巖土工程施工中基坑邊坡失穩(wěn)及加固處理技術(shù)研究

劉紅健

（河北中色華冠巖土工程有限公司，河北 廊坊 065201）

1 引言

在巖土工程施工中基坑工程是一項非常重要的作業(yè)任務，尤其是在邊坡安全穩(wěn)定性方面，一直以來受到廣大學者的重視，它對于巖土工程施工的整體質(zhì)量有重要的影響。本文以某工程項目為例，通過基坑數(shù)值模擬的方式，對基坑邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象加以研究，為巖土工程施工發(fā)展提供一定參考。

2 巖土工程基坑支護工程的特點

基坑支護工程作為一種臨時性工程，不僅技術(shù)性要求相對較高，并且在施工結(jié)構(gòu)方面相對比較復雜，對巖土工程整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了重要作用，因此，可以看出基坑支護工程有以下幾個特點。

2.1 綜合性與系統(tǒng)性

基坑支護工程并不是一種獨立性的施工工程，所涉及的專業(yè)性領(lǐng)域相對較多，包括巖土工程學科、結(jié)構(gòu)工程學科等，這些專業(yè)學科內(nèi)容與當前巖土工程更加符合，并且能夠有效融合于現(xiàn)階段的巖土工程施工體系，因此，在綜合性和系統(tǒng)性方面得到充分體現(xiàn)[1]。

2.2 區(qū)域性與實踐性

基坑支護工程需要一定面積的場地作為支撐，這樣才能使基坑支護工程施工更加順利地進行，因此，具有較強的區(qū)域性。而在施工之前，需要對現(xiàn)場施工場地進行仔細勘察，提前做好準備，由此可以看出，基坑支護工程具有實踐性的特點。

2.3 不確定性

在基坑支護工程施工的過程中，周圍環(huán)境始終處于變化過程中，在周圍環(huán)境因素的影響下，導致基坑支護工程具有比較明顯的不確定性。尤其是巖土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所產(chǎn)生的不確定性會直接影響基坑支護工程的穩(wěn)定性，降低施工質(zhì)量[2]。

3 巖土工程基坑邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象分析

3.1 工程項目概況

某建筑工程建筑總面積超過100 萬m2，為擴大建筑物整體的實用性，需要建設(shè)4 層地下室，而地面建筑為高低層連體建筑以及多層建筑。因此，需要在現(xiàn)場開展基坑支護工程，其施工基坑周長超過1 200 m，基坑內(nèi)最小深度為18.6 m，基坑內(nèi)最大深度超過30 m。另外，經(jīng)過勘探后發(fā)現(xiàn)該地區(qū)土層厚度超過了15 m，因此，可以判斷出該基坑屬于典型的土巖質(zhì)深基坑，土層相對較厚，導致內(nèi)部地質(zhì)條件相對復雜，容易出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象。

3.2 失穩(wěn)現(xiàn)象分析

借助計算機3D 軟件對整個基坑支護工程施工過程進行數(shù)值模擬，建立相應的模型，根據(jù)模型提供的數(shù)據(jù)信息與現(xiàn)場施工實測數(shù)據(jù)進行比對，在采用合理的監(jiān)測方式后，對基坑出現(xiàn)的失穩(wěn)現(xiàn)象綜合分析。

首先，確認模型參數(shù)數(shù)值，該基坑數(shù)值模擬工程所采用的3D 軟件屬于一種建模軟件，是在有限差分數(shù)值計算法的基礎(chǔ)上建立，因此，有著良好的數(shù)據(jù)收集功能。該軟件能夠根據(jù)基坑工程所提供的技術(shù)參數(shù)，對整個基坑工程下巖土結(jié)構(gòu)進行模擬分析，判斷巖土結(jié)構(gòu)內(nèi)部是否會產(chǎn)生相互作用力，因此，對于技術(shù)參數(shù)數(shù)值的收集是非常關(guān)鍵的，對于不同巖土層的物理力學參數(shù)性能有著不同要求。

由于該基坑工程占地面積較廣，其長度之間的跨度距離超過了700 m，而左右兩端的跨度距離超過了200 m。因此，需要在基坑工程跨度范圍內(nèi)的基礎(chǔ)上建立模型，在通過現(xiàn)場測量計算后，要求建立的基坑模擬結(jié)構(gòu)更加準確。因此，在建立基坑模型的過程中，通常要在基坑東西跨度方向的一定距離處進行軟件建模，之后根據(jù)基坑巖土層結(jié)構(gòu)的具體分布特點，分析出地面到基坑底部之間的巖土層結(jié)構(gòu)以及平均厚度，具體分析結(jié)果如表1 所示。

表1 基坑工程底部到地面之間的巖土層結(jié)構(gòu)以及平均厚度表

最后通過以上數(shù)值模擬結(jié)果后，對基坑變形模擬進行監(jiān)測，該監(jiān)測過程需要應用3D 軟件，對3 個巖土層開挖過程進行模擬監(jiān)測，通過檢測總結(jié)邊坡失穩(wěn)原因。

