四川省冶金地质勘查局601大队 四川攀枝花 617000
摘要：从一典型的泵站基坑边坡开挖失稳实例入手，结合 PLAXIS 2D 有限元软件 Phi-c 折减法分析其失稳原因，并提出了失稳边坡开挖支护设计方案。分析研究表明：坑顶堆土对边坡稳定有重要影响；场地内土质粉粒含量较多及持续降雨等客观条件也对边坡稳定有重要影响；采用排桩 + 止水帷幕结构组合对已失稳的边坡可起到良好的开挖支护效果
关键词：深基坑；边坡；设计
1基坑边坡开挖失稳分析
1．1工程概况
某污水提升泵站场地总体属岗地前缘～坳沟地貌单元。原基坑开挖设计采用放坡法。现场挖土机开挖的弃土直接堆在东侧和南侧坑顶，坡面采用塑料薄膜局部简易护面。开挖至设计标高后基坑南侧出现较大面积滑塌，并伴有流砂现象。后紧急回填并卸去坑顶堆土，从而使基坑暂时稳定。失稳回填后的基坑上口长宽约60m×55m，下口长宽约25m×30m，坑深约6m。现西南侧高压线塔塔基距坑顶边仅10m左右，如需继续施工，必须采取有效的支护和开挖方案[1]。
1．2边坡失稳原因分析
PLAXIS是一个专门用于岩土工程变形和稳定性分析的有限元计算程序。通过简单的输入过程可以生成复杂的有限元模型，而强大的输出功能可以提供详尽的计算结果。本文采用PLAXIS的Phi-c折减法对失稳南侧边坡进行安全性分析，分析其失稳原因。
1．2．1PLAXIS2D有限元计算参数
选取岩土层物理力学参数选取。模型边界条件：左、右两侧固定水平位移，底部边界固定水平和竖直位移；左、右侧两侧及底部为渗流边界和固结边界。具体开挖步骤：（1）开挖第一层；（2）开挖第二层；（3）降水至该层层底，开挖第三层；（4）降水至该层层底，开挖第四层；（5）降水至该层层底，开挖第五层。计算分析时考虑坑顶有无堆土两种情况。
1．2．2有限元计算结果分析
（1）考虑坑顶无堆土的情况。分析可以得出：随着基坑的开挖，坑底位移逐渐增大，而且坡脚首先出现塑性区；由于卸荷回弹，坑底出现隆起现象；边坡可能出现圆弧滑动，而且将先从坑底滑出，这与现场情况是一致的；对第五步进行Phi/c分析，得出：Fs=1．058，可见原设计偏不安全，而且这是在坡顶没有堆土的情况下，实际情况或多或少是有堆载的。
（2）考虑坑顶5m范围内有2m高弃土堆土的情况。考虑坑顶堆土时边坡发生失稳时的总位移如图3所示。为模拟现场堆土情况，假设坑顶堆载呈三角形分布，分析计算结果可得出：计算至第二步时，土体发生破坏，土体从坡底滑出；土体滑动面呈圆弧状，与常见滑动面形状相符；从云图中可以看出，坡脚最易失稳，这与现场情况是一致的[2]。
对比情况（1）和（2）可以发现：坑顶堆土对边坡稳定性影响很大。进一步计算研究可以发现，坑顶堆载越大，边坡越早失稳，且塑性区范围越大，并有失稳滑动面上移趋势，所以坑顶要尽量避免弃土堆载，如不可避免，需进行稳定性验算分析。
1．2．3失稳原因综合分析
（1）地基岩土层综合评价。勘探查明，场地浅部分布的①层素填土为近几个月内人工堆填而成，物质组成较繁杂，未固结，强度低，工程地质性质差；②层为全新世沉积土体，土体强度低，工程地质性质差；③层为晚更新世沉积土层，土体强度属中等～较高，工程地质性质较好；深部④层基岩为白垩系浦口组砂质泥岩，其中中等风化岩具一定强度，属低强度岩石地基。基坑开挖过程中，有流砂现象出现，这主要与②层土相对软弱、粉粒含量较高、连续降雨等因素有关。基坑开挖至设计标高一段时即发生失稳事故，这是流砂和塑性变形持续发展综合的结果。
