復合支護結構在深基坑邊坡加固中的應用

郭學舟

（湖南常德路橋建設集團有限公司,湖南 常德 415000）

基坑開挖是基礎工程與地下工程修建中的一個重要環(huán)節(jié)，也是巖土工程的難點，主要存在以下幾種問題：強度問題、穩(wěn)定問題、變形問題、基坑周圍土體與支護結構協(xié)同作用問題。支護技術與巖土工程的發(fā)展是相輔相成的，為有效控制深基坑施工過程中的安全風險，根據(jù)地質水文條件、周邊建筑物及地下管線，確定開挖與支護方案，尤其是支護技術的合理運用直接關系到深基坑開挖安全性、可靠性，本文主要圍繞復合支護技術展開詳細分析。

1 深基坑工程的破壞特征分析

現(xiàn)代工程建設中，深基坑工程數(shù)量、規(guī)模持續(xù)增大。基于深基坑工程施工環(huán)境比較特殊，實際作業(yè)安全風險較大，如果支護方案不合理、支護施工不規(guī)范，就可能會誘發(fā)嚴重的施工事故[1]。如：2020年7月，四川某工地深基坑坍塌致相鄰小區(qū)道路沉陷；同月，廣西百色某工地發(fā)生塌方造成4人被埋、3人不幸遇難的悲劇。對此類事故的調(diào)研分析顯示，深基坑事故一旦發(fā)生后果嚴重，輕則經(jīng)濟損失嚴重，重則將直接威脅相關施工人員的生命安全。

結合深基坑工程實踐情況分析，對其影響因素可概括為以下三個方面：①基坑幾何參數(shù)，包括平面形狀、尺寸、開挖深度等；②支護結構體系；③基坑工程地質與水文條件。深基坑失穩(wěn)破壞形式較多，具體可歸納為以下兩個方面：①基坑土體強度不足，由于地下水滲流、承壓水壓力導致基坑失穩(wěn)；②支護結構強度、剛度、穩(wěn)定性不足，導致支護系統(tǒng)破壞，引發(fā)基坑失穩(wěn)。

基于上述分析，深基坑開挖施工中，必須根據(jù)不同場地的地質條件，選擇合理的支護技術，充分發(fā)揮不同支護技術形式的優(yōu)勢，確保基坑支護方案安全可靠、經(jīng)濟合理、施工便捷，為基坑工程作業(yè)提供一個安全的施工環(huán)境。

2 深基坑復合支護技術的提出

近年來，基于相關理論、數(shù)據(jù)分析、儀器設備與施工技術的發(fā)展，業(yè)內(nèi)在基坑工程問題認識與處理方面不斷完善，尤其是支護技術運用越加成熟，為深基坑作業(yè)營造一個安全的施工環(huán)境[2]。

2.1 深基坑支護技術類型

目前，國內(nèi)深基坑施工中，支護技術類型眾多，本文主要從剛性支護、柔性支護兩個方面展開分析，其中剛性支護包括懸臂式、拉錨式、內(nèi)撐式以及水泥土重力式四種支護結構；柔性支護包括土釘支護、復合土釘支護、預應力錨桿柔性支護三種。深基坑常見支護技術及適用情況如表1所示。

表1 深基坑支護技術類型

2.2 深基坑復合支護技術

深基坑支護技術方案選擇時，需綜合考慮如下因素：施工現(xiàn)場與水文地質條件；基坑設計深度；基坑地下結構選取的形式與設計所得基坑大小、形狀；施工周邊環(huán)境、建筑物可抵抗基坑施工產(chǎn)生的影響[3]；施工場區(qū)氣候及現(xiàn)場施工條件；項目投資、施工期限、周邊環(huán)境保護等。

隨著基坑工程規(guī)模、深度的不斷增大，面對地質條件差、安全等級高的開挖邊坡，單純采用某一種支護方法可能無法滿足施工安全要求[4]。因此，在同一基坑工程中，需根據(jù)不同地質水文條件合理選擇不同支護技術的復合支護技術，復合支護結構的運用，不但能夠避免基坑支護發(fā)生事故，確保基坑不變形，保證邊坡整體穩(wěn)定，而且經(jīng)濟預算也相對合理。

