遵义航天大厦基坑边坡稳定性评价及治理方案.doc

遵义航天大厦基坑边坡稳定性评价及治理方案1 绪 论1.1 贵州岩溶地区特点及遵义地区特点1.1.1 贵州岩溶地区特点岩溶，又称喀斯特，主要指水对可溶性岩石碳酸岩（石灰岩、白云岩等）、硫酸岩（石膏等）和卤化物（岩盐等）的溶解作用，及形成的地表和地下的各种奇异景观与现象。在岩溶作用过程中，经常伴随着地表侵蚀、地下潜蚀、冲蚀以及崩塌、塌陷、滑动、搬运、堆积、沉积等作用。不少生物作用对岩溶发育产生作用。岩溶多发生在大气降水条件下，也可以发生在冰雪覆盖的环境中，地下热液活动可形成另一种岩溶类型 14 。贵州具有面积广大、分布连续的碳酸盐岩。贵州碳酸盐岩石多以质纯、层厚、钙镁含量很高的石灰岩和白云岩为主，其总厚达6200-8500m，占沉积盖层的70%以上，而且出露面积占全省总面积的73%，从而给岩溶发育奠定了最雄厚的物质基础19。贵州地质构造复杂，不仅经向、纬向及扭动构造互相交接、复合、重叠，而且经过多期活动，在第三纪以来长期湿热的热带、亚热带气候环境下，强烈的大面积、大幅度自东西倾斜上升，并伴以局部断块上升和断陷盆地的相对下降的新构造运动控制下，地形切割强烈，地势起伏大，岩溶发育复杂，区域分异明显，地貌类型多样，水动力条件的区域变化显著。这一切导致了贵州岩溶发育与周围地区，云南高原、四川盆地、湖南丘陵和广西丘陵相比，表现出独特的区域特性。1.1.2 遵义地区特点遵义地区除赤水-习水区域约3850km2，分布着晚三叠世、侏罗纪、白垩纪、的陆源碎屑岩地层，为非岩溶地区外，其余地区均为岩溶中等发育区。该地区地形地貌组合以垄岗谷地、峰丛沟谷、峰丛谷地为主，伴有峰丛洼地、岩溶丘陵洼地。落水洞、漏斗等个体形态稀疏分布。地下河发育强度以三叠系、下寒武统最高，下二叠统次之；下奥陶统及中上寒武统最低。地下河多为单一管道状，少数为树枝状及侧羽状，规模较小，一般1-10Km，且大多发育在石灰岩中，白云岩中则少见14。1.2 边坡稳定性评价综述边坡稳定性评价的主要任务是对工程有关的天然或人工边坡的稳定性作出评价，为边坡的整治提供科学的依据。评价的基本方法分为定性评价与定量评价两种16。1.2.1 定性评价方法 定性评价主要是通过综合考虑各种影响边坡稳定性的因素，并根据变形的时间效应规律，判断边坡的稳定状况和发展趋势。这一方法已为国内外工程地质人员所熟悉和广泛采用。定性评价按照所依据的资料不同又可分历史分析法与工程地质类比法两种。历史分析法是对边坡发育史进行分析从它的形成历史来判断现在的稳定状况和预测未来的变化；工程地质类比法是在分析了影响边坡稳定的诸因素基础上，类比条件相类似的其它边坡，来评价本边坡的稳定状况和预测其发展趋势。定性评价方法一直是稳定性评价的主要和有效的方法，而且也是定量评价必不可少的基础。当然评价的正确与否和准确程度，决定于对边坡自然条件认识的深度和经验的丰富程度。1.2.2 定量评价方法 定量评价是在定性评价基础上，通过数值计算或图解方法赋予边坡稳定性以量的概念。目前定量评价方法中使用最广泛的仍是极限平衡分析法与有限元计算两种。图解法也较大量使用，近代发展的随机评价方法和系统工程分析法、优势面法也受到普遍的关注。 1、极限平衡法 传统的极限平衡分析法已在国内外广泛的使用，潘家铮总工程师曾对这一方法作了系统深入的研究和归纳总结，并发展了空间滑坡的极限平衡分析。这一方法的基本假定是把岩体视为刚性体，本身不产生变形，但可传递应力。因此，只研究滑动面的受力大小而不必研究滑体内部的应力状态，此外除将边界条件大大简化外，一般将三向问题简化为平面问题，分按下列步骤进行： 通过分析确定或归纳出可能出现的破裂面形态(直线、折线、圆弧、单滑面、双滑面或多滑面)； 确定计算荷载和计算参数(内摩擦角、内聚力、重度、地下水位等)； 仅在最简单的直线滑动时可直接算出Kc值外，通常采用试算法进行试算。 极限平衡分析法是通过计算出的Kc值来评价边坡的稳定性。Kc一般被定义为：“沿某一滑面上所能提供的抗滑(剪)力与沿该面上实际下滑力之比值”。Kcl，意味着边坡稳定；Kc1，则可能失稳；而Kc1，说明边坡稳定性处于极限平衡状态。因此，Kc是一个与边坡稳定性关系密切的系数，不同工程对边坡稳定性的不同要求。计算应选择有代表性的剖面进行，对重要的大型可能失稳边坡，除主要计算剖面外，还应根据失稳边坡的大小和地质结构选取一些辅助剖面，并分别采用不同公式进行校核，综合评定边坡的稳定安全系数。一般当不同剖面用同一公式计算而得出不同Kc值时，宜取其最低值，当同一剖面采用不同公式而得出不同的Kc值时，宜取其平均值。极限平衡分析法在谨慎选用参数和计算公式后，仍能提供较合理的解答。