深基坑和高边坡整体支护方案要点分析

随着城市建设的不断发展，中心城区的用地日趋紧张，城区不断向郊区扩张。山区、丘陵地带地势起伏不平，在房地产开发项目中往往形成高度较大的人工边坡，由于用地范围的限制，经常需要在边坡坡角开挖深基坑。边坡与基坑距离较近，在设计时需要考虑它们之间的相互影响，对边坡和基坑进行整体计算和分析。

某深基坑工程位于闽南丘陵地带，场地北侧为一陡坡，坡顶标高约62.5m，场地规划±0.0为53.6m。三层地下室，基坑坑底标高40.65m，基坑开挖深度为12.95m。由于用地紧张，基坑北侧一段约50m长的地下室外墙线距离用地红线仅2m，基坑的坑顶即为高度为8.9m的直立人工边坡。基坑与边坡的总高度为21.85m，需要对基坑和边坡进行整体设计。

在基坑及边坡开挖范围内，场地内的土层主要为残积砂质粘性土、全风化花岗岩、砂土状强风化花岗岩。其中，残积砂质粘性土为可塑~硬塑，饱和，成分以粘粒、粉粒、石英颗粒为主；全风化花岗岩原岩结构基本破坏，原岩矿物大部分风化成为砂土矿物，属极软岩，岩体质量等级为Ⅴ级，压缩性低，强度较高，但泡水易软化、崩解；砂土状强风化花岗岩原岩矿物已大部分风化成砂土矿物，性质与全风化花岗岩类似。土体的材料力学性能如表1所示。

场地内地下水不发育,上部为赋存于残积粘性土层中的上层滞水，主要靠大气降水补给，渗透性较差，富水性弱；下部为基岩风化带孔隙裂隙潜水，主要补给源为大气降水及统一水层的侧向补给。勘察期间，查得场地地下水位均在基坑坑底以下。地下水对基坑、边坡支护影响较小。

基坑为临时性支挡结构，使用时间较短，支护结构设计时不用考虑地震荷载；边坡为永久性支护结构，需要考虑地震作用以及支护结构的耐久性问题。考虑二者整体支护需要兼顾二者的使用要求。

由于基坑贴近用地红线，现场无多余的支护空间，基坑+边坡支护总的高度较高，对支护结构的刚度和变形要求较高。结合现场各方面的因素考虑，采用桩锚支护体系较为妥当。

在设计之初，主要提出了两种设计方案。方案A为基坑与边坡支护一次支护完成，在场地±0.0m以上支护结构采用边坡构造措施，在场地±0.0m以下支护结构采用基坑构造措施。方案B为基坑、边坡分两次支护：场地±0.0米以上先借地3m，施工土钉墙临时支护结构，±0.0米以下采用桩锚支护体系，基坑支护桩顶预留钢筋，待地下室结构施工完成，基坑回填后，再将基坑支护桩接至边坡顶标高，回填所借场地，施工永久性边坡。

方案A围护桩采用直径1.0m，间距1.5m的人工挖孔桩，其中桩身嵌入基坑底10m。桩顶标高为62.5m，桩总长度为31.85m，桩身主筋采用HRB400级钢筋，混凝土采用C30。分别加5排、6排、7排预应力锚索进行试算，其中预应力锚索采用直径15.2mm，强度设计值为1320MPa的钢绞线，预应力均为100KN，入射角度均为30度，一桩一锚。分别将上述三个方案命名为A-5、A-6、A-7，支护桩的计算结果如表2所示，锚索计算结果如表3所示。

从表2及表3可以看出，方案A-5与A-6，支护桩位移及桩身受力均较大，桩身配筋太多。同时各排锚索受力极不平衡，部分锚索设计轴力太大，实际施工时难达到锚索设计的轴力值，不宜采用。方案A-7，支护桩的位移得到了有效的控制，桩身受力也相对较小。但需要的锚索长度太长。另外，方案A都面临着人工挖孔桩桩身长度太长，桩的垂直度难以控制；没有施工道路可通往坡顶，钢筋笼的吊装和焊接难度较大；人工挖孔桩施工时孔内施工人员的安全难以保证等问题。

方案B基坑支护桩也采用直径1.0m，间距1.5m的人工挖孔桩，桩身嵌入坑底10m。桩顶标高53.6m，即场地±0.0标高。

设计计算分三个阶段进行。先按《建筑基坑支护计算规程》计算场地±0.0借地的土钉墙临时边坡的稳定性。

然后将上部土钉墙和下部桩锚结构作为整体进行计算。计算时，将上部土钉墙按上部放坡段考虑，土钉等支护结构作为安全储备，计算时不予考虑。计算模型如图1所示。

图1：方案B基坑整体计算模型

最后按照《建筑边坡工程技术规范》的相关规定对上部永久性边坡进行计算，计算时，将基坑支护的总桩长作为桩的嵌固深度，上部按照8.9m进行计算。基坑支护的锚索及上部临时边坡的土钉作为安全储备，计算时不予考虑。计算模型如图2所示。三阶段计算完成后，计算结果如表4、表5所示。

图2：上部永久性边坡计算模型

从表4及表5可以看出，方案B的锚索受力较平均，上部边坡接桩的锚索设计轴力为200KN左右，下部基坑的锚索设计轴力也较为接近。上部边坡和下部基坑支护桩可以分段配筋，节省了投资。

方案B的支护结构剖面如图3所示。其中虚线部分在基坑支护时施工，实线部分为永久边坡支护结构，待基坑回填后方可施工。

图3：方案B支护结构剖面图

经过计算，方案B比方案A-7每延米的造价低仅低约100元，二者经济性相当。从施工工期来讲，方案A-7的人工挖孔桩工期较长，会延长项目的总工期，方案B的永久性边坡可在基坑回填完成后施工，不会对项目的总工期造成影响。从施工安全性来讲，A-7方案人工挖孔桩较深，挖孔桩施工人员的安全较难保证。

通过对本工程高边坡与深基坑整体支护设计方案的对比分析，可以得出以下结论，供类似工程参考：

（1）对于深基坑和高边坡相连的工程，采用建立整体模型、分阶段设计的方法是可行的。

（2）分阶段设计时，应充分考虑各个使用阶段支护结构的安全性以及使用要求。