3 復合支護結構在深基坑邊坡加固中的應用

以某車站工程為例具體探討深基坑邊坡加固作業(yè)情況，經(jīng)綜合分析決定采用復合支護結構，整體加固效果良好。

3.1 工程概況

本項目為浦北石埇至欽州公路NO1標，位于城市郊區(qū)，周邊管線、高層建筑分布密集，施工場地較為狹小[5]。項目基坑南側6 m處存在高度為8 m的原狀土邊坡，為進一步擴大施工空間，需對此邊坡進行削坡處理。根據(jù)勘察顯示，此施工范圍內(nèi)地層由上至下分布有雜填土、粉質黏土、粉細砂、中粗砂、卵石、粉質黏土、強風化泥質粉砂巖、中風化泥質粉砂巖。地下穩(wěn)定水位3.5～7.3 m，地下標高62.2～71.1 m。

3.2 基坑支護方案

本項目基坑尺寸為214.3 m×23.1 m（長×標準段寬），深度為24～26.5 m。基坑采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐的支護結構，詳細參數(shù)見表2。標準段支護斷面如圖1所示。

表2 基坑支護設計參數(shù)

圖1 標準段支護斷面

3.3 基坑開挖中邊坡穩(wěn)定情況

為保證基坑開挖與削坡施工時高邊坡的穩(wěn)定性，采用有限差分軟件FLAC3D構建基坑開挖支護的數(shù)值模型，對邊坡穩(wěn)定性進行分析，分析結果如下：①削坡后坡頂豎向位移26.2 mm，基坑開挖后增至29.2 mm，增大約10.3%，呈沉降位移特征；②削坡后坡頂水平位移22.6 m，基坑開挖后增至25.3 mm，增大約10.7%。綜合分析顯示，坡頂位移主要是由削坡引起，基坑開挖的影響相對較小，坡頂位移超過邊坡穩(wěn)定控制值[6]。

3.4 深基坑邊坡加固中復合支護措施

3.4.1 復合支護措施

根據(jù)數(shù)值分析結果顯示，為保證基坑施工安全與邊坡穩(wěn)定性，基坑開挖前需對邊坡進行預加固[7]。經(jīng)綜合分析，深基坑邊坡加固采用復合支護方案：一是坡面采取加固方法，采取土釘+掛網(wǎng)噴射混凝土復合支護；二是坡腳采取被動加固方法，設置抗滑樁平衡邊坡體滑坡推力。通過坡面土釘與坡腳抗滑樁聯(lián)合加固，全面保證邊坡的安全穩(wěn)定性[8]。①土釘+掛網(wǎng)噴射混凝土復合支護方案：土釘長度9 m，采用φ28 mm HRB400級熱軋帶肋鋼筋制成，豎向布設5排，水平間距控制在1.2 m，與水平方向的夾角為15°；掛網(wǎng)噴射混凝土厚度控制在100 mm，采用φ8mm HPB 300鋼筋，鋼筋間距控制在300 mm。②抗滑樁支護方案：采用鉆孔灌注隔斷樁+三重高壓旋噴樁止水，兩種樁樁徑均為800 mm，間距分別為1 000 mm、550 mm。由于坡腳鉆孔灌注樁需兼做4號出入口圍護結構，目前尚未確定4號出入口結構線，前期只施作土釘、掛網(wǎng)噴射混凝土。

3.4.2 邊坡加固效果

本項目只針對土釘支護、掛網(wǎng)噴射混凝土，所以分別采用Cable單元、Shell單元模擬，構建基坑開挖數(shù)值模型，對加固后基坑開挖對邊坡的進行分析。與邊坡加固前分析情況對比顯示，基坑開挖對邊坡塑性區(qū)的影響減小，表明此復合支護措施的運用是有效的。

3.5 基坑邊坡監(jiān)測結果

本項目基坑施工與后期作業(yè)中，對邊坡機械進行全過程監(jiān)測，監(jiān)測項目包括：坡頂變形、坡頂建筑沉降、地表沉降，預警值為22.5 mm。經(jīng)實測顯示，坡頂變形、坡頂建筑沉降、地表沉降最大值均未達到預警值，顯示邊坡加固后安全、可靠。

4 結語

綜上所述，基于深基坑工程安全作業(yè)要求，需根據(jù)項目情況合理確定支護結構形式，尤其是在面對較為復雜的地質、水文條件時，可通過復合支護結構的使用兼顧基坑施工安全性、經(jīng)濟性與便利性。上文工程深基坑施工中面臨著高邊坡、坡腳削坡情況，經(jīng)數(shù)值模擬分析顯示坡頂位移超過邊坡穩(wěn)定控制值，通過土釘+掛網(wǎng)噴射混凝土+抗滑樁復合支護體系的運用，實現(xiàn)了對坡體的有效加固，邊坡整體穩(wěn)定性較好，深基坑開挖與后續(xù)作業(yè)均順利完成，整個項目圓滿完工。