广州增城区太平村边坡基坑一体化工程支护分析

范 然, 王建筱, 邵 勇, 田 野, 邓 敏

(湖北省城市地质工程院,湖北 武汉 430074)

广州增城区太平村边坡基坑一体化工程支护分析

范 然, 王建筱, 邵 勇, 田 野, 邓 敏

(湖北省城市地质工程院,湖北 武汉 430074)

以广州增城区太平村边坡基坑支护工程为背景,阐述边坡治理和基坑支护的设计选型思路,给出花岗岩残积土抗剪强度,分析不同条件下花岗岩残积土抗剪强度的取值,介绍支护设计方案,可为类似工程治理提供一定参考。

边坡基坑;花岗岩残积土;支护

1 工程概况

某安置新社区项目位于增城市太平村,依山而建。拟建建筑物有高层建筑区(1层地下室)、低层建筑区。在场地高层区域东侧边坡的坡脚位于地下室边线范围,人工开挖规划道路路基切坡形成永久性高边坡,地下室开挖与道路路基形成临时基坑边坡。此边坡基坑整体开挖为本文研究对象。

2 工程地质条件

2.1 地质概况

场地原地貌属于剥蚀残丘地貌单元。原地形边坡上段为自然边坡,下段为人工边坡,边坡后缘山体标高28～40 m。场地边坡为土质边坡类型。场地内未发现有断裂存在的迹象。地坡度20°～30°不等,局部存在陡坎。因地形起伏变化,不同地段差异较大。开挖后边坡开挖深度不等,形成坡高约1～15 m范围。部分地段为高切边坡,边坡坡高8～15 m,高切边坡长约95 m,边坡走向近南北方向,边坡倾向西南边。基坑临时边坡开挖深度2.05 m。

边坡范围主要地层分布从上至下依次为:

(2) 第四系残积层(Qel)。本层为花岗岩风化残积土,按其状态特征可分为可塑状砂质粘性土和硬塑状砂质粘性土这2个亚层。

2.2 水文地质条件

场地地下水主要为岩层裂隙水。

2.2.1 岩层裂隙水

岩层裂隙水主要赋存于强风化岩层及中风化岩层中。岩层内的裂隙发育程度不均,全风化岩层已风化呈土状,透水性较差,富水性较差;强风化岩大部分已风化为土状,个别呈半岩半土状,富水性弱—中等。

2.2.2 地下水的补给与排泄

岩层裂隙水补给来源亦为大气降水和第四系含水层补给,地下水排泄主要依靠地表蒸发及渗透排泄。

3 基坑边坡设计思路与计算

边坡开挖过程中遵循先上后下的开挖支护原则,由此产生两个支护工况:工况一,边坡开挖至规划道路路基面,为永久性支护,支护高度15.3 m;工况二,从规划道路路基面开挖至坑底,为临时基坑支护,支护高度2.1 m。

3.1 支护形式选择

初步考虑两种支护形式比选:①抗滑桩+锚索垂直支护;②放坡+锚杆支护。垂直支护节约用地空间,减少征地面积,但支护成本高;放坡支护成本低,且景观效果好,但支护所需空间大。综合分析,工况一,边坡开挖选择放坡支护,边坡典型剖面坡高15.3 m,坡面主要为花岗岩残积层,坡底为花岗岩全风化层,边坡分级高度按照8.0 m考虑,放坡坡比1∶1.25。工况二,支护空间不大,只能采用垂直支护,初步考虑钢管桩复合土钉墙或者钻孔灌注桩垂直支护,具体待计算确定。

3.2 边坡岩土力学取值

从勘察报告得出室内及野外试验均证明花岗岩残积土具有较高的抗剪强度,见表1。花岗岩残积土具有遇水易软化,抗剪强度急剧下降的特性,在永久性边坡计算中,考虑到连续暴雨工况,永久性边坡采用表2取值。工况二中,由于开挖周期较短，且基坑土方开挖时间为旱季，因此，抗剪强度指标采用表3取值。

综合考虑永久性边坡暴雨工况,风化花岗岩遇水易软化,强度明显降低,且易受扰动特点,勘察单位给出折减后的工程力学指标,见表2。

表1 各岩土层地基承载力特征值等参数建议值Table 1 The value of bearing capacity of foundation bearing capacity is recommended

表2 花岗岩残积土折减后的抗剪强度指标Table 2 The shear strength index of granite residual soil after reduction

3.3 基坑工程计算

基坑设计以理正深基坑软件为基础,从结构安全等级为一级考虑,岩土力学参数采用表1取值,计算思路为桩顶大放坡(将边坡当做荷载处理),基坑支护采用钢管桩垂直支护,钢管初步选用为Φ114 mm×6 mm钢管,计算模型如图1,计算得到内力分析见表3。

对Φ114 mm×6 mm钢管进行抗弯验算[1],计算如下:

