談基坑開挖安全系數的影響因素

錢玉林 李小偉 王飛艷

(1.揚州大學建筑科學與土木工程學院，江蘇揚州 225127;2.常州市建筑科學研究院有限公司，江蘇常州 213000)

0 引言

隨著我國經濟建設的快速發展，城市化水平越來越高，高層建筑大量興建。商業用房，車庫等加速了地下空間的開發，在這些工程中遇到一個普遍問題就是基坑開挖過程中邊坡穩定問題，這一問題一直是土木工程學科中重要研究課題。本文結合工程實例，對土體強度指標c，φ值以及地下水位對基坑開挖過程中邊坡穩定的影響進行分析比較［1］。

1 工程概況

廣?；▓@小區位于揚州市廣陵區，人民路與秦郵路交叉口，基坑形狀不規則，東西走向，東西向長268 m，南北向長83 m，基坑總面積15 080 m2，本工程人防地下室±0相當于1985年國家高程+7.70 m(絕對高程)，地下室頂板高程為－5.4 m(相對高程)，板厚0.40 m，墊層厚0.15 m，地面整平后的平均高程為 +6.85 m(絕對高程)，實際基坑開挖深度為5.10 m。

本工程基坑支護方案根據總平面圖、基礎圖、地質條件并結合周邊建筑物分布情況及基礎型式確定，基坑側壁安全系數等級為三級，側壁重要性系數為0.9，各側均采用三級放坡支護方案，放坡各側基坑坡面均采用φ6鋼筋網片(200 mm×200 mm)C20噴射細石混凝土(厚8 cm)護坡?；拥叵滤痪€在3.5 m，采用二級輕型井點降水。

根據巖土工程地質勘察報告，得到該基坑所處地層情況及強度指標見表1。

2 瑞典條分法

瑞典圓弧法的基本假定:

1)假定土坡穩定問題是平面應變問題。

2)假定滑裂面為圓弧形，計算時不考慮土條兩側的作用力。

表1 土層物理參數

3)假定計算圓弧面上的安全系數值K時，簡單地將條塊重量向滑面法向分解來求得法向力。

由于弧面上各點的斜率都不相等，自重等外荷載對弧面的法向和切向作用分力都不能按整體計算，所以采用條分法計算，如圖1所示［2，3］。

圖1 瑞典條分法受力分析圖示

依據假定用附加外力使土坡達到極限平衡，安全系數的計算公式如下:

3 邊坡穩定影響因素分析

邊坡的穩定受各種因素的影響，如地下水位、土體的強度指標等。因此討論地下水位，c，φ值的變化對邊坡穩定，對實際工程有重大意義。

3.1 c值變化對邊坡穩定的影響

由于本工程中土層①，②厚度較小，在原有的計算基礎上，保持其他條件不變，將土層③的 c值相應變化 ±5%，±10%，±15%，±20%，其他條件也不變。利用瑞典條分法計算得到結果見表2;將數據整理得出安全系數隨c值的變化曲線，如圖2所示。

表2 安全系數隨c值的變化

圖2 安全系數K隨c值變化曲線

由圖2分析可得，安全系數K隨粘聚力c值的增大而增大。

3.2 φ值變化對邊坡穩定的影響

在原有的計算基礎上，保持其他條件不變，將土層③的φ值相應變化±5%，±10%，±15%，±20%，其他條件也不變。利用瑞典條分法計算得到結果如表3所示;數據整理得安全系數隨φ值的變化曲線，見圖3。

表3 安全系數隨φ值的變化

圖3 安全系數K隨φ值變化曲線

由圖3可知，安全系數隨土體φ值的增大而增大。

3.3 邊坡穩定中c，φ值敏感性分析

敏感度系數是指評價指標變化的百分率與不確定因素變化百分率之比。敏感度系數越高，表示對該不確定因素的敏感度越高。敏感度系數的計算公式為:

式中:SAF——指標A對于不確定性因素F的敏感度系數;

ΔF/F——不確定因素F的變化率;

ΔA/A——指標A的變化率。

對滑動面進行計算，得到c，φ值敏感性分析結果如表4，表5所示。

表4 穩定安全系數對于c的敏感度系數

表5 穩定安全系數對于φ的敏感度系數

由表4，表5分析可得土體的c值比φ值對邊坡穩定影響大。

3.4 地下水位的影響

由于該工程瀕臨長江，地下水位高，在邊坡穩定分析過程中對地下水位影響進行簡要分析，分別取基坑外側地下水位為2 m，2.5 m，3 m，3.5 m，4 m，4.5 m 時，對邊坡穩定安全系數進行比較。利用瑞典條分法計算得到結果如表6所示。

表6 穩定安全系數隨地下水位的變化

由計算結果分析可得:安全系數隨基坑外側地下水位的降低而相應的增大。

4 結語

本文以瑞典條分法為理論基礎，分別討論地下水位、強度指標c，φ值對邊坡穩定的影響，得到以下幾點結論:1)在一定范圍內，基坑開挖安全系數K隨c，φ值的增大而增大。2)通過敏感性因素分析理論，分別把c，φ值作為不確定因素進行討論分析，比較敏感度系數，得出c值對邊坡穩定的影響比φ值大。3)通過計算基坑外側地下水位在不同位置的穩定安全系數，分析比較得出基坑外側地下水位越低，基坑開挖安全穩定系數就越高。

［1］楊庚宇，趙少飛.土坡穩定分析圓弧滑動法的解析解［J］.工程力學，1998(sup):440-443.

［2］盧廷浩，高貴全.有效應力概念下瑞典條分法穩定安全系數公式討論［J］.水利水電科技進展，2011，3(2):43-45.

［3］楊 劍.瑞典條分法和畢肖普法在土坡穩定分析中的應用和研究［J］.鹽城工學院學報，2005，18(2):66-68.