工程勘察中基坑边坡稳定性研究方法探讨

李文杰

（云南省有色地质局三一〇队，云南 大理 671000）

1 工程概况

图1 工程勘察概况图

拟建项目位于云南省昆明市泛亚科技新区，场地北侧为云冶铁路专用线，建筑红线距铁路坡脚距离约20m，西侧紧邻军区农场和规划道路，南侧为规划道路，东侧为已建成的昆武高速公路，距离约20m。基坑占地面积为23000m2，周边线总长约650m，场地±0.00=1907.7m，地下室负一层高度为3.9m，夹层高度为3m，筏板厚度0.7m，地下室底面标高为1900.1m，地下室设计总高度为7.6m。根据基坑边界，现状地面标高与开挖底面标高对比，基坑坑壁开挖深度6.27m～8.2m。地下室施工时拟开挖形成占地面积≥23052.09m2、侧壁高度6.27m～8.2m的基坑。基坑周边除北侧存在已有云冶铁路专用线外，其余东、南、西侧外围均为待建空地，场地北侧基坑支护结构失效、土体过大变形对基坑周边环境或主体结构施工安全的影响很严重，支护结构的安全等级为一级，其结构重要性系数不应小于1.10；东、南、西侧基坑支护结构失效、土体过大变形对基坑周边环境或主体结构施工安全的影响严重，支护结构的安全等级为二级，其结构重要性系数不应小于1.00。

2 基坑稳定性分析、评价

根据基坑边线现状地面标高与开挖底面标高对比，基坑开挖深度6.27m～8.2m。为对基坑开挖边坡进行稳定性分析，分别在基坑边界线不同位置绘制A-A′、B-B′、C-C′、D-D′四条与基坑边线相垂直的代表性实测剖面对拟开挖边坡稳定性进行定量评价。

图2 拟建基坑边线土层里面图

A-A′剖面位于⑤栋建筑北侧，为基坑北部边界典型剖面，基坑北边界长约92m，剖面方向南→北。基坑底面设计标高为1900.1m，基坑边坡坡顶标高为1906.53m～1907.38m，开挖高度HA=6.43m～7.28m，坡体土层为①层杂填土、③2、③粘土。

B-B′剖面位于⑥、⑦栋建筑之间，为基坑西南侧边界典型剖面，基坑东南侧边界长约108m，剖面方向东→西。基坑底面设计标高为1900.1m,基坑边坡坡顶标高为1906.71m～1907.49m，开挖高度HB=6.61m～7.39m，坡体土层为①层杂填土、②、③2粘土及③1泥炭质土。

C-C′剖面位于①栋与②栋建筑之间，为基坑南部边界典型剖面，基坑南部边界长约160m，剖面方向北→南。基坑底面设计标高为1900.1m，基坑边坡坡顶标高为1906.37m～1907.95m，开挖高度HC=6.27m～7.85m，坡体土层为①层杂填土、②、③2粘土及②1圆砾。

D-D′剖面位于④栋建筑东侧，为基坑东部边界典型剖面，基坑东部边界长约158m，剖面方向西→东。基坑底面设计标高为1900.1m，基坑边坡坡顶标高为1906.50m～1906.83m，开挖高度HD=6.40m～6.73m，坡体土层为①层杂填土、②、③2粘土。

据表1开挖边坡稳定性计算结果，A、B、C、D代表剖面开挖边坡高度6.4m～7.71m，根据地层情况采用圆弧滑动型式进行计算，“理正软件”采用自动搜索最危险滑动面，滑动面剪出口一般位于坡脚或地层强度相对较差层位层底。采用三轴剪切、直剪实验不同的C、φ值进行计算，垂直开挖至坑底，采用三轴剪切试验指标计算的边坡稳定系数Fs=0.68～0.83，直剪试验指标计算的Fs=0.85～0.99；按45°放坡开挖，无支护条件下，采用三轴剪切试验指标计算的边坡稳定系数Ks=0.87～0.98，直剪试验指标计算的Fs=0.99～1.11。在不考虑地面堆载、地震力和地下水、北侧过往铁路动载影响等条件下，即使除按45°放坡开挖，采用直接剪切试验指标的Fs值仅为0.99～1.11，难以满足一、二级基坑稳定安全系数要求。

表1 基坑拟开挖边坡稳定性计算结果表

3 基坑开挖与支护方案的选择

结合场地周边环境、水文地质与工程地质条件等因素，拟建基坑开挖体积、开挖深度大。基坑开挖范围内主要揭露①、②、②1、③、③1、③2层，坑壁揭露土层工程特性较差～一般，土体抗剪强度较低，场地内地下水位较高。据上述稳定性计算分析，在无支挡的情况下，基坑四周壁开挖边坡处于不稳定～极限平衡状态。结合昆明地区施工经验，坑壁土体极易产生滑移而影响基坑周边建（构）筑物安全和地下室施工，开挖过程中也易出现涌水、基底隆起等工程问题，而处理这些问题或事故耗时、耗力、难度大，故施工时做好基坑坑壁进行支护工程，避免其失稳对周边建（构）筑物造成危害。

基坑北侧为云冶铁路专用线，边线距铁路坡脚距离约30m，因距离云冶铁路相对较近，基坑受铁路动荷载影响较大，建议对基坑北段进行直立开挖，采用刚性排桩支护结构，变形不易控制时，在基坑中上部设置1～2排可回收式预应力土层灌浆锚索，支护桩建议选用挤土效应不明显的长螺旋钻孔灌注桩，以④层粘土为桩端持力层，预计桩长15m～20m。

基坑西侧紧邻规划道路和军区农场，基坑边线距规划道路红线距离约5m，南侧为规划道路及拟建地块，基坑边线距规划道路红线约5m；东侧为已建成的架空昆武高速公路，基坑边线距高架桥墩距离约64m。基坑东、南、西、北西侧的规划道路、拟建地块均未施工，现状为待建空地，施工条件较好，具备一定的放坡条件，但因基坑开挖深度较大，坑壁土体强度相对较低，全部采用常用的放坡+土钉墙支护结构极易产生过量的水平和垂直位移，且开挖放坡后再进行回填，处理费用高、后期地面变形量亦不易控制，故基坑坑壁建议首选技术相对成熟可靠、工期较短的上部2m～3m按1:1高宽比放坡+土钉墙喷锚、下部刚性排桩的综合支护结构，支护桩为长螺旋钻孔灌注桩，以③、④层为桩端持力层，预计桩长10m～15m。

4 结语

此次基坑边坡稳定性分析采用“理正软件”自动搜索最危险滑动面进行分析计算，取得较好效果。回顾边坡稳定性计算方法，瑞典法的计算结果稍大于Janbu法，简化Bishop法、Spencer法和Morgenstern-Price法计算所得边坡安全系数非常接近，且前两者的结果要小于后三者的结果，边坡安全系数随高度的增加近似呈指数形式的衰减。

当前建筑行业在不断发展，建筑物的数量和质量都在原有基础之上获得了显著的提升，传统的施工模式已经难以充分满足现代化建筑领域发展的需求，科学合理的运用深基坑施工技术，明确岩土工程勘察的重点难点，能够更好的发挥现代化施工技术的应用价值，另一方面也能够为后续施工工作的推进奠定更加有力的基础。