因此，对于大多数的稳定性分析，它仍是目前广泛应用和有效的手段。 2、应力应变分析法 刚体平衡分析法的假定在多数情况下与实际并不相符，此外假定所有的滑动面都是连贯的面。边坡的破坏，在一些情况下以渐进破坏的形式出现。以计算机快速计算为手段的应力应变方法，从结构分析入手被引进于边坡稳定性分析中，对于蠕动、渐进破坏、弯曲倾倒和弯曲溃曲的变形破坏形式，已取得了较好的效果。应力应变分析使用最广的是有限元法(FEM)，有限元法与极限平衡分析法相比具有如下特点：(1)能考虑边坡岩体的变形；(2)可通过物理方程引入各种各样的岩体介质力学特性，如线弹性、弹塑性、粘弹性乃至流变性等，使问题的分析更符合岩体的实际情况；(3)可模拟岩体的非均质性和各向异性，可考虑诸如岩体的渗流体积力及其它荷载；(4)可简便处理复杂的边界条件。 有限元法的基本原理是将一个连续体散化，变换成为有限数量的、大小不同的单元体集合单元体之间通过结点来连接和制约，且共同承受外部荷载与内力，然后就每个结点建立平衡方程，并变换为以结点位移为未知数与结点力的关系方程，求出结点位移并根据位移计算单元应力。最后，根据各单元的已知力学强度参数进行强度判别从而评价边坡岩体的稳定性。有限元法能充分反映边坡岩体内不同部位的应力、变形状态，显示出边坡失稳的可能薄弱部位和破坏机制。这些优点是极限平衡分析所不具有的，这也正是有限元法越来越被广泛采用的主要原因。离散元分析也是应力应变分析方法之一，但发展晚于有限元计算，最早是由Cundail于1971年提出。这一方法是一种动态分析，较之有限元法更便于变形分析，分析对象是被离散化的且假定为刚性的块体，通过考虑各结构面的力学特性(刚度、阻尼等)，建立各单元(块体)间的连接和接触关系，对单元进行受力状态分析，并基于牛顿第二定律建立其运动方程，然后进行系统运动状态的组合分析。该法在解决块体运动时，采用对块体运动时逐步积分的数值技巧，因而可得出各块体的变形全过程，并在监测屏幕上显示出来，具有方便、快速、花费少和动态显示的优点。所以已逐渐取代物理模型试验用于分析边坡稳定性。 3、概率分析法 极限平衡法分析边坡稳定性时，安全系数Kc是一系列参数的函数，表示为： Kcf(Xl，X2，Xn) 式中Xl，X2，Xn是一些具有某种分布的随机变量，所以函数Kc也是随机变量，要按一定的分布规律分布在一定范围内，为了求得Kc的分布，首先要确定各计算参数的分布形式，即其密度函数，通过计算，确定边坡的破坏概率Pf。 概率分析仍存在一些问题，如抗剪参数C、需大量测试和统计困难，Pf计算以及确定哪些参数为变量、哪些作定值处理尚未规范化，Pf的允许值尚无一个公认的标准。 4、图解分析法 近20年来，图解法用于边坡稳定性得到大力推广和创新，特别是赤平投影的利用。这一方法的优点主要在于省略了繁琐的计算，快速、直观。缺点是带有一定的经验和概念性，因此一般用在规划阶段或初步分析阶段。 图解分析法大体可分为两类： 一类是图表分析，实际上是边坡稳定计算的图表化，适用于任何形式的滑面，如平面、弧面和双面滑动的楔体；另一类为图解分析，即利用图解形式直接判断边坡的稳定性，60年代初的斯拉扬诺夫边坡稳定玫瑰图，60年代中的实体比例投影图，70年代早期的楔体赤平投影和后期的全空间赤平投影均属此类方法。但严格说，上述分析仍属定性范畴，除了方位角度量值外，都需要配合静力平衡分析进行评价。5、块体理论 块体理论的核心是把岩体视为由不连续面切割的刚性结构体(块体)，其破坏机理为刚性块体沿软弱面滑动，其力学模型为刚体平移。在众多的块体中，必定有一块安全系数最小，首先滑动的块体，其它块体随之滑动、连锁反应、最后造成整体破坏。首先滑移的块体为关键块体(Keyblock)。采用几何数值方法，包括全空间赤平投影、矢量分析来描述块体的几何特征和稳定性。从块体理论使用方法看，它已越出了图解分析的范畴，实际上它包括了图解、极限平衡分析的方法，所以把它看成为综合分析方法更为恰当。 6、其它方法 除上述的评价方法外，尚有如优势面分析法、系统工程分析法及物理模型试验等方法。优势面理论最早由霍克(Hoek)提出，罗国煜教授又加以发展，提出了地质优势面概率，并与霍克的统计优势面相结合，这一理论认为优势面决定边坡破坏模式及其边界条件，对稳定性起控制作用。 系统工程分析是在系统论、信息论、控制论等新兴学科基础上提出的，把边坡视为岩土、工程和环境三个子系统建立系统模型，然后进行系统优化和系统价值的评价。所以，系统工程分析是以边坡工程系统的整体效应为目标，以寻求解决问题的最佳决策。 