岩土施工中基坑边坡失稳及加固处理技术研究

摘 要：本研究深入探讨岩土施工中基坑边坡失稳及加固处理技术，分析了基坑边坡失稳的主要类型、影响因素和力学机制，详细介绍了土钉墙、锚杆支护和深层搅拌桩等常用加固处理技术，并探讨了复合土钉墙和预应力管桩支护等新型技术，阐述了加固技术的选择原则和应用方法，通过数值模拟、现场监测和典型案例分析评估加固效果。展望智能监测、新材料应用和绿色环保等创新技术，为未来研究方向提供参考，旨在提高基坑工程的安全性、效率和可持续性。

关键词：基坑边坡；失稳机理；加固技术；效果评估；创新应用

引言

随着城市化进程加速和地下空间深度开发，基坑工程规模不断扩大，深度持续增加，给岩土工程带来巨大挑战。在此背景下，研究基坑边坡失稳机理和加固处理技术，对确保工程安全、提高施工效率和降低成本具有重要意义。本文将系统探讨这一领域的关键问题和创新方向。

一、基坑边坡失稳机理分析

（一）基坑边坡失稳的主要类型

基坑边坡失稳类型多样，其复杂性源于地质条件、施工方法和环境因素的交互作用。滑动型失稳最为常见，包括圆弧滑动、平面滑动和复合滑动。圆弧滑动多发生于均质土体中，滑动面呈弧形；平面滑动常见于分层地质，沿软弱夹层发展；复合滑动则兼具两者特征。倾倒型失稳常见于岩质边坡或桩板支护结构中，表现为整体或局部的倾覆。渗流型失稳由地下水运动引发，包括管涌、流砂和底鼓等[1]。开裂型失稳多发生于黏性土中，受干湿循环影响。混合型失稳则综合了多种失稳机制。此外，还存在突涌型和膨胀型失稳。深入理解这些类型的形成机理和演化过程，对制定针对性的防治措施至关重要，需要综合考虑地质特征、水文条件和施工工艺等因素。

（二）影响基坑边坡稳定性的关键因素

岩土体的物理力学性质、层理结构和断裂分布直接决定了边坡的内在稳定性。地下水动态尤为关键，其渗流作用不仅改变土体强度，还可能引发水力劈裂。施工因素中，开挖方式、支护结构选型和施工顺序对边坡稳定性有显著影响。尤其是分层开挖和预应力锚索的应用，能有效控制变形。荷载条件包括静态荷载和动态荷载，如周边建筑物、交通振动等，都可能诱发失稳。此外，时间效应不容忽视，长期蠕变变形累积可导致渐进性破坏。环境因素如冻融循环、化学侵蚀也会影响边坡稳定性。综合考虑这些因素的耦合作用，才能准确评估边坡稳定性并制定合理的加固方案。

（三）基坑边坡失稳的力学机制

基坑边坡失稳的力学机制涉及复杂的应力—应变关系演化。开挖过程中，应力重分布导致卸荷区域应力路径发生显著变化，可能触发局部塑性区的扩展。在临界状态理论框架下，土体强度与应力状态和变形历史密切相关。边坡失稳往往始于微观裂隙的萌生和扩展，通过应力集中效应逐步形成宏观破坏面。非饱和土力学理论揭示了基质吸力对土体强度的贡献，解释了降雨入渗引发的强度衰减机制[2]。流变理论阐明了长期荷载下土体强度的时效性退化过程。考虑土—水—气多相介质相互作用，边坡失稳可被视为一个非线性、非平衡的动态演化过程。利用断裂力学和损伤力学理论，可更精确地描述裂隙扩展和材料劣化对失稳的贡献。此外，热—水—力—化多场耦合效应在某些特殊地质条件下也不容忽视。

二、基坑边坡加固处理技术分析

（一）常用加固处理技术概述

常用技术包括土钉墙、锚杆支护和深层搅拌桩等。土钉墙技术通过在土体中安装带托板的钢筋，利用土钉与土体的相互作用提高边坡整体稳定性。该技术适用于土质边坡，具有变形协调性好、施工灵活的特点。锚杆支护则在土体或岩体中安装预应力钢筋或钢绞线，通过锚固力控制边坡变形。锚杆支护可有效提高边坡抗滑能力，尤其适合岩质边坡。深层搅拌桩技术采用专用设备将固化材料与原位土体混合，形成高强度的复合地基，从而增强边坡整体稳定性。该技术适用于软土地基，可大幅提高土体强度和刚度。三种技术各有特点，应根据工程实际条件合理选用。综合应用多种技术，可发挥组合效应，实现更优的加固效果。

