基坑支護(hù)工程與邊坡工程穩(wěn)定性、支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、基坑支護(hù)工程與邊坡工程穩(wěn)定性、支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為建筑基礎(chǔ)開(kāi)挖的臨時(shí)性坑井稱為基坑?；訉儆谂R時(shí)性工程，其作用是提供一個(gè)空間，使基礎(chǔ)的砌筑作業(yè)得以按照設(shè)計(jì)所指定的位置進(jìn)行?；臃€(wěn)定性驗(yàn)算是指分析基坑周圍土體或土體與圍護(hù)體系一起保持穩(wěn)定性的能力。導(dǎo)致基坑失穩(wěn)的原因主要有兩類: 一類是結(jié)構(gòu)物(包括墻體和支撐等)強(qiáng)度、剛度或穩(wěn)定性不足;另一類是地基土抗剪強(qiáng)度不足或土體變形過(guò)大。前一類失穩(wěn)屬于支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力范圍, 后一種主要由土體變形主要引起的失穩(wěn)。1. 根據(jù)圍護(hù)形式不同，基坑的第一類失穩(wěn)形態(tài)主要表現(xiàn)為如下一些模式。（1） 放坡開(kāi)挖基坑 由于設(shè)計(jì)不合理坡度太陡，或雨水、管道滲漏等原因造成邊坡滲水導(dǎo)致土體抗剪強(qiáng)

2、度降低，引起基坑邊土體整體滑坡。（2） 剛性擋土墻基坑 剛性擋土墻是水泥土攪拌樁、旋噴樁等加固土組成的寬度較大的一種重力式基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，其破壞形式有如下幾種：a. 由于墻體的入土深度不足，或由于墻底存在軟弱土層，土體抗剪強(qiáng)度不夠等原因，導(dǎo)致墻體隨附近土體整體滑移破壞。b. 由于基坑外擠土施工如坑外施工擠土樁或者坑外超載作用如基坑邊堆載、重型施工機(jī)械行走等引起墻后土體壓力增加，導(dǎo)致墻體向坑內(nèi)傾覆。c. 當(dāng)坑內(nèi)土體強(qiáng)度較低或坑外超載時(shí)，導(dǎo)致墻底變形過(guò)大或整體剛性移動(dòng)。（3） 內(nèi)支撐基坑 內(nèi)支撐基坑是指通過(guò)在坑內(nèi)架設(shè)混凝土支撐或者鋼支撐來(lái)減小柔性圍護(hù)墻變形的圍護(hù)形式，其主要破壞形式如下：a 因?yàn)榭拥?/p>

3、土體壓縮模量低，坑外超載等原因，致使圍護(hù)墻踢腳產(chǎn)生很大的變形，結(jié)構(gòu)失穩(wěn)和地面塌陷的嚴(yán)重事故，坑底部土體的抗剪強(qiáng)度較低，致使坑底土體隨圍護(hù)墻踢腳向坑內(nèi)移動(dòng)，產(chǎn)生隆起破壞。合理或者坑底超挖，承壓含水層的水頭壓力。不合理或者井點(diǎn)降水失效后，導(dǎo)致水位上升，會(huì)產(chǎn)生坡較陡。b 在含水地層（特別是有砂層、粉砂層或者其他透水性較好的地層），由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的止水設(shè)施失效，致使大量的水夾帶砂粒涌入基坑，嚴(yán)重的水土流失會(huì)造成支護(hù)還可能先在墻后形成空穴而后突然發(fā)生地面塌陷。c 由于基坑底部土體的抗剪強(qiáng)度較低，致使坑底土體隨圍護(hù)墻踢腳向坑內(nèi)移動(dòng)，產(chǎn)生隆起破壞。d 在承壓含水層上覆隔水層中開(kāi)挖基坑時(shí)，由于設(shè)計(jì)不沖破基坑底部

