邻近基坑对某边坡稳定性影响机制及对策研究

2021-03-19谷秋成郑争锋

水利与建筑工程学报 2021年1期

谷秋成，郑争锋

(1.中国华电香港有限公司，北京 100035； 2.中南电力设计院有限公司，湖北武汉 430071)

随着国家经济的增长和国际分工的精细化，国家经济活动逐渐迈出国门，援外项目逐渐增多，面临陌生区域、没有地区经验或有限认知条件下进行工程建设并要保证施工质量和安全的挑战。因此，一定工程地质条件下的行业标准执行和国内经验就显得更加重要，预研预判工作的重要性也更加突出。

工程建设只要有开挖、填筑工作必然会形成人工边坡，边坡安全问题必然对附近场地和工程建设造成影响[1-4]。当前对于边坡和基坑的相互影响，多数为先上部边坡整形并加固，再下部基坑施工，一般认为基坑施工至正负零则其影响相对忽略[5-11]；也有特殊条件下，先进行明挖或者暗挖基坑施工，但一般是在强支护下的先期行动，后进行边坡整形，这种情况一般是不允许的，造成的加固费用和风险等级不成比例[12-13]。不论边坡还是基坑都是人类工程活动造成的临时或者永久边坡问题，需要保障不同时间段下边坡的稳定性，则选择的加固措施要求也不一样[14-20]。

本文以印尼某火电厂问题边坡为研究对象，探讨边坡变形失稳机理，总结问题产生的原因，提出综合安全控制经验和技术，为厂区其他地段边坡安全控制提供有效经验，也为类似工程提供借鉴。

1 工程概况及问题的产生

1.1 工程概况

该火电厂位于印度尼西亚南苏门答腊省穆印县Tanjung Agung镇境内(见图1)。地貌类型为剥蚀丘陵、沟谷、斜坡地，林地，地面高程85.26 m～116.26 m。

场地整平过程中在厂区北侧、西侧、东北侧、南侧、东南侧和东侧形成总长1 602 m的挖方边坡，最大坡高23 m；西北侧、东北侧和西南侧形成总长1 717 m的填方边坡，最大坡高约22 m。本次研究区域主要为正北方凹形区域，主要地层见图2。

图1 火电厂及问题区段概貌

图2 工程边坡开挖揭露地层

开挖揭露的地层自上而下依次为黄褐色全新统残坡积黏土、灰色更新统残坡积黏土、深灰色全风化泥岩、黑色煤层、深灰色强风化泥岩。上部土层和全风化泥岩具有弱—中等膨胀性，全风化泥岩和煤层为易扰动软弱层。

勘察报告提供的各地层岩土体物理力学性质指标建议值，统计列于表1。

建筑场地类别为II类，抗震设防烈度为8度，峰值加速度0.286g，反应谱特征周期0.40 s。

地下水主要为上层滞水及基岩裂隙水，大气降水补给，蒸发和渗流排泄。地下水对混凝土结构具有弱腐蚀性，对钢筋具有微腐蚀性。

表1 A2-A4区边坡各地层计算参数统计表

1.2 问题的产生

该区挖方边坡采用锚杆框格梁+盲沟+坡面绿化+仰斜式排水孔综合处治方案，在尚未进行处治工程施作时，A3区域碎煤机室基坑开挖至9.5 m时，发生基坑滑塌，变形进一步扩大至后部坡体形成滑坡，滑坡主轴长约100 m，后缘裂缝位于征地红线附近，前缘宽约200 m，滑坡体积约12万m3，属于中型滑坡，现场图见图3。

图3 A2-A4边坡变形破坏现状图

初步分析，存在未严格执行先边坡后基坑的原则，边坡是挖一级加固一级，再开挖下一级，严禁全断面开挖再加固；破坏主要是坡脚基坑开挖切穿软弱层造成的基坑边坡失稳，继续沿软弱层滑动造成的上部边坡土层牵引破坏。

2 破坏模式和稳定性影响机制探讨

2.1 破坏模式综合分析

2.1.1 地层空间结构控制的破坏及影响

从图2和图3的地层结构可知，上部土层和下部全风化泥岩颜色分界明显，全风化泥岩属于易扰动软弱地层。

土岩界面容易造成集水条件，关键层的扰动和软化多数由于现场坡脚水没有及时疏排造成，溢出点的盲沟集排很重要。全风化泥岩和下部煤层切穿造成的基坑边坡破坏原因有两个，即基坑没有采取合理的加固措施，没有认识到该类地层空间结构的重要性和工程危害，见图4。

