉力监测点ML1～ML2、7个坡顶（既有边坡）水平、垂直位移监测点PW1～PW6、8个建筑物沉降监测点JC1～JC8。监测点布置详见图3。

图3 基坑监测平面布置图

选取部分有代表性的时程曲线图来反映对既有边坡加固后基坑开挖阶段既有边坡坡顶的变形情况，监测数据分析结果如下：

5.1 坡顶水平位移监测分析

根据选取的坡顶水平位移曲线可以看出（见图4），坡顶水平位移最大点发生于靠近8层建筑物的测点PW2，最大水平位移为12.50mm，没有超过报警值20mm。从坡顶水平位移的变化趋势来看，在2015年1月20日至2015年2月13日小断面开挖锚索施工时，坡顶水平位移处于缓慢增加的状态，在2015年3月4日至2015年5月21日全断面开挖时，坡顶水平位移处于加速增加的状态，2015年5月21日基坑挖至坑底后，坡顶水平位移基本趋于稳定。说明基坑开挖的卸荷作用对坡顶土体产生一定程度的扰动，影响了既有边坡桩板式挡墙的支档作用，使坡顶产生了变形；另一方面锚索与支护桩组成的桩锚体系对坑顶土体起到了良好的约束作用，而锚索施工时的小断面开挖减小了对坑顶土体的扰动，这一系列措施保证了坡顶位移在合理范围内。

图4 坡顶水平位移时程曲线图

5.2 坡顶建筑物沉降监测分析

根据选取的建筑物沉降时程曲线可以看出（见图5），建筑物沉降最大点发生于距边坡最近的建筑物的测点JC2，建筑物最大沉降量为2.15mm，没有超过报警值10mm。从建筑物沉降的变化趋势来看，在2015年1月20日至2015年2月13日小断面开挖锚索施工时，建筑物有沉降的趋势，但沉降量较小；在2015年3月4日至2015年5月21日全断面开挖时，坡顶建筑物沉降处于增加的状态，2015年5月21日基坑挖至坑底后，坡顶水平位移基本趋于稳定。说明大段面基坑开挖时既有边坡坡内产生一定程度的变形，影响了建筑基础周围应力场，使建筑物产生沉降；而对既有边坡的加固对边坡变形起到了良好的约束作用，建筑物前的微型桩也起到了良好的隔断及加固作用，保证了建筑的安全。