4、土層，發(fā)生坑底突涌破壞。e 在砂層或者粉砂地層中開(kāi)挖基坑時(shí)，降水設(shè)計(jì)生管涌，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致基坑失穩(wěn)。f 在超大基坑，特別是長(zhǎng)條形基坑（如地鐵站、明挖法施工隧道等）內(nèi)分區(qū)放坡挖土，由于放降雨或其他原因?qū)е禄?，沖毀基坑內(nèi)先期施工的支撐及立柱，導(dǎo)致基坑破壞。（4） 拉錨基坑a 由于圍護(hù)墻插入深度不夠，或基坑底部超挖，導(dǎo)致基坑踢腳破壞。b 由于設(shè)計(jì)錨桿太短，錨桿和圍護(hù)墻均在滑裂面以內(nèi)，與土體一起呈整體滑移，致使基坑整體滑移破壞。2. 基坑第二類失穩(wěn)形態(tài)根據(jù)破壞類型主要表現(xiàn)為以下幾種。（1） 圍護(hù)墻破壞此類破壞模式主要是由于設(shè)計(jì)或施工不當(dāng)造成圍護(hù)墻強(qiáng)度不足引起的圍護(hù)墻剪切破壞或折斷，導(dǎo)致基坑整體破壞，例

5、如擋土墻剪切破壞，柔性圍護(hù)墻墻后土壓力較大，而圍護(hù)墻插入較好土層或者少加支撐導(dǎo)致墻體應(yīng)力過(guò)大，使圍護(hù)墻折斷，基坑向坑內(nèi)塌陷。（2） 支撐或者拉錨破壞該類破壞主要是因?yàn)樵O(shè)計(jì)支撐或拉錨強(qiáng)度不足，造成支撐或拉錨破壞，導(dǎo)致基坑失穩(wěn)。（3） 墻后土體變形過(guò)大引起的破壞 該類破壞主要是因?yàn)閲o(hù)墻剛度較小，造成墻后土體產(chǎn)生過(guò)大變形，危及基坑周邊既有構(gòu)筑物，或者使錨桿變位，或產(chǎn)生附加應(yīng)力，危及基坑安全。邊坡是指為保證路基穩(wěn)定，在路基兩側(cè)做成的具有一定坡度的坡面。邊坡巖、土體在一定坡高和坡角條件下的穩(wěn)定程度。按照成因 ，邊坡分為天然斜坡和人工邊坡兩類，后者又分為開(kāi)挖邊坡和堤壩邊坡等。按照物質(zhì)組成，邊坡分為巖體邊

6、坡、土體邊坡,以及巖、土體復(fù)合邊坡3種。按照穩(wěn)定程度，分為穩(wěn)定邊坡、不穩(wěn)定邊坡，以及極限平衡狀態(tài)邊坡。 不穩(wěn)定的天然斜坡和設(shè)計(jì)坡角過(guò)大的人工邊坡，在巖、土體重力,水壓力，振動(dòng)力以及其他外力作用下,常發(fā)生滑動(dòng)或崩塌破壞。大規(guī)模的邊坡巖、土體破壞能引起交通中斷，建筑物倒塌，江河堵塞，水庫(kù)淤填，給人民生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)巨大損失。研究邊坡穩(wěn)定性的目的，在于預(yù)測(cè)邊坡失穩(wěn)的破壞時(shí)間、規(guī)模，以及危害程度，事先采取防治措施，減輕地質(zhì)災(zāi)害，使人工邊坡的設(shè)計(jì)達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)的目的。從上面可以明顯看出邊坡和基坑在穩(wěn)定性分析方面的異同，基坑一般都是后天人工進(jìn)行開(kāi)挖，都是都一定的理論基礎(chǔ)的，而邊坡不同，有很多都是天然的，對(duì)于它

