基坑降水对基坑边坡稳定性的影响分析

李树凯

（山东新汇建设集团有限公司，山东 东营257091）

1 引言

建筑施工过程中，边坡失稳问题较多，特别是在地下水水位较高的地区，为了保证基坑周边环境的安全和基础工程施工顺利进行，基坑降水成为基坑施工中一个重要的技术难点[1]。

2 东营地区土层工程特性

东营地区为黄河三角洲冲积平原，地下水水位埋深浅，地层分布相对稳定。主要地层从上往下有：①粉土～粉质黏土，稍密～中密，流～软塑，弱～中等透水性；②淤泥质粉质黏土～粉质黏土，软塑，夹粉土和粉质黏土薄层，微～弱透水性；③粉质黏土，软～可塑，夹粉土和黏土薄层，微～弱透水性；④粉土，中密，弱～中等透水性；⑤粉质黏土，软～可塑，夹粉土和黏土薄层，微～弱透水性；⑥粉土～粉质黏土，中～密实，弱透水性；⑦粉质黏土，可塑～硬可塑，含姜石，微透水性；⑧粉土～粉细砂，密实，中等透水性，其中①～⑥层为新近沉积土，⑦及⑦层以下为一般沉积时间较久，且埋置深度较大，对基坑支护影响较小。粉质黏土层具有天然含水率较高，地基承载力低,承受荷载后地基变形较大的特性。②层淤泥质粉质黏土～粉质黏土较软弱，不均匀、强度低、压缩性高、渗透低，侧向压力变化时易变形并易发育成软弱滑动带，造成基坑边坡失稳。

3 软土地区常用的降水措施和支护结构形式

降水措施：在东营地区应用较为广泛的基坑降水方式主要有管井、真空井点2种方式。电梯井或局部降水效果欠佳的部位采用管井与真空井点相结合的方式降水。

止水措施（深层水泥土搅拌桩）：常采用20%水泥掺量，施工机械主要有三轴、五轴等，逐步淘汰了施工质量不佳的单轴、双轴设备。

放坡（坡率法）：根据工程经验和工程类比等原则，利用土体本身自稳能力，将土体开挖至不同坡角的边坡，放坡坡面应设置防护层，多采用喷混护坡和多级放坡的型式。

SMW工法（型钢水泥土搅拌墙）：作为兼有止水和挡土作用的支护结构，常与锚索或内支撑同时使用，形成锚拉式或内支撑式支挡结构。

锚索（高压旋喷锚索）：由用于地基处理的高压旋喷桩转变而来，具有施工过程中受地层影响较小，特别是在高水位、软土分布地区，水泥掺量约40%。

4 工程实例设计方案

以东营市某项目基坑为例，基坑周边环境与支护结构形式如表1所示。

分级放坡+管井降水（见图1）：坡率为1∶1.0，3.2m处设置平台，平台宽度1.0m，坡顶、坡面均挂网喷浆处理，其中，钢筋网采用HPB300φ6.5mm@200mm钢筋网片，面层采用C20细石混凝土、厚度80mm，翻边1.0m。坑内外采用700mm管井降水。

表1基坑周边环境与支护结构一览表

SMW工法+预应力锚索+管井降水（见图2）：上部1.5m按照1∶1.0放坡，在1.5m处设置平台，平台宽度根据现场管线位置适当调整，下部采用SMW工法+预应力锚索支护，SMW工法采用单排三轴水泥土搅拌桩内插型钢，型钢按照插二跳一施工，三轴搅拌桩φ650mm@900mm，桩底标高-13.00m；在相对标高-3.00m处设置单排预应力锚索，锚索倾角20°～25°隔一交叉变换布置，锚索水平间距为1.35m。坑内外采用700mm管井降水。

图1分级放坡剖面图

图2 SMW工法支护剖面图

5 基坑降水对边坡稳定性的影响分析

问题1：基坑底部局部出现径流现象、边坡局部出现坍塌。分析：通过调查得知，基坑外围雨水管线普遍存在渗漏现象，造成基坑底部出现径流且呈顺坡流动。顺坡向地下水流动不仅会造成土层含水率增大、自重增大、导致下滑力增加。此外，由于地下水的流动侵蚀，边坡土体不断被水流带出，减小了坑底处的抗滑力，造成分级放坡区段局部出现坍塌现象。即使降水井对管线渗漏的水进行了收集与外排，一定程度上加剧了水流速度造成边坡失稳[2]。

问题2：基坑开挖完成后，搅拌桩桩身存在浸湿现象。

分析：SMW工法桩在施工时，由于卡位不够准确，型钢在插入时存在一定偏差，造成型钢局部外露于桩体外。同时由于型钢二次使用、表面刷油导致与水泥土不能良好结合，型钢外露时，会为地下水提供泄水通道。搅拌桩内外侧降水造成的水头差不仅为地下水渗流提供了动力，同时还作为主动压力作用于支护结构上，多重影响造成搅拌桩桩身局部存在浸湿现象，对基坑边坡稳定性造成不利影响。

问题3：随着时间的推移，基坑边坡顶部、开挖深度1倍范围内存在裂缝，且监测资料表明基坑长边中部的水平和垂直位移均大于两端。

分析：基坑支护设计时仅考虑了二维平面作用，忽略了三维空间效应。在基坑开挖后，基坑降水时间较长的区段边坡稳定性明显好于其他区段。说明基坑边坡稳定性不仅与空间效应相关，而且与时间效应相关，受时空效应的双重控制。深基坑开挖后的变形不仅与基坑形状存在关联，也与基坑开挖后暴露的时间有较大的关系，尤其是大面积降水工程更为突出[3]。随着时间的增加，应力集中现象也更加明显。理论计算时按照两端固接考虑，实际上在工程中更接近于铰接，这也导致实际位移比计算值偏大。

6 结论

综上所述，得出以下结论：

1）降水井不能有效地收集和外排管线渗漏的水体，建议条件允许时可对雨水管线封堵；

2）如需进行止水，建议采用全封闭式止水桩，及时封堵渗漏点避免潜蚀现象，同时在设计时主动土压力考虑地下水动力影响；

3）设计时应充分考虑空间效应和时间效应，支护结构采用的计算假设应结合现场实际考虑。