基坑降水對基坑邊坡穩定性的影響分析

李樹凱

（山東新匯建設集團有限公司，山東 東營257091）

1 引言

建筑施工過程中，邊坡失穩問題較多，特別是在地下水水位較高的地區，為了保證基坑周邊環境的安全和基礎工程施工順利進行，基坑降水成為基坑施工中一個重要的技術難點[1]。

2 東營地區土層工程特性

東營地區為黃河三角洲沖積平原，地下水水位埋深淺，地層分布相對穩定。主要地層從上往下有：①粉土～粉質黏土，稍密～中密，流～軟塑，弱～中等透水性；②淤泥質粉質黏土～粉質黏土，軟塑，夾粉土和粉質黏土薄層，微～弱透水性；③粉質黏土，軟～可塑，夾粉土和黏土薄層，微～弱透水性；④粉土，中密，弱～中等透水性；⑤粉質黏土，軟～可塑，夾粉土和黏土薄層，微～弱透水性；⑥粉土～粉質黏土，中～密實，弱透水性；⑦粉質黏土，可塑～硬可塑，含姜石，微透水性；⑧粉土～粉細砂，密實，中等透水性，其中①～⑥層為新近沉積土，⑦及⑦層以下為一般沉積時間較久，且埋置深度較大，對基坑支護影響較小。粉質黏土層具有天然含水率較高，地基承載力低,承受荷載后地基變形較大的特性。②層淤泥質粉質黏土～粉質黏土較軟弱，不均勻、強度低、壓縮性高、滲透低，側向壓力變化時易變形并易發育成軟弱滑動帶，造成基坑邊坡失穩。

3 軟土地區常用的降水措施和支護結構形式

降水措施：在東營地區應用較為廣泛的基坑降水方式主要有管井、真空井點2種方式。電梯井或局部降水效果欠佳的部位采用管井與真空井點相結合的方式降水。

止水措施（深層水泥土攪拌樁）：常采用20%水泥摻量，施工機械主要有三軸、五軸等，逐步淘汰了施工質量不佳的單軸、雙軸設備。

放坡（坡率法）：根據工程經驗和工程類比等原則，利用土體本身自穩能力，將土體開挖至不同坡角的邊坡，放坡坡面應設置防護層，多采用噴混護坡和多級放坡的型式。

SMW工法（型鋼水泥土攪拌墻）：作為兼有止水和擋土作用的支護結構，常與錨索或內支撐同時使用，形成錨拉式或內支撐式支擋結構。

錨索（高壓旋噴錨索）：由用于地基處理的高壓旋噴樁轉變而來，具有施工過程中受地層影響較小，特別是在高水位、軟土分布地區，水泥摻量約40%。

4 工程實例設計方案

以東營市某項目基坑為例，基坑周邊環境與支護結構形式如表1所示。

分級放坡+管井降水（見圖1）：坡率為1∶1.0，3.2m處設置平臺，平臺寬度1.0m，坡頂、坡面均掛網噴漿處理，其中，鋼筋網采用HPB300φ6.5mm@200mm鋼筋網片，面層采用C20細石混凝土、厚度80mm，翻邊1.0m。坑內外采用700mm管井降水。

表1基坑周邊環境與支護結構一覽表

SMW工法+預應力錨索+管井降水（見圖2）：上部1.5m按照1∶1.0放坡，在1.5m處設置平臺，平臺寬度根據現場管線位置適當調整，下部采用SMW工法+預應力錨索支護，SMW工法采用單排三軸水泥土攪拌樁內插型鋼，型鋼按照插二跳一施工，三軸攪拌樁φ650mm@900mm，樁底標高-13.00m；在相對標高-3.00m處設置單排預應力錨索，錨索傾角20°～25°隔一交叉變換布置，錨索水平間距為1.35m。坑內外采用700mm管井降水。

圖1分級放坡剖面圖

圖2 SMW工法支護剖面圖

5 基坑降水對邊坡穩定性的影響分析

問題1：基坑底部局部出現徑流現象、邊坡局部出現坍塌。分析：通過調查得知，基坑外圍雨水管線普遍存在滲漏現象，造成基坑底部出現徑流且呈順坡流動。順坡向地下水流動不僅會造成土層含水率增大、自重增大、導致下滑力增加。此外，由于地下水的流動侵蝕，邊坡土體不斷被水流帶出，減小了坑底處的抗滑力，造成分級放坡區段局部出現坍塌現象。即使降水井對管線滲漏的水進行了收集與外排，一定程度上加劇了水流速度造成邊坡失穩[2]。

問題2：基坑開挖完成后，攪拌樁樁身存在浸濕現象。

分析：SMW工法樁在施工時，由于卡位不夠準確，型鋼在插入時存在一定偏差，造成型鋼局部外露于樁體外。同時由于型鋼二次使用、表面刷油導致與水泥土不能良好結合，型鋼外露時，會為地下水提供泄水通道。攪拌樁內外側降水造成的水頭差不僅為地下水滲流提供了動力，同時還作為主動壓力作用于支護結構上，多重影響造成攪拌樁樁身局部存在浸濕現象，對基坑邊坡穩定性造成不利影響。

問題3：隨著時間的推移，基坑邊坡頂部、開挖深度1倍范圍內存在裂縫，且監測資料表明基坑長邊中部的水平和垂直位移均大于兩端。

分析：基坑支護設計時僅考慮了二維平面作用，忽略了三維空間效應。在基坑開挖后，基坑降水時間較長的區段邊坡穩定性明顯好于其他區段。說明基坑邊坡穩定性不僅與空間效應相關，而且與時間效應相關，受時空效應的雙重控制。深基坑開挖后的變形不僅與基坑形狀存在關聯，也與基坑開挖后暴露的時間有較大的關系，尤其是大面積降水工程更為突出[3]。隨著時間的增加，應力集中現象也更加明顯。理論計算時按照兩端固接考慮，實際上在工程中更接近于鉸接，這也導致實際位移比計算值偏大。

6 結論

綜上所述，得出以下結論：

1）降水井不能有效地收集和外排管線滲漏的水體，建議條件允許時可對雨水管線封堵；

2）如需進行止水，建議采用全封閉式止水樁，及時封堵滲漏點避免潛蝕現象，同時在設計時主動土壓力考慮地下水動力影響；

3）設計時應充分考慮空間效應和時間效應，支護結構采用的計算假設應結合現場實際考慮。