复合支护结构在深基坑边坡加固中的应用

郭学舟

（湖南常德路桥建设集团有限公司,湖南 常德 415000）

基坑开挖是基础工程与地下工程修建中的一个重要环节，也是岩土工程的难点，主要存在以下几种问题：强度问题、稳定问题、变形问题、基坑周围土体与支护结构协同作用问题。支护技术与岩土工程的发展是相辅相成的，为有效控制深基坑施工过程中的安全风险，根据地质水文条件、周边建筑物及地下管线，确定开挖与支护方案，尤其是支护技术的合理运用直接关系到深基坑开挖安全性、可靠性，本文主要围绕复合支护技术展开详细分析。

1 深基坑工程的破坏特征分析

现代工程建设中，深基坑工程数量、规模持续增大。基于深基坑工程施工环境比较特殊，实际作业安全风险较大，如果支护方案不合理、支护施工不规范，就可能会诱发严重的施工事故[1]。如：2020年7月，四川某工地深基坑坍塌致相邻小区道路沉陷；同月，广西百色某工地发生塌方造成4人被埋、3人不幸遇难的悲剧。对此类事故的调研分析显示，深基坑事故一旦发生后果严重，轻则经济损失严重，重则将直接威胁相关施工人员的生命安全。

结合深基坑工程实践情况分析，对其影响因素可概括为以下三个方面：①基坑几何参数，包括平面形状、尺寸、开挖深度等；②支护结构体系；③基坑工程地质与水文条件。深基坑失稳破坏形式较多，具体可归纳为以下两个方面：①基坑土体强度不足，由于地下水渗流、承压水压力导致基坑失稳；②支护结构强度、刚度、稳定性不足，导致支护系统破坏，引发基坑失稳。

基于上述分析，深基坑开挖施工中，必须根据不同场地的地质条件，选择合理的支护技术，充分发挥不同支护技术形式的优势，确保基坑支护方案安全可靠、经济合理、施工便捷，为基坑工程作业提供一个安全的施工环境。

2 深基坑复合支护技术的提出

近年来，基于相关理论、数据分析、仪器设备与施工技术的发展，业内在基坑工程问题认识与处理方面不断完善，尤其是支护技术运用越加成熟，为深基坑作业营造一个安全的施工环境[2]。

2.1 深基坑支护技术类型

目前，国内深基坑施工中，支护技术类型众多，本文主要从刚性支护、柔性支护两个方面展开分析，其中刚性支护包括悬臂式、拉锚式、内撑式以及水泥土重力式四种支护结构；柔性支护包括土钉支护、复合土钉支护、预应力锚杆柔性支护三种。深基坑常见支护技术及适用情况如表1所示。

表1 深基坑支护技术类型

2.2 深基坑复合支护技术

深基坑支护技术方案选择时，需综合考虑如下因素：施工现场与水文地质条件；基坑设计深度；基坑地下结构选取的形式与设计所得基坑大小、形状；施工周边环境、建筑物可抵抗基坑施工产生的影响[3]；施工场区气候及现场施工条件；项目投资、施工期限、周边环境保护等。

随着基坑工程规模、深度的不断增大，面对地质条件差、安全等级高的开挖边坡，单纯采用某一种支护方法可能无法满足施工安全要求[4]。因此，在同一基坑工程中，需根据不同地质水文条件合理选择不同支护技术的复合支护技术，复合支护结构的运用，不但能够避免基坑支护发生事故，确保基坑不变形，保证边坡整体稳定，而且经济预算也相对合理。

3 复合支护结构在深基坑边坡加固中的应用

以某车站工程为例具体探讨深基坑边坡加固作业情况，经综合分析决定采用复合支护结构，整体加固效果良好。

3.1 工程概况

本项目为浦北石埇至钦州公路NO1标，位于城市郊区，周边管线、高层建筑分布密集，施工场地较为狭小[5]。项目基坑南侧6 m处存在高度为8 m的原状土边坡，为进一步扩大施工空间，需对此边坡进行削坡处理。根据勘察显示，此施工范围内地层由上至下分布有杂填土、粉质黏土、粉细砂、中粗砂、卵石、粉质黏土、强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩。地下稳定水位3.5～7.3 m，地下标高62.2～71.1 m。