根据相似原理建立和发展的物理模型试验方法，已有20多年的应用历史，用以探讨边坡变形破坏机制，估计边坡破坏后可能产生危害的程度，具有直观这一显著优点。但这一方法在模型材料的选择、参数与荷载的模拟方面难度较大，制作与试验时间较长且价格昂贵，故无论在国内外已逐渐为应力应变分析法所取代。1.3 边坡治理技术综述通过查阅文献，总结深基坑支护技术如下：1、传统的基坑支护结构形式主要有：重力式挡土墙、钢管桩、地下连续墙、排桩、锚索格构梁等，这几种支护结构形式仍然是当今基坑开挖的主要支护形式。随着城市环境、变形控制要求的提高以及节约造价方面的需求，近年来出现了以下几种新型结构：咬合桩、土锚及复合土钉墙等1。2、土钉支护方案的大量实施，使得喷射混凝土技术得以充分运用和发展。为减少喷射混凝土的回弹量以及保护环境的需要，湿式喷射混凝土将逐步取代干式喷射混凝土18。3、为了减少基坑变形，通过施加预应力的方法控制变形将逐步被推广，另外采用深层搅拌或注浆技术对基坑底部或被动区土体进行加固，也将成为控制变形的有效手段被推广。4、为减小基坑工程带来的环境效应（如因降水引起的地面附加沉降），或为了保护地下水资源的需要，有时基坑采用帷幕型式进行支护。除地下连续墙外，一般采用旋喷桩或深层搅拌桩等工法构筑成止水帷幕。5、在软土地区，为避免基坑底部隆起，造成支护结构水平位移加大和邻近建（构）筑物下沉，可采用深层搅拌桩或注浆技术对基坑底部土体进行加固，即提高支护结构被动区土体的强度的方法。6、基坑向着大深度、大面积方向发展，周边环境更加复杂，深基坑开挖与支护的难度愈来愈大。2 工程与场区地质概况21 工程概况211 场地地理位置与交通中国航天科工集团061基地遵义航天大厦拟在贵州省遵义市汇川区大连路与杭州路交叉位置的北西侧。距遵义火车站2km，可乘市内公交车、出租车到达，交通便利。212 拟建建筑物特征遵义航天大厦为一办公和酒店融为一体的高层建筑。该工程项目由深圳市建筑设计研究院设计，分主楼和裙楼两部分。建筑物呈东西走向，占地面积5200m2，主楼26层，裙楼5层，地下室2层，建筑地面高度95.8m。结构设计为框架结构，基础形式采用独立基础。设计主楼最大轴力：中柱20000KN，边柱10000KN；裙楼最大轴力5000KN。地下室底板标高为842.50m，地面标高849.5851.5m14。基础埋深地下室开挖深度9.2010.70m。由于毕业设计要求，我进行临时性基坑边坡支护设计。22 场区工程地质概况221 地形地貌拟建场地位于岩溶低山丘陵地貌的低凹地带，场地北面相对较高，南西面较低，高程849.30-851.20m，相对高差1.90m。222 地质构造场地地处黔北NNE向褶皱带遵义向斜南东翼，区内无断裂构造通过，出露地层为三叠系下统茅草铺组（T1m），岩性为浅灰色、灰白色或灰色中厚层白云岩及含泥质白云岩，地层为单斜产出，岩层产状： 27530。223 岩土构造根据文献15，场地四周基坑壁岩土组成如下：1、杂填土（Qml）：灰褐色，由粘性土夹碎块石和建筑垃圾组成，结构松散。仅分布场地的西北角，厚度2.00m。2、素填土（Qml）：黄褐色粘性土，偶夹少量灰岩碎块石，堆积时间较长（大于10年），呈中密结构，可塑状态，整个基坑周边剖面都有分布，平均厚度8.50m。3、砂砾石（Qal）：灰褐色粘性土及粉质粘土夹约20%砂砾石，砂砾石成份以白云岩为主，粒径0.25cm。呈稍密至中密结构透水性较好，掩埋素填土层下，覆盖于红粘土或基岩面上。厚度03.50m，分布于场地东、南基坑壁。4、红粘土（Qdl+el）：褐黄色、黄色、可塑状态，分布于基岩面上，平均厚度2.0m。5、基岩（T1m）：浅灰色、灰白色中厚层白云岩和含泥质的白云岩。岩层节理发育，可见方解石晶洞。根据岩石类别和风化程度，将岩体划分为三个单元：含泥质白云岩强风化区、含泥质白云岩中风化区和白云岩中风化区。单斜岩层为倾向275 ，倾角30。224 水文地质条件与岩溶1、地表水拟建场地南侧有一溪流（干溪河）由南东向南西流，与基坑南侧最近处仅2.50m，河水面标高844.50m，低于0.00标高6.50m，水流量1015升/秒（枯水期），为地下水和地表水排泄通道。场地地形北面较高，南面及东面较低，有利于大气降水的自然排泄，地表排水条件较好。2、地下水地下水由北向南流，水量丰富，水力坡度1.5%，地下水位标高845.20m，水位埋深6.00m左右，根据钻孔抽水试验资料S=10.75m，涌水量193.88m3/d，渗透系数K=0.667m/d，影响半径R=20.9m。3、岩溶场地岩溶发育，岩层表面溶沟、溶槽发育，基岩起伏较大，岩体内以竖向溶蚀裂隙和溶洞为主，溶蚀裂隙和溶洞重充填有软塑红粘土，偶夹白云岩碎块。