7、的穩(wěn)定性有很多不太確定的因素?；拥闹ёo(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般指的是深基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。支擋結(jié)構(gòu)是深基坑存在的普遍性問(wèn)題, 而軟土基坑是其中的難點(diǎn)和爭(zhēng)議較多的問(wèn)題故以下評(píng)述中以軟土為主, 其原則對(duì)一般粘性土層為主的基坑支護(hù)也大體適用。（1） 重力式圍護(hù)以水泥攪拌樁墻為代表。這種方式首先在上海推廣, 曾在國(guó)內(nèi)風(fēng)靡一時(shí), 目前又是從上海開(kāi)始逐漸退出舞臺(tái)。其原因主要是:a 由于軟土的強(qiáng)度和摩擦力低, 維持穩(wěn)定要求較大的斷面和一定的插入深度, 造價(jià)已不具備競(jìng)爭(zhēng)能力。b 攪拌樁長(zhǎng)度約7m左右, 再深樁身質(zhì)量較難保證。由于工藝本身決定, 質(zhì)量控制困難。由此可見(jiàn), 這種型式作為軟土層基坑, 當(dāng)僅設(shè)一層地下室時(shí), 尚

8、有一定應(yīng)用價(jià)值。對(duì)二層或多層地下室基坑的圍護(hù), 其效果很不理想, 因而不予推薦。(2) 懸臂式支護(hù)a 當(dāng)?shù)貙榆浫? 尤其在基坑底部地層軟弱時(shí), 要產(chǎn)生必要的推力, 水平變形必然大;b 由于系懸臂結(jié)構(gòu), 按梁的撓曲變形一般規(guī)律, 地表附近的變形更大;c 為了滿足穩(wěn)定要求, 無(wú)限深軟土中, 嵌入深度( 坑底下樁長(zhǎng)) 與擋土高度( 地表至坑底) 之間的比約為2: 14: 1, 這樣工作量必大。如用鋼筋砼樁圍護(hù), 則配筋量相應(yīng)也大, 造價(jià)必然高。故懸臂式不可取。有的專家建議, 采用被動(dòng)區(qū)加固的方法以減少水平變形。采用這一措施的前提是要有充分的時(shí)間, 即占用工期。其次是費(fèi)用既高, 效果又有限, 故建議僅

9、在特殊條件下采用。(3) 深錨式深錨式指的是在圍護(hù)構(gòu)件的適當(dāng)部位設(shè)置一層或多層長(zhǎng)約20m 30m的土層錨桿, 每根錨桿可承受100kN300kN左右的水平力。這種方案的缺點(diǎn)是:a 造價(jià)高: 周長(zhǎng)約220m左右的二層地下室基坑, 替代內(nèi)支撐承受周邊水平力的錨桿造價(jià)一般在80萬(wàn)元100萬(wàn)元左右。而相應(yīng)的內(nèi)撐式支護(hù), 內(nèi)支撐造價(jià)僅需40萬(wàn)元50萬(wàn)元;b 由于主要借助作用于錨固段上的摩擦力實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定, 故必須有一定量的變形。其優(yōu)點(diǎn)是施工方便、設(shè)防靈活。故當(dāng)錨固端置于較堅(jiān)硬的土層中時(shí), 是一種具有競(jìng)爭(zhēng)力的方式。當(dāng)錨固端位于軟土中時(shí), 其先進(jìn)性仍應(yīng)置疑。一般地說(shuō), 當(dāng)基坑平面尺寸極大時(shí), 錨拉式具有一定的優(yōu)

10、越性。(4) 淺錨式( 土釘墻)又稱為噴錨。這種方式的作用機(jī)理類似于加筋擋土墻。加筋擋土墻是分層的置筋, 與覆土交叉進(jìn)行, 土釘墻是往土體中置筋。其缺點(diǎn)是:a 由于系借助摩擦力穩(wěn)定, 故在軟土中造價(jià)較高;b 地表荷載對(duì)穩(wěn)定安全系數(shù)影響很大;c 施工中超深開(kāi)挖時(shí)極易造成嚴(yán)重事故。后兩點(diǎn)也是其致命的弱點(diǎn)。故一般而論, 除了較淺的基坑, 該措施在軟土中應(yīng)用時(shí)應(yīng)十分慎重。(5) 內(nèi)撐式支護(hù)作為圍護(hù)構(gòu)件, 據(jù)說(shuō)國(guó)外以鋼板樁為主, 國(guó)內(nèi)則以鋼筋砼樁、尤其是鋼筋砼灌注樁為主, 個(gè)別場(chǎng)合采用地下連續(xù)墻。本文中主要討論樁式圍護(hù)。邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)的形式很多，有擋墻、抗滑樁、錨固等，可以說(shuō)百花齊放支護(hù)中主要使用其中一種

