基坑工程中一些问题探讨

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摘要：在基坑设计时，抗剪强度指标值的选取不合理会造成工程不必要的浪费。本文通过工程实例，分析了设计中存在的问题。文中就所存在的问题，提高了设计时的思路和方法，计算结果与实际工程情况符合良好，且满足实际工作的要求。

关键词：稳定性、抗剪强度指标、相应提高

1 前言

随着城市建设的发展，地下空间的利用越来越受到人们的重视，如高、多层的地下室、地下车库等。由此带来在施工期间大量的基坑开挖和支护的岩土工程问题。土钉墙支护方案和自然放坡是目前各种基坑支护方法中造价偏低的，而且又有适用地层广，便于信息化施工，施工方法简单，无需大型施工机械，工期短，设计和施工技术成熟，相对噪音小，对居民生活基本无影响的优点，故本文选择土钉墙支护和自然放坡，就基坑工程中一些问题进行探讨。

2 边坡稳定性

基坑整体稳定性计算公式为:

式中q-地面荷载（kN/m2）；

b-土条宽度（m）；

i-土条地面中心至圆心连线与垂线的夹角（°）；

φ、C-土的抗剪强度指标（°、kPa）；

h1-每一土条浸润线（地下水位渗流线）以上的高度（m）；

h2-浸润线以下基坑内水位以上土条高度（m）

h3-坑内水位以下土条厚度（m）；

γ1、γ2-与h1、h2相对应的天然重度（kN/m2）；

γ1’、γ2’、γ3’--与h1 、h2、 h3相对应的浮重度（kN/m2）。

γRs-圆弧滑动稳定抗力系数；

规范规定圆弧滑动稳定抗力系数γRs 不小于1.3。

基坑开挖过程中，有时候会出现这样的情况，即经计算判断为不稳定的基坑实际工作中却很稳定；经计算为不稳定的支护方案，施工中却很安全。分析该公式，影响稳定抗力系数，主要是抗滑力矩中γ、C 、Φ，γ与水位有关，即考虑施工降水情况，决定是否采用浮重度，而C 、Φ与土质有关。以下通过工程实例，我们探讨产生稳定计算的偏差原因。

3 工程实例

3.1土钉墙方案

3.1.1工程概况

场地位于衡水市育才南大街与人民路交汇处的东南角，原衡水华威制药厂旧址，北临衡水市保龙仓超市，南临衡水市农业局，交通便利。场地地貌为华北冲洪积平原的前缘，地形较平整。

3.1.2地层参数

依据本勘察报告，基槽开挖深度影响范围内的主要土层如下：

①层素填土:灰褐色，以粉土为主，由粉土、粉质粘土构成，顶部薄层杂填土，以粉土为主，含少量碎砖等。松散-中密，湿。

②层粉土：灰黄色，土质均匀，中密，湿，摇震反应迅速，韧性低，干强度低。

③层粘土：棕褐色，可塑，有光泽，韧性高，干强度高，底部夹薄层灰褐色可塑粉质粘土。

④层粉土：灰黄色，密实，湿，摇振反应迅速，韧性低，干强度低。

⑤层粉质粘土：灰褐色-褐灰色，可塑，有光泽，韧性高，干强度高，局部渐变为粘土。

⑥层粉土：灰黄色，中密，湿，摇振反应迅速，韧性低，干强度低。

⑦层粉质粘土：黄褐色-灰褐色，硬塑，稍有光泽，韧性中等，干强度中等。

土层抗剪强度指标见下表：

土层分布及相关参数

层名 厚度（m） qsik（KPa） Ck（KPa） Φk（度） r（kN/ m3）

①层：素填土 1.30 15 9 9 19.0

②层：粉土 0.90 45 7.4 24.2 18.2

③层：粘土 3.00 50 28.1 11.0 18.1

④层：粉土 1.60 50 6.0 24.8 19.1

⑤层：粉质粘土 2.50 60 19.9 9.5 18.5

⑥层：粉土 1.00 60 7.1 24.9 18.9

⑦层：粉质粘土 9.70 60 19.6 11.5 19.5

本工程地下水位为地表下3.0m，基坑开挖前先用管井降水，基坑周边做止水帷幕止水。该拟建物西坡坑边2.0倍基础埋深范围内无其建筑荷载，可采用土钉墙支护，基坑开挖深度8.30m。

