基坑边坡稳定性分析及防治技术研究

杨阿思 袁冬艳 张太乐 彭大江

摘要：本项目以贵州某工程基坑为研究对象，分析其工程地质条件，在此基础上定性分析基坑边坡稳定性并采用平面滑动法定量计算其稳定性系数，提出防护措施，保证施工作业面更加安全高效。通过对基坑边坡稳定性分析及防护措施研究，提出与之相适应的基坑边坡支护措施建议，采用合适的技术可以事半功倍，节约经济，保證施工过程中的安全，保证人们的生命安全和财产安全。

关键词：边坡;稳定性分析;防治措施;理论分析

中图分类号：TD823          文献标识码：A

1    工程背景

工程建筑的稳定性、安全性越来越受到人们的关注，同时国家对公共设施建设力度大大加强，对道路交通、城镇建设的投资越来越大，对工程建设质量标准更高，对地质条件和地理环境复杂的山区工程建设，住房建设的工程项目质量标准、要求更高，在施工过程中对建筑会产生影响的因素都必须考虑，还要进行及时有效的处理，对于堆填边坡要进行相应的治理，以保证不影响周边建筑物。由于科学技术和经济的迅速发展，工程建设者们对边坡治理工程技术的研究和应用很重视，而且对边坡的治理问题的研究更加深入，根据现有的技术条件，对于建设工程中的复杂边坡治理工程的稳定性、可靠性的分析研究还有很多的不足，很多理论性研究成果没有经过实例来论证，许多的工程实践超前理论研究的范围还大量的存在[1]。所以对于复杂类型的边坡特点的研究还需更加深入，还要结合实例来研究，才能达到理论与实践相结合的原则，为建设工程中的实际边坡的治理提供有效的支护方法。

明挖基坑是一种经济而又简便的施工方法，而开挖成型后的基坑边坡失稳是施工过程中不可忽略的一项安全隐患，采用准确、及时、可靠的边坡稳定分析与定量计算，结合工程实际采取合适的支护措施是保障安全施工环境的前提条件[2]。

本项目以贵州某工程基坑为研究对象，分析其工程地质条件，在此基础上定性分析基坑边坡稳定性并定量计算稳定性系数，提出防护措施，保证施工作业面更加安全高效。通过对基坑边坡稳定性分析及防护措施研究，提出与之相适应的基坑边坡支护措施建议，采用合适的技术可以事半功倍，节约经济，保证施工过程中的安全，保证人们的生命安全和财产安全[3]。

2    工程场地稳定性分析

拟建线路区域地理位置处于某市西侧，该段地貌为构造剥蚀、中低山地、台地、丘陵地貌单元，拟建线路西距断裂最小距离为6 km，东距大青山断裂最小距离为10 km，两处断裂为活动性断裂，目前处于休歇期，近期活动迹象不明显。该项目在这里的路段中，没有看到不适合边坡支护的不良地质作用与地质灾害。场地内及周边未发现明显断裂构造通过，区域稳定性良好，该层土厚度为3.5 m，基岩层为厚砂岩和泥岩，无地下水露头。其中存在的主要问题是其遇水易发生崩解，边坡开挖后局部出现掉块等现象。受地下水活动的严重影响，该段岩质边坡欠稳定。

3    基坑变形分析

基坑开挖改变地层初始的应力状态，是一个机理十分复杂的基坑边坡坡体应力重新划分的过程，随着岩土体荷载的逐渐卸除，将会产生一个土压力的差值并作用在支护结构上，相应的支护结构会产生向基坑内侧的位移变位，进而影响基坑周边范围内的建（构）筑物、市政管网设施的变形。同时，开挖过程使得土中压力减小，土的弹塑性效应使得基坑地面产生垂直向上的弹性位移，使得坑底产生塑性的隆起变形[4-5]。总之，基坑周边岩土体为适应这个应力重分布的过程，将会产生相应的变形。根据实际的基坑工程经验可知，基坑变形的形式主要有以下4个方面。

3.1 基坑支护结构及侧壁的水平变形

基坑支护结构发生变形与诸多因素有很大的联系，包括支护结构的刚度、施工方式等，基坑侧壁及支护结构的水平变形特点，可概括为，当开挖深度较浅未设支撑时，总体呈现倒三角型分布。而一般柔性体系如果设置支撑后，则会表现支护体系向基坑的内部凸起。通过理论分析[6-7]即可发现，如果设置过多的支护结构，其支护结构发生变形会使得整个体系发生变形。

3.2 基坑支护结构的竖向变形

导致支护结构发生竖向变形的因素有多种，在基坑开挖的过程中，岩土中的应力会被释放，这会引起支护结构相应的变位。若支护结构施工成型时，桩底尚有清孔不净留下的沉渣或桩端持力层局部未达到设计值等问题，均可能导致支护结构下沉，给基坑的安全、稳定性带来一定影响。