（2）岩土层开挖特性分析。失稳回填基坑周边重要建（构）筑物主要为高压输电塔及架空管道，其中架空管道紧邻取土坑边缘。按泵房设计底板标高现状基坑仍需开挖4．5m左右，主要涉及到①层及②层土体，均对坑壁稳定较为不利，其中①层填土物质组成总体较为繁杂，密实度差，极易渗水和坍塌；②层含水率较大，抗剪强度低，土体不均匀，多夹粉土，易受扰动，在地下水作用下易产生流土等现象，造成坑壁失稳。
（3）放坡坡率分析。南京地区建筑地基基础设计规范中规定：当场地为一般黏性土或粉土且场地开阔，环境条件允许，经设计验算满足边坡稳定性要求时，可采用局部或全深度的基坑放坡开挖方法。由此可见，原放坡开挖施工方案偏于不安全[3]。
2开挖支护设计
2．1支护设计方案
基坑工程方案总体设计中的一个重要内容，就是根据相关规范标准，确定合理、便捷、安全经济的基坑开挖方法，并在此基础上作出围护结构、支撑体系、地基加固和开挖施工等配套设计。同时，支护结构的选型应考虑结构的空间效应和受力特点，采用有利支护结构材料受力性状的形式，可根据基坑周边环境、开挖深度、工程地质与水文地质、施工作业设备、施工季节及基坑侧壁等级等条件选用合适的围护体系。选用原则是安全、经济、方便施工。当然，如果场地地质条件许可，放坡开挖是最经济的一种基坑施工方式。考虑上述基坑支护方案选型方法和原则的同时，需结合以下实际情况：
（1）原基坑边坡已失稳，周边土体已被扰动，导致土体强度降低，土压力变大。故已不能采用原放坡开挖方案；（2）现场②层土为粉质黏土夹粉土，开挖易受扰动，且时逢降雨，坑底粉土渗透性较大，易产生流砂现象；（3）周边环境较复杂，需确保安全。综合考虑地质条件、周边工程经验和施工工艺等因素，建议采用排桩支护方案。最终决定采用单排悬臂钻孔灌注桩+一道水泥土搅拌桩止水帷幕组合结构作为基坑的开挖围护方案。南坡典型设计剖面见图4。
图4南坡典型设计剖面图
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结论
失稳基坑工程的失稳原因分析和开挖支护设计具有重要意义，且直接影响到地下室基坑支护结构的安全和经济性。
本文从某一泵站基坑工程事故实例入手，结合PLAXIS有限元软件，通过计算分析可得出如下结论，以供工程技术人员借鉴。
（1）深基坑采用放坡开挖要慎重，应充分了解现场的工程地质和水文地质条件，选择合适的坡率[4]。
（2）结合该泵站基坑的现场勘查资料和施工情况，初步分析其失稳原因与②层粉土土性、施工、降雨条件等因素有关。粉土地层在开挖过程中易产生流砂现象；施工过程中坑顶堆放弃土会严重影响边坡的稳定性；降雨增加了土压力并且降低了土的强度。
（3）结合有限元进一步分析，可见施工期间坑顶堆土对边坡稳定性影响很大，而且从位移云图中可以看出位移模拟结果与现场塌方情况基本相符。
（4）结合该泵站具体工程，经过比较和参考该地区类似工程经验最终确定采用排桩+深层搅拌桩组合结构作为基坑开挖围护和止水方案，采用集水明排法作为排水措施。该支护设计方案已取得了良好的效果，可为类似工程提供工程参考依据。
参考文献：
[1]马宁.基于岩土工程中的深基坑支护设计问题和探析[J].世界有色金属，2019（23）：230+232.
[2]吕超，张鹏.钻孔电视在桂平航运枢纽扩机工程地质分析中的应用[J].广西水利水电，2019（06）：9-11.
[3]方圆.深基坑支护施工技术在建筑中的应用研究[J].建材与装饰，2019（36）：21-22.
[4]曹日.建筑工程施工中深基坑支护的施工技术探讨[J].河南建材，2020（01）：95.