该工程实际施工中按63.4°放坡开挖，土钉墙支护，基坑稳定性很好，对周围环境没有产生任何不良效果。但用理正软件计算基坑各工况安全系数及抗滑系数结果如下：

工况号 1 2 3 4 5 6

安全系数 1.061 1.623 1.233 1.053 1.039 1.142

抗滑安全系数为0.865，安全系数和抗滑安全系数均不满足规范要求。

实际工作中经常会出现这种情况，即经计算判断为不稳定的基坑却是稳定的。衡水市地下水水位较高，基坑外侧做止水帷幕，基坑采用一排深层搅拌桩做止水帷幕，并在开挖前进行降水，将水位降至槽底以下0.50m，而理正软件在计算中未考虑到这方面的影响。由于施工降水，将止水帷幕以内，基坑以外的土体水位降低至槽底以下，在计算抗滑力矩时该部分土体应取天然重度，而软件计算时该部分土体采用浮重度，从而减小了抗滑力矩。止水帷幕以外的土体计算时，土体按未降水前的静止水位考虑（偏于保守），水位以上计算是采用天然重度，水位以下计算时抗滑力矩取浮重度，滑动力矩取饱和重度。设计时如果考虑到止水帷幕在止水的同时加固了土体，改变了土体的C、Φ值，将止水帷幕作为土体的一部分，将土体的C、Φ提高1.2倍，即按下表取值：

土层分布及相关参数

层名 Ck（KPa） Φk（度）

①层：素填土 10.8 10.8

②层：粉土 8.9 29.0

③层：粘土 33.7 13.2

④层：粉土 7.2 29.8

⑤层：粉质粘土 23.9 11.4

⑥层：粉土 8.5 29.9

⑦层：粉质粘土 23.5 13.8

土体参数提高后再用理正软件计算程序，对基坑稳定性计算，若该基坑按63.4放坡，该工程的各工况安全系数分别如下：

工况号 1 2 3 4 5 6

安全系数 1.374 1.966 1.491 1.366 1.332 1.336

抗滑安全系数为1.312，该结果较符合实际工程情况。

3.2自然放坡

3.2.1工程概况

场地位于衡水市人民路以北，报社街以东，南侧为电力局，西侧对过为小乔护肤店，交通便利。本场地位于河北平原中部，属古黄河及滏阳河冲洪积平原。

3.2.2地层参数

依据勘察报告，基槽开挖深度影响范围内的主要土层如下：

①层素填土:褐黄色-黑色，以粉土为主，含有机质，含砖块等。

①1层杂填土:杂色，以建筑垃圾及生活垃圾为主。

②层粉土：褐黄色，土质不均匀，局部夹薄层粉质粘土，含云母，湿，中密，摇震反应中等-迅速，无光泽，韧性低，干强度低。

②1层粘土：黄褐色，土质不均匀，含锈斑，有光泽，韧性高，干强度高，可塑。

③层粘土：黄褐色-褐灰色，土质不均匀，夹薄层粉土及粉质粘土，含锈斑、姜石，有光泽，韧性高，干强度高，可塑。

④层粉土：褐黄色，土质不均匀，夹薄层粉质粘土，含云母、锈斑，局部粘粒含量较高，湿，密实，摇震反应迅速，无光泽，韧性低，干强度低。

⑤层粉质粘土：黄褐色-褐灰色，土质不均匀，夹薄层粉土及粘土，含锈斑，局部含姜石，稍有光泽，韧性中等，干强度中等，可塑，局部软塑。

层名 qsik（KPa） Φuuk（度） Cuuk（KPa） r（kN/ m3）

①层：素填土 30 23 10 18.5

②层：粉土 40 21 12 19.1

③层：粘土 50 6 39 18.6

④层：粉土 50 22 12 19.7

⑤层：粉质粘土 60 6 25 19.8

基坑深度为4.60m，采用理正软件计算程序，对该基坑稳定性计算，其结果如下图：

考虑基坑外侧打一排深层搅拌桩做止水帷幕，并且在开挖前将水位降至槽底以下0.50m。对最危险滑动面进行重新计算。同样将止水帷幕以内、基坑以外的土体计算时取天然重度，止水帷幕以外的土体计算时，土体按未降水以前的静止水位考虑，水位以上计算时取天然重度，水位以下计算时抗滑力矩取浮重度，滑动力矩取饱和重度，且将止水帷幕做为土体的一部分，计算中将土体的C、Φ提高1.2倍，重新计算整体稳定安全系数，计算如下图：

基坑的整体稳定安全系数从1.007提到1.325， 该安全系数满足要求。该工程开挖后，稳定性很好，对周围环境没有产生任何不良效果。

4 结论

衡水地区水位较高，一般基坑支护时，都需要做止水帷幕。设计时不考虑帷幕的作用，显然会造成不必要的浪费。计算基坑安全系数时，具体可以按以下方面考虑：

（1）止水帷幕在止水同时，应考虑其挡土的作用。若采用深层搅拌桩做止水帷幕，将其假设为土体的一部分，在计算中土的抗剪强度指标可以相应提高，可按C’=1.2C、Φ’=1.2Φ选取。

（2）在基坑开挖中，应考虑基坑降水有利基坑整体稳定性，在计算抗滑力矩时，由于地下水的降低，将止水帷幕以内的土体采用天然重度，从而抗滑力矩增大，而滑动力矩不变，基坑整体更趋于稳定。

参考文献

中华人民共和国行业标准.建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）

《岩土工程技术及进展》（顾小鲁、张振栓、郑刚、吴永红、刘春原主编）

《工程地质手册》（第四版）

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