图4 A2-A4边坡变形破坏的地层解释

2.1.2 不合理施工造成的破坏和影响

了解施工组织的基础上，利用Phase2D软件，建立考虑现状地形、桩基激活、一级坡开挖、一级坡加固、二级坡开挖、二级坡加固、三级坡开挖、三级坡加固、预应力锚索激活、基坑开挖等10个动态工况的数值模拟，模型两侧法向约束、底部全约束，计算采用弹塑性本构，计算参数见表1，限于篇幅仅展示剪应变增量揭示的破坏模式，见图5。

由图可知，A2区，坡面采取锚杆格构加固+坡脚桩锚加固下，煤层和全风化泥岩及上部土层内的组合变形没有发展贯通趋势，边坡整体安全。A3-2区，坡面采取锚杆格构加固+坡脚桩锚加固下，存在沿二级坡脚+煤层+全风化泥岩+上部土层内越顶组合滑移风险；基坑开挖造成基坑侧壁存在坍滑风险。A3-3区，坡面采取锚杆格构加固+坡脚桩锚加固下，煤层和全风化泥岩及上部土层内的组合变形没有发展贯通趋势，边坡整体安全。A4区，坡面采取锚杆格构加固+坡脚桩锚加固下，煤层和全风化泥岩及上部土层内的组合变形没有发展贯通趋势，边坡整体安全。

综上，该区边坡的破坏主要是土岩分界面的局部溢出水造成的坍滑和软弱层切穿造成的牵引破坏。

图5 A2-A4边坡变形破坏的施工解释

2.2 当前措施下坡体稳定状态评价

2.2.1 基于坡面位移的坡体稳定状态评价

根据不同工况坡面监测点水平位移数据，整理成位移-动态工况曲线，见图6。

由图6可知，边坡整形造成的位移增量几乎都在cm级，基坑开挖造成位移急剧增加，所以临近基坑施工造成的影响最大，影响程度为A3-2的m级影响(已经破坏)>A4-4的dm级影响>A3-3的cm级影响>A2-1的cm级影响。影响程度敏感性排序基本和现场变形破坏程度吻合，即A3区>A4区>A2区。

2.2.2 基于抗滑桩内力的坡体稳定状态评价

根据不同工况抗滑桩桩身位移、轴力、剪力、弯矩数据，整理成结构内力-动态工况曲线，见图7。为了方便探讨桩身结构的安全性，计算采用m法，下滑力375 kN/m，圆桩1.2 m直径2.2 m桩间距，滑面最大深度8 m，得到的桩锚弹性设计计算结果见图7(e)、图7(f)。

由计算结果可知，桩身位移均在mm级，剪力最大值小于弹性设计计算结果421 kN，仅A4-4区弯矩最大值1 219 kN·m大于桩锚弹性设计计算结果1 117 kN·m，小于悬臂桩弹性设计计算结果5 213 kN·m，说明该桩能承受这么大弯矩，小变形下结构安全，抗滑桩内力揭示的影响程度排序为A4区>A3-2区>A3-3区>A2区，所以A4区应该注意抗滑桩结构安全，其余区的抗滑桩结构安全。

图6 位移揭示的A2-A4边坡稳定状态

2.3 综合安全控制技术探讨

根据现状坡面调查、位移揭示的坡体稳定状态和抗滑桩结构安全揭示的坡体稳定状态，上述分区的综合稳定状态为A3-2区>A4区>A3-3区>A2区。

边坡安全不是静态的，也不可能通过一个阶段的工作就能全面控制边坡的安全性。通过该区边坡问题产生发展的过程可以看到，要想实现边坡的综合安全控制目标，则需要将安全工作分解到勘察、设计、施工、监测和管理的各环节，通过阶段安全目标实现综合安全控制，即勘察主要通过工程地质条件的掌握和了解，进行场地稳定性评价，揭示不良地质现象和评估关键层的影响，给出地质工程的评判；设计阶段，揭示机理，提出针对性的加固措施，给出设计工程师的评判；施工阶段，需要复核勘察设计的条件，发现问题及时反馈做到真正的动态设计和调整；监测阶段，揭示变形发展趋势，反馈各方，以便调整施工组织。只有在各方的共同努力下，才能实现综合安全控制目标。