场地东南面为岩溶强烈发育区，其中有一个直径8m，深度大于72m的溶洞，如工程地质剖面图、。4、岩溶发育条件分析据文献15,场区下伏基岩为三叠系下统茅草铺组（T1m）白云岩及含泥质白云岩，为可溶性岩层。场地地处黔北NNE向褶皱带遵义向斜南东翼，受构造运动的影响，节理发育，有方解石脉充填。干溪河古河道位于场地东面，由北东向南西流，流过场地东南面，地表水丰富，河流改道后，地表水头和地下水水位变高，水力坡度加大，为水的流动性和机械侵蚀性提供了有利条件。所以场地具备岩溶发育的基本条件，即岩石的可溶性、透水性，水的流动性、潜蚀性。遵义地处亚热带地区，气候炎热，雨量充沛，又有一条河流通过，故具有岩溶发育良好的自然因素。3 边坡稳定性评价31 概述311 边坡稳定性概念 边坡是经人类工程活动，在斜坡上产生的、具有一定高差和较大坡度的人工地形，或为人类工程建设需要而应该评价的处在斜坡上的自然地质单元22。由于坡面倾斜，坡体本身自重及周边环境改变的影响下，整个岩土体有减小势能的趋势。若在坡体内有一滑动优势面，其上下滑力大于抗滑力时，边坡将产生滑动，失去稳定。此时，只有通过人为因素进行减荷或支护加固，达到减小下滑力和增加抗滑力，使边坡达到稳定状态。312 边坡破坏的类型和特征边坡破坏有很多形式，可从不同的角度将其分类。按边坡变形破坏类型和特征划分如表3.1：表3.1边坡变形破坏主要类型和特性变形破坏类型变形破坏特征崩塌边坡岩土体掉落或滚动滑动平面型边坡岩土体沿平面结构面滑动弧面型散体结构、碎裂结构的岩土质边坡沿弧形滑动面滑动楔形体结构面组合成楔形体，沿滑动面交线方向滑动蠕动倾倒反倾向层状结构的边坡，表面岩层逐渐向外弯曲、倾倒溃屈顺倾向层状结构的边坡，岩层倾角与坡角大致相等，边坡下部岩层逐渐向上鼓起，产生层面拉裂和脱开侧向张裂双层结构的边坡，下部软岩产生塑性变形或流动，使上部岩层发生扩展、移动张裂和下沉流动崩塌碎屑堆积向坡角流动，形成碎屑流313 影响边坡稳定性的因素边坡的稳定是一个比较复杂的问题，影响边坡稳定性的因素较多，主要有以下几个方面：1、地形地貌地形地貌与自然边坡稳定性有一定关系。斜坡的高度、坡度和形态是影响斜坡稳定性的重要因素。边坡潜在不稳定的地形地貌有：临空面多的山体、陡坡、陡崖、阶地前缘地带、易受水冲刷和淘蚀的河流凹岸地带、易汇水的山间缓坡地段、泉水出露地段、山坡表面有裂缝地段等。2、岩土性质边坡岩土成因类别、矿物成分、原生构造、物理力学性质等是影响边坡（特别是土质边坡）稳定性的重要因素之一。这些性质包括：包括岩土的坚硬(密实)程度、抗风化和抗软化能力，抗剪强度，颗粒大小、形状以及透水性能等。其中抗剪强度是控制边坡稳定的主要指标，其他指标是通过改变岩土的抗剪强度而影响边坡的稳定性。3、岩土结构及构造岩土体的结构面往往是影响岩质边坡稳定的控制因素。岩土体结构面包括层理面、断层面、节理面、劈理面、不整合面、风化界面、卸荷裂隙。岩体结构面性质包括产状、充填物质、粗糙度、胶结情况及延伸分布等，包括节理、劈理、裂隙的发育程度及分布规律，结构面胶结情况以及软弱面、破碎带的分布与斜坡的相互关系，下伏岩土面的形态和坡向、坡度等。4、水文地质作用水的作用是影响边坡稳定的一个极为重要的因素，如地下水埋藏条件，流动、潜蚀情况以及动态变化等，其影响主要表现：增大滑面上的孔隙水压力，相应减小了有效应力，降低了滑面上的抗剪强度。软化岩土体，一定程度降低了岩土抗剪强度，如红粘土等。增加了土体质量，相应加大了净滑动力。坡缘垂直张裂缝充水增加滑动推力。 易溶矿物或软弱夹层，在地下水的溶滤作用下，造成化学管涌和机械侵蚀。5、地震作用地震作用除了岩土体受到地震加速度的作用而增加下滑力外，在地震作用下，岩土中的孔隙水压力增加和岩土体强度降低都对斜坡的稳定不利。6、气候作用岩土风化速度、风化层厚度以及岩石风化后的机械变化和化学变化，均与气候有关。此外气候引起的降水作用也是影响边坡稳定的重要因素。7、风化作用风化作用使岩土的强度减弱，裂隙增加，影响斜坡的形状和坡度，使地面水易于侵入，改变地下水的动态等。同时，沿裂隙风化时，可使岩土体脱落或沿斜坡崩塌、堆积、滑移等。8、人类活动人类活动对边坡稳定性的影响很大。例如：因基坑开挖，人为使边坡变高变陡而临空；地下水位下降，基坑周边岩土体主动土压力增加；水的渗流可能形成管涌，使周围土体形成土洞等，导致岩土体失去稳定性。3.2 场地边坡稳定性分析3.2.1 基坑边坡稳定性影响因素拟建建筑物地下室基坑开挖深度将在9.20-10.70m，标高在842.50m（考虑地下室底板施工）。