改变渗流方向增加边坡稳定在基坑开挖中的应用

竺 汉 新

(泰安市大河水库管理处，山东 泰安 271000)

改变渗流方向增加边坡稳定在基坑开挖中的应用

竺 汉 新

(泰安市大河水库管理处，山东 泰安 271000)

结合具体工程实例，通过大体积深基坑开挖中对有渗流的边坡稳定性计算分析，提出了利用井点排水法改变渗流方向，降低地下水位，从而增加边坡稳定性的方法，并对其作了探讨研究，指出该方法可满足施工要求，效益显著。

基坑开挖，土坡稳定，渗流，方向

大体积的深基坑开挖施工，为了保持深基坑边坡的稳定，需要对边坡进行放坡。如果是在市区施工，容易受到场地和周围建筑物和埋藏较浅的地下含水层影响，边坡不能无限制的放坡，边坡的稳定没有保证，只能进行基坑支护。基坑支护虽能保证土坡稳定，但费工、费时、投资大、成本高。但如果利用改变渗流方向，增加边坡的稳定性，极有可能满足边坡稳定要求，就不需要基坑支护，可以节约大量资金。下面就以工程实例进行阐述。

1 工程概况

某办公楼建设，建筑面积11 850 m2,地下1层，地上5层，建筑高度为20 m，基础埋深-5.3 m～-6.0 m。

根据岩土工程勘察报告提供的地质资料，施工场地地层从上至下都是均质粘土，由实验得知粘土的性质为：γ=17.76 kN/m3,Ψ=12°,粘聚力c=16.7 kPa。

水文地质条件：地下水埋深2.4 m,渗透系数为25 m/d。

2 基坑放坡

通过对本工程现场实际考察，平面布置如图1所示，由于受

到东西两侧的高楼和北侧的小道及平房的影响，边坡不能最大限度的放坡，必须与周边建筑物留出安全距离，以防止基坑开挖对周围建筑物安全的影响。

安全距离h=(1～2)×(原有建筑基础底面标高-坑槽底标高)。

所以h东=2×3=6 m；h西=2×3.5=7 m；h北=2×5=10 m。

按要求预留安全距离后，基坑的放坡β=55°，基坑尺寸见图1。

3 边坡稳定分析

3.1 土坡稳定计算

1)按比例绘出土坡剖面图，按泰勒经验方法确定最危险滑动面圆心位置，当Ψ=12°，β=55°时，知土坡滑动面是坡脚圆，其最危险的滑动面圆心位置，可从图2曲线查到α=12°，θ=34°，由此作图求出圆心O。

2)将滑动土体BCDB划分成竖直土条，并对土条编号(见图3)。为了便于计算，土条宽度可取滑弧半径的1/10，即b=0.1R，量取R=8.35 m。土体内的线即为土条的高度hi，逐一量取记录在表1中。

表1 土坡稳定计算表

编号宽度hi/maisinaicosaihi×sinaihi×cosai110．6590．1560．9880．100．64211．84170．2920．9560．541．76312．90240．4070．9141．182．65413．81320．5300．8482．023．23514．09400．6430．7662．633．13613．09500．7660．6432．371．99711．68630．8910．4541．500．76∑10．3314．17

3)计算滑动面圆弧弧长:

L=(π/180)×2θR=(2×π×34×8.35)/180=9.91 m。

3.2 有渗流的稳定计算

采用投资较少的基坑排水法，在排水的过程中，土坡内的地下水随着水位的下降，形成一定坡度的面，见图3。这种含有渗流的土坡稳定，我们采用替代法计算(用浸润线以下，坡外水位以上所包围的同体积的A水重对滑动圆心的力矩来代替渗流力对圆心

的滑动力矩的方法)。

D=GDA=γIA。

其中，GD为作用在单位体积上的动水压力，kN/m3；γ为水的重度，kN/m3；I为在面积(fgbf)范围内水头梯度平均值，可近似假设I等于浸润线两端fg连线的坡度,I=0.25；A为滑动土体浸润线以下部分(fgbf)的面积，m2。

动水力作用点在面积(fgbf)的形心，其作用方向假设与fg平行，GD对滑动面圆心O的力臂为r,r在图中量取为r=7.58 m。

D=8.11×0.25×9.81=19.88。

有渗流时的土坡安全公式：

3.3 改变渗流方向后的稳定计算

采用井点排水法改变土坡中渗流的方向(见图4)，增加其稳定性。

(16.7×9.91+17.76×tan12°×14.17)/

(17.76×10.33)=1.19。

《建筑地基基础设计规范》规定滑坡推力安全系数，应根据滑坡现状及其对工程的影响等因素确定，设计等级为乙级的建筑物Ks宜取1.15；改变渗流方向后土坡稳定系数K=1.19>Ks=1.15，满足本工程等级的要求。

4 结语

通过以上的计算分析，在实际施工中，采用井点排水法改变土坡中渗流的方向，其边坡稳定，满足开挖施工要求，优点显著：1)降水影响范围显著减小，对周边地层扰动轻微，保证了周边建筑物的安全；2)基坑内无积水、无明水，边坡稳定，消除安全隐患；3)比采用钢板桩支护可节省费用50%～70%，显著节约成本，提高经济效益。所以在本工程中采用井点排水法改变土坡中渗流的方向，是比较简单可行的，投资相对比较少。

Application of altering seepage direction and increasing slope stability in foundation excavation

ZHU Han-xin

(Tai’anDaheReservoirAdministrationDepartment,Tai’an271000,China)

Integrating with specific engineering, the paper calculates and analyzes seepage slope stability through massive deep foundation excavation, puts forward the method of applying well-point excavation altering seepage direction, reducing underground water level and increasing slope stability, and makes an exploration. In the end, it points out that: the method can meet construction demand with obvious benefits.

foundation excavation, soil slope stability, seepage, direction

2014-07-05

竺汉新(1978- )，女，助理工程师

1009-6825(2014)27-0100-02

TU463

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