11、、兩種，或?qū)⒉煌愋偷闹ёo(hù)結(jié)構(gòu)組合起來(lái)使用究競(jìng)選擇什么樣的支護(hù)結(jié)構(gòu)，要針對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行多方論證，從比選方案中推薦最優(yōu)方案，最重要的就是要看所采用方案是否做到了安全、經(jīng)濟(jì)、合理、可行相同的邊坡，不同的設(shè)計(jì)者，做出的方案可能有所不同，甚至出現(xiàn)很大的差異，造價(jià)上相差很大，也是不足為奇的因?yàn)閭€(gè)人對(duì)邊坡的認(rèn)識(shí)不同，設(shè)計(jì)的理念不同，選擇的支護(hù)形式也有所不同如何做到方案最優(yōu)，是支護(hù)工程設(shè)計(jì)參與者必須考慮的，因?yàn)橹ёo(hù)結(jié)構(gòu)形式的選擇要考慮諸多方面的因素支護(hù)結(jié)構(gòu)選擇需要考慮地質(zhì)環(huán)境條件、邊坡性質(zhì)與邊坡變形失穩(wěn)機(jī)理、經(jīng)濟(jì)合理與可實(shí)施性、環(huán)境保護(hù)、新技術(shù)新工藝新材料、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平等多方面的因素。（1）地質(zhì)條件地質(zhì)

12、條件是邊坡穩(wěn)定性分析和支護(hù)設(shè)計(jì)最基礎(chǔ)、最重要的因素，籠統(tǒng)地說(shuō)包括地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、工地質(zhì)、水文地質(zhì)及地表水、不良地質(zhì)作用等。（2）邊坡性質(zhì)與變形失穩(wěn)機(jī)理邊坡性質(zhì)：除了地質(zhì)因素決定的邊坡固有特性之外，邊坡還有其它一些重要性質(zhì)也是必須考慮的，如是自然邊坡還是人工邊坡?是挖方邊坡還是填方邊坡或者是半挖半填邊坡?坡高與坡比、邊坡的使用年限、邊坡的重要性與安全等級(jí)、邊坡上方的附加荷載、是否有震動(dòng)因素等，這些性質(zhì)都會(huì)影響邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)形式。（3）安全合理與可實(shí)施性不同用途、不同性質(zhì)、不同安全等級(jí)的邊坡，對(duì)穩(wěn)定安全系數(shù)有不同的要求邊坡支護(hù)，首要的就是安全，但又必須是合理的安全合理的支護(hù)必然是安全的，但安全的支護(hù)不一定都是合理的，這就有一個(gè)安全度的把握問(wèn)題，如臨時(shí)支護(hù)比永久支護(hù)采用的安全系數(shù)要低，因?yàn)樗赡懿豢紤]或者說(shuō)少考慮那些潛在的不利因素。（4）新技術(shù)、新工藝、新材料的應(yīng)用新技術(shù)、新工藝、新材料的應(yīng)用，對(duì)推進(jìn)邊坡支護(hù)技術(shù)的發(fā)展是一件非常好的事情，可以提高工效、降低成本、保護(hù)環(huán)境、克服難度（5）環(huán)境保護(hù)隨著環(huán)保意識(shí)的提高，支護(hù)形式在環(huán)境保護(hù)的要求是必須要考慮的。例如盡量減少對(duì)