而场地土层厚度大多为11m左右，除场地的北部土层较浅（4m左右）需要涉及到一部分岩石外，其余地段多在素填土和红粘土中进行。而组成基坑边坡土层的物理力学指标加权平均数据根据详勘资料，分别为：重度=18.7（KN/m3），内聚力C=41.4（KPa），内摩擦角=10.4。考虑施工期间的各种不利影响因素（特别正处在雨季），结合地区经验值，再考虑基坑边坡稳定性和进行支护设计时按下列数据采用：重度=18（KN/m3），内聚力C=35（KPa），内摩擦角=7，地下水位高于基坑开挖深度4m左右。基坑周边建（构）筑物情况，在场地北侧北西侧距基坑边线分别为13m、3m处有一栋六层和一栋三层砖混结构的居民住房、南西侧距基坑边线3m处有九层框混结构的居民住宅，该三栋建筑物基础形式均为条形基础，基础埋深较浅，而拟建建筑物基坑开挖10m左右。另在场地的东侧和南侧均为市区交通要道，电缆线、排污管和煤气管道，与基坑边线的水平距离约0-15m。此外，在基坑南侧距基坑边线2.50m（最近距离）存在一条小溪（干溪河），溪水长年不断，流量10-15升/秒（枯水期）。这些都是基坑支护设计中必须考虑的重要因素。场区地下水为岩溶裂隙水，补给途径较远，水量丰富。基坑开挖时的大量抽排地下水，将会导致地下水位下降，地下水影响半径加大，必然影响周边建（构）筑物地基，造成地基土体压缩，从而使房屋产生开裂，破坏开挖边坡和周边建筑的稳定。另外，南面邻近干溪河，在自然条件下，是场地地表水的主要排泄通道。基坑开挖后，坑底标高低于河床标高，地层为砂砾土层，透水性较好，干溪河河水将倒流，成为未来基坑涌水的主要补给通道。3.2.1 计算指标的确定1、土岩物理力学指标据文献14基坑开挖深度在9.2010.70m，场地土层厚度大多为11m，基坑侧壁多在素填土和红粘土中。建筑边坡稳定性评价采用值为：土层：重度=18（KN/m3），内聚力C=35（KPa），内摩擦角=7。泥质白云岩：等效内摩擦角=40 ，fr=135kpa白云岩：=30，C=60kpa ，fr=380kpa场地地下水位标高：h=846.5m 渗透系数： 0.657m/d2、基坑侧壁安全等级及重要性系数根据建筑基坑支护技术技术规程JGJ120-99第3.1.3条规定，综合确定。北西侧KA段因为住宅楼3层，r0=1.1北侧AB段因有足够放坡条件，r0=1.0东侧BCDEFG段：无重要建筑，r0=1.0GHIJ段，因有小河，r0=1.0JK段相邻建筑为孔桩基础，r0=1.03、地面荷载因勘察报告中根据现场实际情况，建筑荷重分别取：九层楼每层18kN/，9层计取，q0=162kN/。三层楼每层18kN/，4层计取，q0=72kN/。六层楼每层18kN/，6层计取，q0=108kN/。公路动荷载取5kN/。4、基坑底面标高根据地下室底板标高842.50m，考虑地下室底板施工，取基坑底面标高842.0m。3.2.3 边坡稳定分析基坑开挖按平均深度取9.50m，地面标高取851.50m，基底标高取842.00m。坡度为90时，大部分为土层，按建筑地基基础设计规范GB50007-2002，8用圆弧条分法计算，分析各段基坑开挖后未进行治理的稳定性。1、软弱滑动面的确定查建筑边坡工程技术规范GB50330-2002，9用下列公式进行边坡塌滑区估算：据文献20 作图确定圆弧滑动面如示意图1所示，首先边坡塌滑区与地面线的交点A、C,A为剪出口，C为边坡塌滑区。连接AC，作AC的中垂线EF，过C点作铅垂线CD。实际情况下，滑动面圆弧不可能凹进铅垂线CD右侧，故此在EF线上找一点为圆心O，使能作过A点和C点并与CD线相切的弧。此时过 A点、C点和以CD为切线可以唯一确定一个圆弧 AC，该圆弧面定为软弱滑动面。2、JK段稳定性分析九层楼每层18kN/，9层计取，q0=162kN/查建筑边坡工程技术规范GB50330-2002 9 ，用下列公式进行边坡塌滑区估算： L取7.5m已知边坡高度、坡度、边坡滑动区距离，根据上述理论作圆弧滑动面，确定圆弧滑动面及半径，如示意图2所示。