（二）新型加固处理技术探讨

为突破瓶颈，研究人员开发了一系列新型加固技术。复合土钉墙技术在传统土钉墙基础上，采用预应力锚索或玻璃纤维筋作为拉筋，大幅提高了土钉受拉性能，扩大了土钉墙的适用范围。预应力管桩支护技术则创新性地将预应力引入基坑支护体系，通过施加预应力补偿桩基周围土体的应力损失，主动约束边坡变形[3]。相比传统钢管桩，预应力管桩刚度更大，变形控制效果更佳。此外，喷锚网格梁技术、地下连续墙锚杆技术、 SMW工法等一系列新技术也为基坑工程提供了新思路。新技术的问世丰富了基坑加固处理手段，但同时也对设计和施工提出了更高要求，需要在大量工程实践中不断优化完善。

（三）加固处理技术的选择原则与应用

基坑边坡加固处理技术的选择应遵循因地制宜、经济合理的原则，全面考虑工程地质条件、基坑开挖深度、周边环境、施工工期等因素。对于土质地层、开挖深度较浅的基坑，宜优先采用土钉墙等挠性支护；对于岩质地层、开挖深度较大的基坑，可采用锚杆或预应力管桩等刚性支护。针对饱和软黏土等特殊地层，深层搅拌桩技术具有独特优势。对于复杂环境下的深基坑，还需考虑采用新型加固技术。深基坑的支护体系往往由多道支护结构组成，应综合考虑不同加固技术在空间、时间上的匹配性，优化施工顺序，最大限度发挥体系效应。加固设计还应满足抗震、耐久性要求。施工过程中，应严格质量控制，加强监测量测，及时优化调整支护参数。

三、基坑边坡加固效果评估

（一）评估方法概述

基坑边坡加固效果评估是一项复杂的系统工程，需要综合运用多学科知识和技术手段。评估方法主要包括理论分析、数值模拟、现场监测等。理论分析基于岩土力学原理，结合加固机理，定性判断加固效果。数值模拟通过有限元、离散元等数值方法，定量预测加固前后应力应变场的变化，为方案优化提供依据。现场监测则采用多种传感器实时采集边坡变形、应力、孔隙水压力等参数，直观反映加固效果。合理选择评估方法，科学设计评估方案，客观解读评估结果，是准确评判加固效果的关键。评估过程应贯穿加固全周期，形成事前预测、事中控制、事后评价的完整闭环。

（二）数值模拟分析

数值模拟是评估基坑边坡加固效果的重要手段。通过建立符合工程实际的边坡-支护数值模型，可系统分析土体、支护结构、加固体之间的相互作用，揭示加固机理。数值模拟需要科学选择本构模型，准确描述土体和加固材料的力学行为；合理设置初始条件和边界条件，真实再现原位应力状态；严谨定义加筋-土体界面特性，模拟加固机制。在模拟过程中，应开展灵敏度分析，识别影响加固效果的关键参数[4]。模拟结果应与理论分析、现场监测数据对比验证，确保可靠性。数值模拟可优化加固设计参数，指导施工控制，预测长期性能。但模拟结果易受参数选取和边界条件影响，在应用时需审慎判断。

（三）现场监测与反馈分析

现场监测是评估基坑边坡加固效果的直接手段。监测项目一般包括地表沉降、深层位移、支护结构内力、土体分层沉降等。监测断面应布设在有代表性的关键部位，监测频率应根据施工进度和监测数据变化情况动态调整。获取的监测数据应及时处理分析，综合判断加固体的工作状态及边坡稳定性趋势。当监测数据出现异常或超出预警值时，须及时采取应急措施，确保工程安全。监测数据的反馈分析对优化加固设计、指导施工控制至关重要。需结合地质条件变化、施工扰动等因素，客观分析数据变化原因，评判加固效果，预测发展趋势。现场监测贯穿设计、施工、运营全过程，是动态评估加固效果的可靠依据。

（四）典型工程案例分析

某深基坑工程场地为饱和软土，采用土钉墙结合内支撑体系加固。基坑开挖深度18m，通过三维数值模拟分析，优化确定了土钉长度、间距、倾角等参数。在基坑四周布设了 30个监测断面，采用自动化监测系统实时监测各项数据。监测数据显示，基坑开挖过程中，土钉轴力随深度增加呈非线性分布，与模拟结果吻合良好。土钉应力水平约为抗拔极限承载力的35%，安全储备充足。基坑侧壁水平位移控制在18mm以内，满足规范要求。通过融合数值模拟和现场监测手段，客观评估了土钉墙加固体系的工作性能，确保了工程安全。该项目为特殊地层条件下土钉墙加固设计和效果评估提供了宝贵经验。

