0 引言
近年来，随着甘肃省经济发展的飞速提升，城市化进程也不断加快，各地高层建筑层出不穷，对地下空间利用要求的提高使得基坑越来越深[1]。随之而来的深基坑安全问题也日益受到人们的关注，很多学者也做了相应的研究。
黄双喜通过遗传算法对土钉支护整体稳定性进行分析，找出了土钉结构的最危险的滑裂面和土钉墙的最小安全系数[2]。张季超、吴义章对各种基础工程的测试技术进行研究分析，得出各种基坑的监测方法及应用方式[3]。王铁红的《新编全国重大工程项目地基处理工程实录》分析了全国各大深基坑支护和监测的方式，对以后深基坑的支护和监测有指导性作用[4]。张可文编写的《地基与基础工程典型案例与分析》中叙述了中国改革开放以来比较大的深基坑工程项目的设计施工方案，为以后的设计、施工提供了借鉴依据[5]。岳金磊在黄土地区深基坑变形的数值计算与分析中，利用有限元法，通过大型有限元程序PLAXIS7.0，对基坑进行开挖和支护的仿真模拟，对基坑进行有限元网格划分，模拟基坑支护结构，模拟基坑开挖过程，最后计算得出基坑的变形情况[6]。常允艳，谢波等在《土木工程测量》中介绍了各种测量仪器的使用方法和建筑物基坑支护的变形观测方法[7]。徐运钧等人在《深基坑支护新技术选集》中，详细介绍了深基坑各种支护形式的施工方法和适用条件[8]。
通过上述研究发现，很多学者对于深基坑的变形监测及支护形式做了较多的研究，但是对于湿陷性黄土地区基坑边坡的支护方案研究较少。虽然湿陷性黄土在干燥的情况下具有一定的承载力，但是在降雨和荷载的作用下，会导致土体变形，甚至会影响周边的建筑工程[9]，诱发严重的工程问题。因此，开展湿陷性黄土地区基坑边坡的支护研究是很有必要且意义重大。鉴于此，本文以兰州地区某黄土基坑边坡为例，开展了基坑边坡支护方案的可行性研究。
1 工程概况
某基坑位于甘肃省兰州市安宁区某建筑工地，发生滑塌的边坡位于该基坑的东南角靠南边一侧。该处边坡高度约7.5 m，一坡到顶，边坡坡度约63°。2018 年5 月10 日，兰州持续降雨期间，该处边坡发生滑塌，滑塌部分边坡上部基本呈直立状态，且出现松散开裂现象。滑塌部分两边没有滑动的边坡也出现了不同程度的裂缝，边坡滑塌情况如图1 所示。
图1 基坑边坡滑塌情况之实景
2 地质概况
根据该基坑地块的岩土工程勘察报告，该基坑边坡为黄土状粉土层(Q4al+pl)：褐黄色，土质较均匀，孔隙、虫孔较发育，含白色钙质条纹，见有少量垂直裂隙，裂隙开张度1 mm，局部含有少量粉砂。无光泽反应，干强度低，韧性低，摇振反应中等，稍密- 中密。场地稍密黄土状粉土层孔隙率0.902~1.370，含水率3.9%~18.4%，呈稍湿状态。湿陷等级为Ⅳ级，湿陷严重。
经室内试验得出该黄土抗剪强度指标如表1所列。
表1 黄土状粉土层剪切试验指标统计表
3 加固支护方案设计
该基坑支护为临时性基坑支护设计，结构设计安全有效期限为12 个月。依据基坑周边环境概况，分析基坑周边道路、临舍、建筑物位置、基础特点，同时考虑施工空间、施工人员安置，以及施工荷载等因素，结合基坑工程地质条件，将基坑加固支护排水设计方案叙述如下：
滑塌部分基坑边坡采用刷坡+ 实心钢管桩+土钉的加固支护方案。排水采用坑顶设置散水倒坡、坑底设置排水沟和集水井的方案。坑顶上部1 m范围松散开裂土体，采用水泥砂浆注浆和勾缝处理。
3.1 刷坡
首先根据现有边坡情况，对边坡进行刷坡，坡角为80°，一坡到顶。3.2 钢管桩加固设计边坡滑塌严重部位：坡顶采用桩径108 mm，厚度6 mm 的空心钢管桩，设置三排，内注水泥砂浆，钢管桩排间距为1 m、同一排的桩间距为1.5 m，钢管总数根据现场实际情况布置决定。钢管桩外面一排距坡顶边缘距离为1 m，钢管桩长度约为2 0 m。钢管桩平面布置图如图2 所示。
图2 钢管桩平面布置图（单位：m）