首先，在黏土層的開挖過程中，由于挖掘距離與地面之間較近，因此不會有明顯的變形，使基坑周圍環(huán)境能夠更加穩(wěn)定，安全性有一定保障。但是在模型建立的過程中，受周圍環(huán)境的影響，有時會出現(xiàn)不規(guī)則圖形、網(wǎng)格劃分不均勻的現(xiàn)象，會出現(xiàn)比較明顯的偏移，兩端高度有明顯的差距。其次，在砂礫層的挖掘過程中，基坑開挖深度進一步加大，導致基坑位移變形現(xiàn)象也就更加明顯，根據(jù)現(xiàn)場建立的數(shù)據(jù)模型來看，當挖掘深度超過10 m 時，則基坑左端位移變形現(xiàn)象更加明顯，變形高度則不斷增加。而右端位移變形現(xiàn)象則會不斷降低，變形高度會不斷縮減，因而存在的安全隱患也就更加突出。最后，在花崗巖石層的挖掘中，挖掘深度進一步增加，導致基坑左右兩端頂部位移變形問題更加凸顯，受花崗巖本身土質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響，基坑左右兩端頂部位移變形速率會進一步縮減，而在外部環(huán)境的影響下，基坑位移變形現(xiàn)象會發(fā)生改變，并逐漸轉(zhuǎn)移到土層空間位置中，使基坑巖土層空間位移距離縮減。由此可見該基坑工程主要受到地質(zhì)條件的影響，導致基坑左右兩端邊坡有著明顯的失穩(wěn)現(xiàn)象。

4 巖土工程基坑邊坡失穩(wěn)加固處理技術(shù)

4.1 抗滑樁加固施工

抗滑樁加固施工是基坑邊坡加固處理重要的技術(shù)種類。在開展抗滑樁加固施工之前，需要進行相應的準備工作，將抗滑樁加固處理，使基坑邊坡能夠更加穩(wěn)定。而在加固處理階段，首先是要做好截水溝的施工處理工作，保證抗滑樁在加固過程中有水源作保證，同時能夠?qū)⒒又械姆e水有效排放出去，防止出現(xiàn)基坑積水過多的現(xiàn)象。其次是抗滑樁的土方石施工，需要采用合理的開挖方式進行施工挖掘，然后根據(jù)邊坡分級規(guī)劃進行施工，以此來保證施工的合理性，在完成對邊坡的等級劃分后，在邊坡周圍設(shè)置好防護墻，對整個邊坡起到良好的保護作用，防止出現(xiàn)滑坡現(xiàn)象。另外，在土石方的施工過程中，需要按照由里向外的施工原則，對土石方貫通后再進行施工，從而做好坡體分層的工作，使后續(xù)施工能夠更加順利地完成。當土方石完成挖掘工作后，則需要采用合理手段對其進行基礎(chǔ)護理，防止邊坡出現(xiàn)變形的狀況。在后續(xù)的維護過程中，根據(jù)3D 軟件模型所提供的土質(zhì)數(shù)據(jù)進行合理分析，對于巖土層結(jié)構(gòu)分別加以處理[4]。

4.2 預應力錨索加固處理

在進行預應力錨索施工過程中，需要提前準備好不同的構(gòu)件進行組接，對主要的設(shè)計參數(shù)進行計算，其中最主要的就是對預應力鋼絞線的相關(guān)參數(shù)進行計算。比如，在計算鋼絞線的張拉伸長值時，所采用的計算公式為：ΔL=PLA/（AE），其中，P為預應力鋼絞線的平均張拉力；L為預應力鋼絞線的長度，A為預應力鋼絞線的表現(xiàn)面積；E為預應力鋼絞線的彈性模量。假如鋼絞線錨固端長度超過10 000 mm，自由端長度超過9 000 mm，預應力鋼絞線表面面積超過140 mm2，彈性模量為19 300 N/mm2，那么根據(jù)其計算公式，得出的實際伸長值為：ΔL=133 000×9 000/（140×193 000）=44.3 mm。如果是計算鋼絞線的實際伸長值，那么所采用的公式為:ΔL=ΔL1+ΔL2，其中，ΔL1為鋼絞線最大張拉應力的實際測量伸長值，而ΔL1為鋼絞線的推算伸長值。

在進行加固監(jiān)測過程中，開展合理的加固處理，具體流程如圖1 所示。

圖1 預應力錨索加固處理圖

從圖1 中可以看出，要求開展預應力錨索試驗以及加固工程檢驗工作，在預應力錨索試驗中，需要通過對部件材料質(zhì)量的提升保證試驗效果。對加固施工結(jié)果進行相對應的檢驗，及早發(fā)現(xiàn)錨索存在的問題并加以改正。而在加固工程檢測當中，需要對預應力錨索的實際參數(shù)進行檢測，保證其參數(shù)值能夠達到具體的設(shè)計要求，為后續(xù)正常施工打下良好基礎(chǔ)。在后續(xù)施工過程中，需要做好封孔注漿等工作，確定好注漿的位置后，將砂漿灌入其中，從而保證內(nèi)部結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

4.3 填石層與砂礫層的加固處理

在填石層的加固處理過程中，要求填石層密度相對較低，厚度距離相對較小，然后再采用換填以及直接清理的方式進行處理，在外圍對邊坡起到保護作用，從而達到加固處理的效果。如果填石層厚度較大，那么可以采用人工挖孔樁的方式進行處理。在砂礫層的加固處理過程中，需要提前對土層厚度進行細致分析，并選擇合適的鉆具，保證鉆具能夠適應砂礫層的實際厚度，從而提高施工效率，對基坑邊坡起到更加有效的保護作用。

5 結(jié)語

綜上所述，本文結(jié)合工程案例，對基坑邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象及原因以及具體的加固處理措施進行了分析、概括和總結(jié)，有望對相關(guān)人員起到參考作用。隨著我國經(jīng)濟水平的不斷提高，建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，巖土工程建設(shè)規(guī)模逐漸擴大。但同時存在的邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象逐漸突出，如果處理不當，很容易引發(fā)安全事故，因此，要求施工單位高度重視巖土工程基坑邊坡的加固處理，對周圍地勢情況以及土層厚度進行合理分析，依據(jù)邊坡高度、坡度等數(shù)據(jù)合理選擇邊坡加固方式，提高邊坡的穩(wěn)定性，使基坑工程施工質(zhì)量得到保證，從而加速巖土工程建設(shè)腳步，最終促進我國建筑行業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。