用圆弧条分法计算如下表3.2：表3.2编号i土条重量Qi/KNsini切向力Ti=Qisinicosi法向力Ni=Qicositani摩阻力Nitani总粘聚力cbl/kN117189.345168.210.29259.120.956160.810.12319.783512.909=451.82224188.97161.460.40765.710.914147.5718.15330188.46152.280.576.140.866131.8716.22437187.42+162295.560.602117.930.8236.4529.08545186.925+162286.650.707202.660.707202.6624.93653185.76+162= 265.680.8205.340.602159.9919.678765184.015+162=234.270.906212.250.42399.1012.19880181.470.5+1620.5=94.230.98592.820.17416.400.982.02合计1031.97142.05451.82=0.583、KA段稳定性分析三层楼每层18kN/，4层计取，q0=72kN/查建筑边坡工程技术规范GB50330-2002 9 ，用下列公式进行边坡塌滑区估算： L取7.5m，已知边坡高度、坡度、边坡滑动区距离，根据上述理论作圆弧滑动面，确定圆弧滑动面及半径，如示意图3所示：用圆弧条分法计算如下表3.3：表3.3编号i土条重量Qi/KNsini切向力Ti=Qisinicosi法向力Ni=Qicositani摩阻力Nitani总粘聚力cbl/kN117189.345168.210.29259.120.956160.810.12319.783512.909=451.82224188.97161.460.40765.710.914147.5718.15330188.46152.280.576.140.866131.8716.22437187.42+72205.560.602102.640.8164.4520.23545186.925+72196.650.707139.030.707139.0317.10653185.76+72= 175.680.8140.540.602105.7613.00765184.015+72=2144.270.906130.710.42361.037.50880181.470.5+720.5=49.230.98548.490.1748.571.05合计762.38113.03451.82=0.744、AB段稳定性分析六层楼每层18kN/，6层计取，q0=108kN/。查建筑边坡工程技术规范GB50330-2002 9 ，用下列公式进行边坡塌滑区估算：由于基岩埋藏较浅，只有4m。下伏基岩产状为27530，坡面为切向坡，故岩层稳定。 L取3.5m，已知边坡高度、坡度、边坡滑动区距离，根据上述理论作圆弧滑动面，确定圆弧滑动面及半径，如示意图4所示：用圆弧条分法计算如下表3.4：表3.4编号i土条重量Qi/KNsini切向力Ti=Qisinicosi法向力Ni=Qicositani摩阻力Nitani总粘聚力cbl/kN110183.970.4=28.580.1744.970.98528.150.1233.46355.80.4=81.2216183.870.4=27.860.2767.690.96126.773.29322183.690.4=26.570.3759.960.92724.633.03428183.500.4=25.20.46911.140.88322.252.74535183.300.4=23.760.57413.640.81919.462.39643182.970.4=21.380.68214.580.73115.631.92751182.540.4=18.290.77714.210.6298.581.06862181.920.4=13.820.88312.200.4696.480.80979180.780.4=2.620.9822.570.1910.500.06合计90.9615.8381.2=1.065、BJ段稳定性分析公路动荷载取5kN/。查建筑边坡工程技术规范GB50330-2002 9 ，用下列公式进行边坡塌滑区估算： L取7.5m，已知边坡高度、坡度、边坡滑动区距离，根据上述理论作圆弧滑动面，确定圆弧滑动面及半径，如示意图5所示：用圆弧条分法计算如下表3.5：表3.5编号i土条重量Qi/KNsini切向力Ti=Qisinicosi法向力Ni=Qicositani摩阻力Nitani总粘聚力cbl/kN117189.345168.210.29259.120.956160.810.12319.783512.909=451.82224188.97161.460.40765.710.914147.5718.15330188.46152.280.576.140.866131.8716.22437187.42+5138.560.60283.410.8110.8513.63545186.925+5129.650.70791.660.70789.5411.01653185.76+5= 108.680.886.940.60265.438.05765184.015+5=77.270.90670.000.42332.694.02880181.470.5+50.5=15.730.98515.490.1742.740.34合计548.4791.20451.82=0.99根据稳定性系数K计算结果分析：AB段K=1.06、BJ段K=0.99、JK段K=0.58、KA段K=0.74，稳定性系数均小于规范规定的1.25，必须进行基坑边坡治理。