基于理正深基坑软件的基坑边坡稳定性分析

2022-05-12李军吴杰中交四航局第六工程有限公司

珠江水运 2022年7期

◎ 李军吴杰中交四航局第六工程有限公司

1.前言

基坑工程不仅工程周期长、会受到自然条件的和气候等的极大影响，而且技术要求高、具备极高的复杂性，因此潜在的危险程度也高，各类事故容易发生。袁振华等人对2000年后的59起基坑事故进行统计分析，发现与地下水、地质情况不良等有关因素极易发生基坑坍塌事故。

为避免基坑工程事故的发生，必须对基坑工程进行科学的分析，，本文拟使用理正深基坑软件对某基坑工程的支护结构进行稳定性分析，分析基坑边坡稳定性与土层含水率的关系，并模拟土层不同重度（不同土层含水率）条件下的基坑边坡稳定性情况，最后通过对比现场监测数据，分析基坑工程最不利工况下不同土层重度对基坑稳定性的影响，为基坑工程提供科学可行的预防措施。

2.基坑工程工程概况

该研究中所涉及到的实践工程，具体工况如下：中交四航局珠海科创中心项目地下室工程为两层，基坑开挖深度约8.45～8.95m，采用PRC管桩+预应力锚索的支护型式，设置2道预应力锚索，第一道采用3+1束φ15.2钢绞线可拆芯预应力锚索，第二道采用4+1束φ15.2钢绞线可拆芯预应力锚索。基坑外侧设置一排水泥搅拌桩作为坑外止水帷幕。

基坑开挖深度范围内揭露土层为：①人工填土层：主要由花岗岩风化土及少量粉细砂组成，层厚1.30～4.90m，平均厚度2.28m；②粉质黏土层：主要颗粒成分为石英和长石，层厚0.75～3.70m，平均厚度1.89m。③砾砂层：主要颗粒成分为石英和长石，层厚1.20～7.10m，平均厚度4.82m。④砾质粘性土层：为花岗岩残积而成，层厚4.70～17.15m，平均厚度9.69m。

考虑到地下水对基坑稳定性的影响，施工前期对地下水位进行了勘探，勘探期间地下水初见水位埋深3.10～5.30m，稳定水位埋深3.70～6.10m，平均5.19m。

3.实例工程数值模拟

3.1 基坑支护结构形式

本次计算采用某基坑支护典型横断面图进行计算，围护结构剖面图见图1。

图1 基坑支护典型横断面图

3.2 计算基本要素

表1显示为基本信息；表2显示区域内地质信息；表3显示相关的地质参数；表4显示支锚信息；表5显示工况信息。

表1 计算基本信息表

表2 区域内地质信息表

表3 区域内地质参数表

表4 锚索信息表

表5 工况信息表

3.3 计算结果

根据软件模拟计算分析工况5状况下基坑排桩支护结构的水平位移量最大，结果见图2、图3、图4及图5。

图2 饱和土层工况5边坡稳定分析图

图3 天然土层工况5边坡稳定分析图

图4 干重土层工况5边坡稳定分析图

图5 实际监测工况5边坡稳定分析图

现场实际监测结果在深6m处发生最大水平位移10.57mm，而理正深基坑软件模拟计算结果均在深约8 m 处发生最大水平位移，其饱和土层、天然土层、干重土层偏移量分别为13.34mm、13.25mm、12.05mm。尽管最大水平位移的差异性十分明显，但不会造成很大的影响。基坑围护结构位移能够保持大体相同变化趋势，让基坑变形规律得以基本体现。足以体现选择的合理性，包括模型的选择、计算方式和参数的选择等。针对设计规定的最大水平的围护结构位移≤0.25%H（基坑深度设定为H），计算结果完全能够满足，而且完全符合≤30mm的标准。计算结果表明，土层含水量越大，基坑支护结构的水平位移偏移量越大，基坑边坡稳定性越差。另外土层含水量增加可能会导致土体被掏空，基坑支护体系失稳等情况，基坑坍塌的风险程度显著增加。

4.预防预控基坑边坡失稳的手段

可以充分利用截、防、降的联合手段，最大限度减轻边坡稳定性受水的影响程度。即a:基坑边坡坡顶采取硬化并开挖截水沟，坑内设置明沟排水沟，防止雨水或其他作业排水通过渗漏进入土层，导致土层含水率增加。b:沿基坑周围施工止水帷幕，防止开挖过程中因渗漏导致基坑土体被局部掏空，加大基坑坍塌风险。c:沿基坑底边、角布置降水井抽水降低水位，减少土层含水率。

由于施工过程中受周边环境、当地气候影响及工程降排水体系质量的影响，往往会导致基坑支护体系失稳，进而增加基坑坍塌风险。某深基坑事故由于在建工地的基坑支护产生变形，加上水管长期渗漏，基坑周边土体被掏空，局部土体泡软，导致水管爆裂，引发基坑锚索结构失效，最终引发坍塌事故。为确保基坑边坡的稳定，工程施工过程中建议落实以下内容:

①施工前必须认真调查相关情况，包括地下管网、附近道路和拟建构筑物等，建设方需将调查情况对施工方进行详细交底，施工方在施工前应注意周边管线情况，避免挖断水管导致土层含水量增加，基坑边坡坍塌风险性显著增加。

②基坑的监测工作要贯穿在基坑开挖至基坑回填阶段，监测的内容包括支护结构和附近环境等。通过有效的监测及时预报基坑支护情况，然后有效分析监测数据，以此确保基坑整体的施工安全，也为之后的施工奠定良好的基础。

③基坑开挖过程中，应严格控制水位。为保证基坑安全施工运行，预防和管控手段是至关重要的。针对地表水的处理，通常是采用两米范围的硬化处理，具体的位置在坡顶处，将泄水孔设置在破壁上，而且为了更好疏导雨水，可在坡脚和坡顶砌筑排水沟，可以有效避免或预防雨水对坑底土层的长期浸泡，稳定土体结构；针对承压水的处理，可以充分利用降水措施，以促进地下水位的合理降低，大大减轻了承压水头顶托基坑底板的力度，有效避免了突涌现象的发生。