组合支护体系下基坑放坡段安全性分析

曹俊杰 董 波 陈培帅

(1.太仓市建筑安全监督站，江苏 苏州 215400;2.中交二航局技术中心，湖北 武汉 430040)

1 工程概况

拟建场地位于太仓市娄江路西侧、县府东街南侧，地块尺寸376.40 m×282.18 m。中部有一条东西向河道，宽约10 m～35.0 m，长约220 m，贯穿整个场地，水面标高1.12 m，水深4 m～5 m左右，淤泥0.20 m～0.50 m。属长江三角洲冲积平原区，地貌形态单一，水系发育。场地原为农田，现为空荒地。场地地势除河道部位外较平坦，勘探期间测得各勘探孔孔口标高在1.68 m～2.62 m之间，最大高差为0.94 m。

如图1所示，基坑开挖支护采用放坡+桩锚支护体系，地面以下2.5 m采用1∶1放坡，挂钢丝网后喷射混凝土;下部采用双排钻孔灌注桩加三排土锚进行桩锚支护，排桩之间施加水泥土搅拌桩，作为止水帷幕。本文拟对放坡开挖段采用强度折减法进行计算分析［1-3］，提出合理的施工应对措施。

2 安全性分析模型和参数选择

采用Mohr-Coulomb模型对边坡稳定性的影响进行研究，Mohr-Coulomb屈服准则是描述岩土工程材料最常用的准则［4］，该屈服准则的控制方程为:

图1 基坑开挖与支护初选方案

其中，σ1，σ2，σ3分别为第一应力、第二应力和第三应力;c为粘聚力;φ为内摩擦角。

土层抗剪参数按照地层勘探结果取值，如表1所示，c，φ取标准值［5，6］，对于水位以下土层，依据《基坑工程手册》，土体 c，φ 取标准值的0.875倍。

表1 土层参数

3 放坡段安全性分析

3.1 有限元数值仿真模型

基坑放坡开挖部位地层分布较为简单，主要为填土和粉质粘土地层，放坡坡度为1∶1，放坡高度为2.5 m，坡脚距离基坑内边缘长度为6 m。建立模型时，取坡脚位置水平延伸长度为6 m，坡顶水平延伸长度为6 m，计算深度取第③层粉土地层边界位置，即6.6 m，地层分布和模型几何尺寸如图2所示。

图2 地层分布及模型尺寸

如图3所示，建立二维平面应变模型进行计算，模型左侧和右侧水平约束，底部竖向约束，坡体施加土体自重荷载。由于施工过程中，坡顶附近不可避免受到车辆重载和材料堆放等因素的影响，计算过程中，按照常规计算理念，取坡顶超载为20 kN/m，超载施加于距离坡顶3 m～6 m处。

图3 有限元网格

3.2 放坡开挖施工参数分析

采用强度折减法，计算得到放坡开挖段的坡体安全性系数为2.687 5，由《建筑边坡工程技术规范》可知，一级建筑基坑边坡安全性控制标准为1.35，说明上部2.5 m采取1∶1放坡方案是可行的［7，8］。

图4为边坡发生滑坡时的等效塑性云图，滑面由上部坡顶延伸至坡脚位置，基坑潜在滑面呈圆弧状，由潜在坡体的位置可知，施工中应注意如下几点:

1)由于潜在滑面上部位于坡顶位置附近，因而应加强此区域附近的施工超载，避免大型设备在此区域通行，同时应避免坡顶位置材料堆载;

图4 塑性应变云图

2)坡顶位置处应设置截水沟，防止雨水从坡顶渗入，导致土体有效应力减小，引发边坡失稳;

3)坡脚位置处应施加堆载，并在此处设置排水沟，减小坡体失稳的概率。

4 结语

本文以太仓市万达广场为工程依托，采用岩土工程摩尔—库仑经典本构模型，对上部放坡下部排桩的组合支护体系下基坑放坡开挖段的安全性进行计算分析，强度折减法计算结果显示，放坡段安全系数为2.687 5，大于基坑规范规定的限值。针对潜在滑移面位置，提出保持基坑稳定的三项施工措施:严格控制施工荷载与坡顶保持一定安全距离;坡顶设置截水体系;坡脚压载和排水体系设置。施工过程表明，本文提出的方案有效保证了组合支护体系下基坑放坡段的安全性，有效避免出现坡脚滑动、坡顶裂缝等工程事故隐患。

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