4 边坡治理方案4.1 边坡设计方案选择由于本工程基坑开挖后形成高9.2m10.7m的岩土质边坡，以土质边坡为主，根据场区工程地质及水文地质情况复杂，周边建（构）筑物距基坑开挖边线距离红线及周边建（构）筑物较近，如附录图1，具体支护方案如下表4.1。表4.1部位支护形式r0长度(m)支护地段q0KN/m2说明北侧坡面按1：0.6放坡后锚杆挂网喷砼土钉墙支护r0=1.062.3A-B108建筑物距离基坑边线13m，有放坡条件。基岩埋深4m，岩层为切向坡，较稳定。土层较薄，稳定系数1.06。东侧支护桩加预应力锚索支护r0=1.068.9B-H51#号道路距离基坑边线较近。人行道边有排污管道、地下管线。整个边坡均为土层，不具放坡条件南侧采用支护桩支护r0=1.025.9H-I5二层临时办公楼基坑边线较近。与大连路相邻,有电缆沟、煤气管、干溪河。支护桩加预应力锚索支护r0=1.037.2I-J5西侧支护桩加预应力锚索支护r0=1.025.9J-K162基坑边线距9层建筑物3m,基坑基础开挖深度大。对变形要求严格。支护桩加预应力锚索支护r0=1.127K-A72基坑边线距3层砖混结构房屋3m（最近处），房屋结构差，对变形要求严格。支护系统：根据勘察报告和建筑基坑边坡工程技术规范，推荐采用放坡结合锚杆挂网喷砼土钉墙，支护桩加预应力锚索支护的支护形式，根据场区岩土工程地质情况和场区现状，结合各种支护方式的施工工艺特点，为了保护好周边建筑物和构筑物，采用不同支护措施进行组合，(详见设计图1-15)。根据场地周边建筑及地下管网埋置情况，在施工前及施工过程中进一步调查了解。采用文字记录、照相、图件等手段作好记录，以便及时调整支护方案。排水系统：根据遵义地区气象水文条件，该地区处于亚热带，气候炎热，雨量充沛，而基坑支护施工正处在雨季和主体施工时间长。故应在坡顶修建排水沟，坡面按设计安置泄水孔。在场地周边先进行抗滑桩施工，保证以后施工边坡稳定的情况下，再对场地西侧、南侧和北侧进行双排帷幕注浆，施工后使其开挖坡面形成“隔水墙”。，故对该地段进行双排帷幕注浆。4.2 边坡设计计算4.2.1 抗滑桩锚索设计计算以KA段设计计算为例。KA段因有一幢三层住宅，距基坑仅3米（最近处），无放坡条件。根据建筑边坡工程技术规范GB50330-2002第6.4.1条，基础位置，且对变形控制严格，排桩加锚索支护。地面附加荷载q0，按每层18kN/，4层计取，q0=72kN/。1、水平荷载标准值根据建筑基坑支护技术规程JGJ120-99，3.4节、3.5节及建筑边坡工程技术规范GB50330-2002附寻F.0.5条。地下以下桩计算宽度为0.9（1.5D+0.5）其中D为桩径。设排桩间距3米，地面上计算宽度为3米，地面下计算宽度为2.1m，设桩长1.8m，桩前被动土计算宽度为b+0.5=1.7m。表4.2深度ep kNea kNE KN009.0363.7Ea=1563.99.00254.611.078.2313.811.0536.8643.516.01174.4130.82、第一反弯点Yn根据得第一反弯点。从上表看出，在11.0m处的岩土结合面为第一反弯点，Yn=2.0m。3、锚索水平分力二道锚索，第一道锚索标高849.00m，第二道锚索标高846.0m，其水平分力为按二道锚索拉力相等，即H1=H2H29+H16=1563.94.9得=544KN 取 H1=600KN4、桩入土深度桩最小入土深度,2.0m作用点到反弯点的距离。如示意图6所示：基坑下16.0米处被动土压力为1174.4kn，主动土压力为130.8kN，自反弯点以下呈线性分布，则反弯点以上主动土压力合力为 取5、锚索设计由于岩层埋深在基底下2.0m，为免锚索过长，取锚索倾角=30。、锚索水平设计值 取1.25 锚索轴向受拉承载力设计值计算如下表4.3：表4.3水平力（KN）倾角轴向受拉设计值（KN）计算值设计值60082530952.7、预应力钢绞线式中：fpy预应力钢绞线拉拉强度设计值，取1860级钢绞线，fpy=1260 N/mm2=756.1mm2采用15.24钢绞线AS=139mm2 n=5.43 取n=6、锚固段长度或中：D锚孔直径取130m；rs锚索轴向受拉抗力分项系数 取1.0=6.14m 取 8.0m、预应力锚索与砂浆的锚固长度La。