德州新华大厦基坑支护设计
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发布时间：2022-04-22 10:25
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时间：2023-11-01 10:49
陈松 梁伟
（山东省鲁北地质工程勘察院，德州253015）
作者简介：陈松（1961—），男，高级工程师，主要从事岩土工程勘查，水工环地质勘查管理。
摘要：本文在分析场地工程地质条件的基础上，根据边坡稳定性验算结果，提出了边坡的喷锚支护设计，经工程实践证明，设计方案可行。
关键词：工程地质条件；边坡稳定性；喷锚支护；德州
1 工程概况
德州新华大厦由主楼及裙楼组成，主楼地上12层，裙楼地上三层，地下室一层，占地面积约3200m2。场地自然地坪绝对高程18.8m左右，基坑开挖6.5m。
拟建场地南临高五层的通讯大楼，基础埋深2.5m，距边坡约8m；西、北两侧为20世纪50年代建成的三层砖砌结构居民楼，距基坑约7m；北侧为文化路，距基坑边坡约5m 有管道沟，内有上水管道和通讯、电力电缆，基坑边坡无安全起坡场地，设计采用喷锚支*保证基坑边坡安全。现场平面见图1。
图1 施工现场平面图
场地地下水埋深1.8m，若事先不对地下水进行处理，势必会出现管涌、流沙等现象。根据场地的地质条件及现场施工条件，设计采用井点降水法对地下水进行处理。
2 工程地质条件
拟建场区在地貌单元上属黄河下游冲洪积平原区，经人工改造后地面较平坦，高差在1m以内。相关各工程地质层参数如下：①杂填土，底板埋深0.9～2.8m，平均厚度1.5m，r＝18kN/m3，C＝0，φ＝20°；②粉土与粉质粘土互层，底板埋深7.9～8.7m，平均厚度6.7m，以粉质粘土为主，粉土单层0.4m左右，平均r＝18.1kN/m3，C＝29kPa，φ＝8°；③粉土，底板埋深9.2～10.6m，平均厚度1.4m，r ＝19kN/m3，k ＝1.2m/d；④粉砂，底板埋深13.8～14.9m，平均3.5m，r＝18.5kN/m3，k＝3.5m/d。
3 基坑边坡自然稳定性
3.1 边坡主动土压力分布
因四周放坡余地很小，按90 °边坡进行稳定性计算，坡顶超载取q＝10 kPa。根据朗肯土压力理论，主动土压力计算公式如下：
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按式（1）进行计算得边坡主动土压力分布见图2。主动土压力大于零的边坡均会发生倾覆失稳，主动破裂面为图2中虚线。
图2 边坡主动土压力分布图
3.2 边坡抗滑动稳定性
根据泰勒边坡稳定理论（重庆市建设委员会，2003），粘性土坡失稳，将以圆弧面滑动，按泰勒经验曲线可找到边坡最危险滑动面（图3），按条分法计算弧面抗滑安全系数为：
图3 危险滑面图
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式中：wi为土条重力；bi为土条密度；ai为土条底边中点切线仰角；ti为土条底边长度；ci、li为土条底边所处土层抗剪弧度参数。
按式（2）计算得L1弧线抗滑安全系数为：
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可见自然抗滑稳定性不够。
按条分法经过试算可找到k≈1的临界滑动面（图3中的L2），其抗滑安全系数为：
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L2以上土体均有可能滑动失稳。
4 坑底抗隆起稳定性
软土边坡超过一定高压后，会因为边土体重力超过坑底土极限承载力而发生隆起失稳。坑底抗隆起安全生产系数按下式计算：
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式中Nc为地基承载力系数，按式（3）计算：
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因此不会发生抗底隆起失稳。
5 边坡喷锚支护结构设计
根据边坡自然稳定性分析，边坡喷锚支护结构设计见图4。共设5排锚杆，第1排处于杂填土中，采用ϕ48×3.5钢管注浆锚杆，第2～5排锚杆为钻孔注浆锚杆，孔径120mm，拉筋为ϕ25螺纹钢，采用32.5普硅水泥，0.5水灰比掺早强剂，水泥浆注浆，设计锚杆锚固力为12kN/m。从4m处压一排钢管桩，起超前支护作用。
图4 边坡喷锚布置示意图
喷射砼使用32.5普硅水泥，骨料为粒径5～15mm的碎石和中砂，配合比为水泥∶砂∶石子∶水＝1∶2∶2∶0.5，掺速凝剂，架设ϕ6.5＠200×200的钢筋网，锚头用ϕ16钢筋横向边接。
6 喷锚支护边坡稳定性分析
6.1 抗倾覆稳定性分析
根据图2及图4，边坡对坡脚的倾覆力矩为主动土压力对坡脚的力矩和，喷锚支护结构对坡脚的抗倾覆力矩为主动破裂面以外有效锚固力对坡脚的力矩和，用图算法可得抗倾覆安全系数为：
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因此，喷锚支护边坡不会发生倾覆失稳。
6.2 抗滑动稳定性
边坡沿任一弧面滑动时，该滑动面以外的锚杆为有效锚固段，其有效锚固力在滑动面上的段影之和为锚杆的抗滑力，喷锚支护结构的抗滑安全系数可按下式计算：
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式中：Fj为第j排锚杆有效锚固力；βj为第j排锚杆与滑动面夹角。
根据图2及图4按式（5）计算可得L1与L2滑动面抗滑安全系数：
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可见喷锚支护结构满足抗滑稳定性要求。
7 施工过程稳定性
喷锚支护结构不仅要求保证施工结束后过坡的稳定，而且必须保证施工过程中任何阶段的安全。喷锚支护是先开挖后支护，当边坡开挖到底最下排的锚杆未施工前，边坡稳定安全系数最低，接前述方法验算此时边坡的安全系数为：
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由此可见，喷锚支护结构在施工过程中是安全的。
8 应用情况与结论
8.1 应用情况
基坑回填前一天监测结果如下表：
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8.2 结论
该工程2001年4月5日开工，同年9月10日回填完毕，历时5个月，虽经雨季浸淋，边坡基本稳定，说明本工程支护方案是可行的，设计是成功的。
参考文献
重庆市建设委员会.2003.建筑边坡工程技术规范.中国建筑工业出版社