边坡滑塌部位两侧：采用桩径108 mm，厚度6 mm 的空心钢管桩，设置一排，内注水泥砂浆，钢管桩排间距为1 m、同一排的桩间距为1.5 m，钢管总数根据现场边坡实际长度确定，钢管桩长度约为20 m。
桩顶设置钢筋混凝土冠梁连接桩头，截面尺寸根据现场情况确定，但不小于250 mm×250 mm（宽×高），混凝土强度等级为C25，钢筋保护层50 mm，冠梁主筋均采用HRB400Φ16 mm，箍筋采用等间距设置，型号为HPB300Φ8@200/400 mm。混凝土顶板示意图如图3 所示。
图3 混凝土顶板示意图（单位：m）
3.3 土钉支护设计
边坡滑塌严重部位：土钉采用Φ25 螺纹钢筋，长度为6 m、水平向和竖直向间距均为1 m，土钉与水平面之间的夹角均为10°。
边坡滑塌部位两侧：土钉采用Φ25 螺纹钢筋，长度为3 m、水平向和竖直向间距均为1 m，土钉与水平面之间的夹角均为10°。钢管桩和土钉支护设计图如图4 所示。
图4 钢管桩和土钉支护设计图（单位：m）
3.4 挂网、喷射混凝土设计
挂网喷射混凝土厚10 cm，边坡滑塌严重部位因坡面不平，考虑总体喷射厚度可达20 cm，配钢筋网为Φ6@120 mm×120 mm，加强筋为“井”字型4 根Ⅱ级Φ16，其中1 根通长配，其余3 根长度为400 mm。在坡顶位置上包长度为1 000 mm，在基坑底部四周喷射混凝土面层应插入坑底部不小于200 mm，形成护脚。
喷射混凝土可根据土质情况分两次喷射，也可一次喷射成型。第一层50 mm 混凝土喷射完成后，挂设钢筋网，紧固土钉，再喷射第二层混凝土至设计厚度，喷射混凝土强度等级为C25，喷射混凝土配合比为水泥：砂：石=1∶2∶2。
3.5 注浆设计
注浆范围为整个滑塌边坡后将来行走施工车辆的通道。深度约为1 m。浆液采用水泥浆，水灰比为1∶1，可掺入2%~5%水玻璃作速凝剂。注浆压力最大不超过1MPa。
3.6 排水措施
3.6.1 坑顶排水
为防止坡面受雨水或其它污水冲刷，边坡支护加固后，必须做好上部路面排水工程，确保排水畅通，雨水不得进入土层和喷射混凝土面之间，以防止边坡侧压力过大，造成边坡再次滑塌。
3.6.2 坑底排水明沟及集水井
为排净基坑内的地下渗水及雨水，防止浸泡基坑，在基坑底部设置宽为0.30 m、深0.30 m 的明沟排水措施，将坡体渗入的地下水引入集水井内排出，排水明沟排水坡度不小于3%，集水井间距15 m，可根据抽排情况调整。排水明沟及集水井示意图如图5 所示。
图5 排水沟及集水井示意图（单位：m）
加固支护完成后的边坡如图6 所示。
图6 加固支护完成后之实景
4 加固支护结构稳定性数值分析
采用GEO5 有限元软件对上述加固支护方案进行验算。边坡土层的参数及其土钉支护锚固结构、钢管桩结构的参数取值分别见表2、表3、表4所列。
表2 黄土状粉土参数取值一览表
表3 土钉结构参数取值一览表
表4 钢管桩结构参数取值一览表
坡顶离边坡坡缘横向8 m 范围要过重车，荷载按照汽车- 20 级计算，取为20 kPa；8 m 后建有临时工棚，约4 m 宽，荷载取为10 kPa。根据现场实际情况建立模型，纵向长度按5 m 计算划分单元网格，并建立三维模型如图7 所示。根据《湿陷性黄土地区建筑基坑工程安全技术规程》（GB50007—2009），该基坑复杂程度可划分为较复杂，基坑侧壁安全等级可划分为二级，排桩加固下基坑整体抗倾覆安全系数取1.4[10]。
图7 数值计算模型
基于上述三维模型，对支护后的该基坑边坡稳定性进行验算，可得加固后基坑整体抗倾覆安全稳定系数为1.42＞1.4，满足边坡稳定性要求，表明采用刷坡+ 钢管桩+ 土钉支护的方案是可行的。
5 结语
该边坡加固后至今已有半年多，加固后的边坡经历了2018 年7 月、8 月雨季的考验，直到现在一直安全稳定。实践证明刷坡+ 钢管桩+ 土钉支护方案应用于黄土基坑边坡加固是行之有效的。该工程案例可以为相似工程的加固方案设计及施工提供参考经验。
摘自：城市道桥与防洪