四、创新型加固处理技术与未来展望

（一）智能监测与预警技术

传统人工监测方式效率低、可靠性差，难以满足日益复杂的工程需求。物联网、大数据等新一代信息技术的发展，为实现基坑边坡智能监测提供了新途径。集成多源异构传感器、自组织协同通信、边云协同计算等技术，构建全天候、全方位、全周期的实时监测系统，可大幅提升监测数据的准确性、及时性和完整性[5]。深度学习、数据挖掘等人工智能技术则赋予海量监测数据以新的价值，通过智能分析监测数据，及早发现边坡失稳征兆，构建多层级预警模型，为风险评估和应急决策提供科学依据。未来，智能监测与预警技术将成为保障基坑边坡安全的利器。

（二）新材料在加固中的应用

传统钢材、水泥已难以满足日益苛刻的性能要求，亟需开发高强、耐久、环保的新型加固材料。形状记忆合金因其超弹性、自复位特性，在主动补偿边坡变形方面展现出独特优势。工程纤维复合材料密度低、强度高、耐腐蚀性好，可显著提升加固结构的受力性能。智能混凝土通过掺入纳米材料、自愈合添加剂等，实现力学性能和耐久性的跨越提升。新型胶凝材料无需外加热源即可快速固化，大幅缩短施工工期。隧道衬砌、加固锚杆等领域已出现新材料的创新应用。深入研究新材料的力学性质、工作机理、设计方法，加快成果转化步伐，将为基坑边坡加固注入新的活力。

（三）绿色环保加固技术发展

传统加固施工易造成环境污染、能源浪费、生态破坏等问题，急需开发节能减排、循环利用的绿色加固技术。非开挖加固技术通过旋喷、高压旋喷、冻结等方式，实现低扰动、少污染施工。植被加固技术利用植物根系的加筋效应，提高边坡稳定性，且具有景观美化功能。微生物固化技术通过调控微生物活性，诱导碳酸钙、铁锰氧化物沉淀，提高土体性能，施工过程污染小、成本低。开发可回收、低碳环保的新型支护结构和锚固体系，推广清洁能源应用，减少现场湿作业，是践行绿色施工理念的有效途径。绿色环保已成为评判基坑边坡加固技术先进性的重要维度。

（四）未来研究方向

基坑边坡加固处理技术仍存在诸多亟待突破的科学难题，拓展基础理论研究，创新工程应用技术，是未来的重点方向。土-结构相互作用机制的探索有助于揭示加固机理，发展非线性耦合理论。多尺度分析方法可建立宏细观力学性质间的联系，优化材料设计。智能优化算法、高性能计算技术将极大提升加固方案的设计水平。BIM、物联网、AI等新技术与传统加固施工的深度融合，将开创数字化加固新模式。开发原位试验、健康诊断等新方法，推进基于性能的设计理念，是提升加固质量的必由之路。力学、材料、信息、生态等多学科交叉融合，揭示复杂地质环境下的边坡失稳机理，创新智能绿色的加固新技术，将是未来基坑边坡加固领域的主攻方向。

结语

本研究全面探讨了基坑边坡失稳及加固处理技术，从理论分析到实践应用，为工程实施提供了有力支撑。未来，基坑工程将朝着更加智能、环保和高效的方向发展。建议加强智能监测与预警系统研发，深入探索新材料在加固中的应用，推进绿色环保加固技术创新。同时，应注重理论与实践结合，完善加固效果评估体系，提高数值模拟精度和现场监测可靠性。通过持续创新和技术突破，为岩土工程的可持续发展做出贡献。

参考文献：

[1]刘红健.岩土工程施工中基坑边坡失稳及加固处理技术研究[J].工程建设与设计，2024（01）：67-69.

[2]何难.岩土工程施工中基坑边坡失稳及加固处理技术研究[J].世界有色金属，2023（19）：220-222.

[3]周银之.岩土工程施工中基坑边坡失稳问题及加固处理技术[J].西部资源，2022（06）：31-33.

[4]王克.岩土工程施工中基坑边坡失稳及加固处理技术[J].砖瓦，2022（07）：155-157.

[5]谭高.岩土工程施工中基坑边坡失稳及加固处理技术分析[J].有色金属设计，2022，49（02）：52-54，58.