3.3 底部隆起变形

基坑坑度隆起主要由三种原因引起，一是基坑开挖后，坑底土卸载回弹;二是支护结构的底端对坑内踢脚，从而造成坑底出现隆起;三是饱和软黏土中的基坑当嵌固深度不足时，基坑底部的岩土会向上抬起，出现隆起。而基坑底部隆起量的大小是多方面因素共同作用的结果。目前，尚无理论完善的方法计算基坑坑底的隆起量，通常依据经验公式估算[8]。

地表沉降是指基坑边坡支护结构以外坡顶地面的沉降。引起外侧地面沉降的主要原因有两种，一是支护结构在桩侧主动土压力的作用下会向坑内产生挠曲，岩土体随之朝坑内移动而产生相应沉降;二是在一些软黏土的地区，其支护结构的开挖深度不足，使得基坑内部发生土体隆起现象，坑外随之产生沉降。地表沉降的影响范围还受多种因素的控制，例如基坑开挖深度。

4    引起基坑变形的因素

基坑工程是一个复杂的复合型体系，工程实践表明，导致基坑产生变形的因素有许多种，主要包括（1）基坑的平面布局、开挖深度、周边环境、岩土体的组成;（2）地下水位的高低、渗流场及水压力大小;（3）基坑的施工工艺和开挖方法;（4）降水、支护施工等带来的影响;（5）施工质量及施工不可预见情况。

基坑工程往往带有一定的地域性，以至于影响其变形的因素各有千秋，有些是可以提前预防和准备的，但是有的事故是无法预测的，这就导致基坑工程受到多种不确定因素的影响，在一定程度上增加了施工难度。

5    防治措施

5.1 薄膜覆盖或砂浆覆盖法

对于施工期较短的基坑边坡，可采取在边坡上铺塑料薄膜，在其坡顶及坡脚之间用草袋或编织袋装土压住或用砖压住;或在边坡上抹水泥浆2～2.5 cm厚加以保护。为防止薄膜脱落，在上部及底部均应搭盖不少于80 cm，同时在土中插适当锚筋连接，在坡脚设排水沟[9]。

5.2 挂网或挂网抹面法

对基础施工期短，土质较差的临时性基坑边坡，可垂直坡面楔入直径10～12 mm，长40～60 cm插筋，纵横间距1 m，上铺20号铁丝网，上下用草袋或聚丙烯扁丝编织袋装土或砂压住，或再在铁丝网上抹上2.5～3.5 cm厚的M5水泥砂浆，在坡顶坡脚设排水沟[3]。

5.3 喷射混凝土或混凝土护面法

对邻近建筑物的深基坑边坡，可在坡面垂直楔入直径10～12 mm，长40～50 cm插筋，纵横间距1 m，上铺20号铁丝网，在表面喷射40～60 mm厚的C15细石混凝土直到坡顶和坡脚;亦可不铺铁丝网，而坡面铺Φ4～6 mm@250～300 mm钢筋网片，浇筑50～60 mm厚的细石混凝土，表面抹光[4]。

5.4 土袋或砌石压坡法

对深度在5 m以内的临时基坑边坡，在边坡下部用草袋或聚丙烯扁丝编织袋装土堆砌或砌石压住坡脚。边坡高3 m以内可采用单排顶砌法，5 m以内，水位较高，用二排顶砌或一排一顶构筑法，保持坡脚稳定。在坡顶设挡水土堤或排水沟，防止冲刷坡面，在底部作排水沟，防止冲坏坡脚。

参考文献

[1] 杨天鸿，张锋春，于庆磊，等.露天矿高陡边坡稳定性研究现状及发展趋势[J].岩土力学，2011（5）：1437-1451.

[2] 王百化.塑料薄膜覆盖法在混凝土表面处理中的应用[J]. 建筑工人，2017，38（7）：6.

[3] 薛占亮.用挂网五层抹面法处理机坑渗漏水[J].施工技术（建筑技术通讯），1991（1）：26-27.

[4] 王波.淺谈煤矿井巷喷射混凝土工程的见证取样[J].当代化工研究，2020（8）：13-14.

[5] 姜喆吉.遵义漕河泾科创绿洲蓝湾畔月府项目集中商业基坑边坡岩土工程的边坡稳定性分析评价[J].西部资源，2020（5）：91-93.

[6] 曹裕荣.基坑开挖边坡稳定性分析方法的比较研究[J].江苏建筑，2020（2）：86-88.

[7] 万达.明挖深基坑地铁施工边坡稳定性分析[J].现代交通技术，2020，17（2）：57-60.

[8] 耿贺.非线性随机有限元加速收敛算法下的基坑边坡稳定性分析[J].太原学院学报（自然科学版），2020，38（1）：25-29.

[9] 金伟，费正耀.基坑边坡支护稳定性及有限元基本问题浅析[J].四川水泥，2019（11）：307.