式中：锚索与砂浆粘结强度工作条件系数取0.72fb锚索与锚固砂浆间粘结强度设计值，采用M30水泥砂浆，fb=2.95Mpa。满足6、 抗滑桩计算表4.4深度m剪力Q（KN）弯矩M（KN.m）000254.14/-489.8628.875-96.42/-640.42-945.79475.91-1500.811966.11-47.312640.2213824.4814465.8815-422.41基底处弯矩最大 M=-1500.8KN基低岩土结合面剪力最大 Q=966.11KN取为桩设计用值。取桩直径1200mm，钢筋保护层厚25mm，现浇C30砼，支护结构安全等级一级，预留160mm锚孔。弯矩设计值 M=1500.8KN剪力设计值 剪力Q=966.11KN根据对应于受压区混凝土截面积的园心角（rad）与2的比值s对应于周边均匀受拉钢筋的园心角（rad）与2的比值，as值宜在1/6到1/3之间选取，通常取0.25s对应于周边均匀受压钢筋的园心角（rad）与 2的比值，宜取构件截面积、均匀配置在圆心角、内沿周边的纵向受拉、受压筋面积r圆形截面半径rs纵向钢筋所在周围半径fy普通钢筋的抗拉强度设计值，300N/mm2为计算简化 取、.则根据混凝土结构设计规范（GB50010-2002）第7.5.15条，园截面等代为矩形截面b=1.76r h0=1.6r式中：r 圆形截面半径，r=600mmb=1.76600-180=876.00 h0=1.6600-30=930.00mm截面验算取保护层厚度25mm砼为C30;fy=300N/mm2fc=14.3N/mm2r=600mm rs=575mm、纵向受力钢筋按试算法钢筋，配1625钢筋=1+0.750.1458-(1+0.570.1458)2-0.5-0.6250.1458=0.311.2520.31=0.63、箍筋令Np=0V=0.71.4313201200 =1585584975.5KN按混凝土结构设计规定（GB50010-2002）第7.5.7条，可不进行斜截面的受剪承载力验算，而仅需根据规范的有关规定，按构造要求配置箍筋。采用10螺旋箍筋，间距150mm。4.2.2 土钉墙设计计算1、水平荷载标准值根据建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）第3.4节，水平荷载标准值为式中：基坑外侧竖向应力标准值： = 基坑侧壁水平荷载标准值（见主动压力分布曲线，示意图6）取地面荷载q=5KN，根据上式计算如下：e0=50.783-2350.885=-58.04KNe1.5=(5+1.518)0.783-2350.885=36.89KNe3.0=（5+3.018）0.783-2350.885=-15.75KNe4.5=（5+4.518）0.783-2350.885=5.39KNe6.0=（5+6.018）0.783-2350.885=26.53KNe7.5=（5+7.518）0.783-2350.885=47.67KNe9.0=（5+918）0.783-2350.885=68.11KN2、土钉设计计算基坑高度9.07.2m，分别按1:0.6，1:0.4，1：0.1放坡，采用土钉墙支护，土钉水平，垂直间距1.5m，土钉与水平面夹角15，钻孔直径90mm。、荷载折减系数式中：土钉墙坡面与水平面夹角按1:0.6放坡，=59.1,如示意图7所示： 按1.0.4放坡，=68.2如示意图8所示：按1：0.1放坡，=84.3如示意图9所示：、单根土钉受剪荷截标准值、土钉穿越稳定土体内的长度lis土钉抗拉抗力分项系数 取 s =1.3 dnj土钉锚固体直径d=90mmqsik土钉与锚固体极限摩阻力 土层qsik=25Kpa 岩层qsik =380Kpa1:0.6放坡：L1=0m L2=0m L3=0m L4=6.08m L5=6.99m L6=19.75m （岩中须1.3m或加作7# 1个10m土中杆）1:0.4放坡: L1=0m L2=0m L3=0m L4=7.0m L5=8.05m L6=22.76m （岩中须1.5m或加作7#1个11.4m土中杆）1:0.1放坡：L1=0m L2=0m L3=4.5m L4=3.34m L5=5.67m L6=8.2m L7=10.6m 、土钉截面计算钢筋面积： 式中AS=67.393001000=224.63综合考虑取土钉为18，A=254.5mm、土钉长度设土体