3.2 基坑支护方案

本项目基坑尺寸为214.3 m×23.1 m（长×标准段宽），深度为24～26.5 m。基坑采用地下连续墙+内支撑的支护结构，详细参数见表2。标准段支护断面如图1所示。

表2 基坑支护设计参数

图1 标准段支护断面

3.3 基坑开挖中边坡稳定情况

为保证基坑开挖与削坡施工时高边坡的稳定性，采用有限差分软件FLAC3D构建基坑开挖支护的数值模型，对边坡稳定性进行分析，分析结果如下：①削坡后坡顶竖向位移26.2 mm，基坑开挖后增至29.2 mm，增大约10.3%，呈沉降位移特征；②削坡后坡顶水平位移22.6 m，基坑开挖后增至25.3 mm，增大约10.7%。综合分析显示，坡顶位移主要是由削坡引起，基坑开挖的影响相对较小，坡顶位移超过边坡稳定控制值[6]。

3.4 深基坑边坡加固中复合支护措施

3.4.1 复合支护措施

根据数值分析结果显示，为保证基坑施工安全与边坡稳定性，基坑开挖前需对边坡进行预加固[7]。经综合分析，深基坑边坡加固采用复合支护方案：一是坡面采取加固方法，采取土钉+挂网喷射混凝土复合支护；二是坡脚采取被动加固方法，设置抗滑桩平衡边坡体滑坡推力。通过坡面土钉与坡脚抗滑桩联合加固，全面保证边坡的安全稳定性[8]。①土钉+挂网喷射混凝土复合支护方案：土钉长度9 m，采用φ28 mm HRB400级热轧带肋钢筋制成，竖向布设5排，水平间距控制在1.2 m，与水平方向的夹角为15°；挂网喷射混凝土厚度控制在100 mm，采用φ8mm HPB 300钢筋，钢筋间距控制在300 mm。②抗滑桩支护方案：采用钻孔灌注隔断桩+三重高压旋喷桩止水，两种桩桩径均为800 mm，间距分别为1 000 mm、550 mm。由于坡脚钻孔灌注桩需兼做4号出入口围护结构，目前尚未确定4号出入口结构线，前期只施作土钉、挂网喷射混凝土。

3.4.2 边坡加固效果

本项目只针对土钉支护、挂网喷射混凝土，所以分别采用Cable单元、Shell单元模拟，构建基坑开挖数值模型，对加固后基坑开挖对边坡的进行分析。与边坡加固前分析情况对比显示，基坑开挖对边坡塑性区的影响减小，表明此复合支护措施的运用是有效的。

3.5 基坑边坡监测结果

本项目基坑施工与后期作业中，对边坡机械进行全过程监测，监测项目包括：坡顶变形、坡顶建筑沉降、地表沉降，预警值为22.5 mm。经实测显示，坡顶变形、坡顶建筑沉降、地表沉降最大值均未达到预警值，显示边坡加固后安全、可靠。

4 结语

综上所述，基于深基坑工程安全作业要求，需根据项目情况合理确定支护结构形式，尤其是在面对较为复杂的地质、水文条件时，可通过复合支护结构的使用兼顾基坑施工安全性、经济性与便利性。上文工程深基坑施工中面临着高边坡、坡脚削坡情况，经数值模拟分析显示坡顶位移超过边坡稳定控制值，通过土钉+挂网喷射混凝土+抗滑桩复合支护体系的运用，实现了对坡体的有效加固，边坡整体稳定性较好，深基坑开挖与后续作业均顺利完成，整个项目圆满完工。