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

式中:σ为基坑外侧最大弯矩处的正应力(MPa);M为基坑最大弯矩设计值(kN·m);Wx为钢材对x轴的净截面模量(m3);f为钢材的抗弯强度设计值(MPa);r为型钢截面塑性发展系数。

根据对基坑整体性进行验算,基坑整体稳定性、抗倾覆、抗隆起、抗滑移均满足规范要求。计算说明,垂直支护采用钢管桩是可行的。

图1 基坑支护计算模型Fig.1 Calculation model of foundation pit support

表3 内力分析表Table 3 Analysis table of internal force

3.4 边坡工程稳定性计算

本工程设计以理正边坡综合治理软件为基础,结构安全等级为二级考虑。软件自动搜索滑面,岩土参数取表2提供取值。计算方法参照 《建筑边坡工程技术规范GB 50330—2013》,采用圆弧滑动法计算安全系数。

坡面在没有支护措施的情况下(图2),整体稳定性系数为1.091,属于不稳定或欠稳定状态。在增加全粘结性锚杆,并考虑坡顶15 kPa的荷载,一般工况下整体稳定系数为1.351>1.35,地震工况下整体稳定系数为1.295>1.15[2]。

图2 工况状态图示Fig.2 Natural state

4 设计方案概述

4.1 永久性边坡工程

本边坡工程场地地形起伏大,地质条件复杂,地下水活动多,根据相关规定确定本边坡工程安全等级为二级。边坡设计在综合考虑工程地质,水文地质,开挖经验,稳定性计算以及当地施工经验最终选定高边坡支护为格构梁+锚杆固定的整体支护方案。

4.1.1 边坡截排水设计

风化花岗岩遇水易软化、崩解,因此,影响边坡安全最大的因素之一是水的问题,春中水的补给来源主要是大气降水。地表水主要是大气降雨产生的坡面回流。边坡截排水设计至关重要。设计方案为:坡顶设置截水沟,平台设置一道截水沟,坡面每隔40 m布置一道纵向急流槽,连接水平沟系,坡底设置排水沟和消能池,将整个边坡水引至场外。

4.1.2 边坡整体加固设计

边坡典型坡面分两级放坡,一级边坡高8.0 m,坡率1∶1.25,平台宽2.0 m;二级边坡高7.3 m,坡率1∶1.25。坡面设置格构梁+全粘结型锚杆,格构梁间距2.5 m×2.5 m,格构梁连接处设置锚杆,锚杆长18.0 m,拉力设计值190 kN。由于边坡大部为花岗岩风化层,遇水易软化崩解,为防止雨水冲刷,坡面网喷营养混凝土,再设置三维网植草绿化,起到边坡生态绿化的目的。

4.2 基坑工程

为了保证边坡坡底在基坑开挖过程中不发生扰动,必须严格控制基坑坡顶的位移。基坑设计采取钢管桩+锚杆组成的微型桩复合土钉墙垂直支护。钢管桩成孔150 mm,内插Φ114 mm×6 mm钢管,设置一排锚杆,垂直开挖面挂钢筋网,钢筋网与锚杆用钢筋连接。本工程高边坡典型断面见图3。

5 治理效果与结论

(1) 在边坡稳定性计算分析中,不考虑加固工程的作用情况下,潜在滑动面的稳定系数是1.091,不能满足规范要求,是相对危险的,需要采取一定的防护加固措施予以治理。结合实际采用的防护加固工程,主要是锚杆。对滑面 进行防护加固后的稳定性计算,结果表明,当采用加固措施后,该滑面的稳定性系数增加至1.351。边坡施工完成后,经过了一个雨季的考验,没有发现边坡明显变形,说明比较稳定。地下室施工过程中,根据检测数据显示边坡和基坑也是稳定的,说明在开挖过程,基坑支护和边坡设计方案也可以保证该高边坡的稳定,从而说明该设计方案是切实有效的。

图3 边坡典型断面图Fig.3 The typical sectional view of the slope

(2) 在花岗岩残积土地层中,基坑和边坡一体化的设计工程中,将基坑和边坡作为整体进行计算,再将永久性边坡单独进行稳定性计算是可行的。

(3) 影响边坡安全最大的因素之一是水的问题,因此,边坡截排水设计至关重要,坡面需植草绿化,防止坡面冲刷,出现局部垮塌。

(4) 从勘察报告得出,室内及野外试验均证明花岗岩残积土具有较高的抗剪强度。花岗岩抗剪强度指标是可以取勘察报告提供的取值,且折减后的花岗岩残积土及全风化层的抗剪强度指标,也具有一定的参考价值。

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部.钢结构设计规范:GB50017—2003[S].北京:中国建筑工业出版社,2006.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑边坡工程技术规范:GB50330—2013[S].北京:中国建筑工业出版社,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,工程师,硕士,地质工程专业,从事基坑、地灾等方面工作。E-mail:455023712@qq.com

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.P.20171110.1309.004.html数字出版日期2017-11-10 13:09

费雯丽)