圆弧滑动法计算在深基坑支护设计中的应用

圆弧滑动法计算在深基坑支护设计中的应用黄明献中铁上海工程局集团第五工程有限公司摘要：深基坑支护是很多工程建设的施工重点和难点，而其中深基坑支护设计是保证深基坑工程施工作业安全的前提条件。现以房屋建筑工程中深基坑工程为例，从根据基坑边界和土层条件不同，经过圆弧滑动法计算，分析深基坑边坡稳定性后设计为喷射混凝土放坡护坡和排桩支护（排桩间采用土拱作法支护），来重点阐述圆弧滑动法计算在深基坑支护设计中的应用。关键词：深基坑工程；圆弧滑动法计算；边坡稳定性分析；排桩支护设计；喷射混凝土放坡护坡1引言在深基坑工程施工之前要编制《土方开挖及深基坑支护安全专项施工方案》（以下简称:专项施工方案）来保证深基坑工程的安全施工，而其中深基坑支护设计是保证深基坑工程施工作业安全的前提条件。现以中铁上海工程局集团第五工程有限公司武鸣基地建设项目一期工程（以下简称“本工程”）房屋建筑工程中深基坑工程为例，本工程为一层地下室，开挖深度5.55m~7.15m，土层平均厚度为16.68m，这属于危险性较大的分部分项工程。易引发深基坑工程施工质量安全事故的主要原因之一是基坑支护失稳而造成土体坍塌，为了避免灾难性的工程质量安全事故的发生，从根据基坑边界和土层条件的不同，经过圆弧滑动法计算，分析深基坑边坡稳定性后设计为喷射混凝土放坡护坡和排桩支护（排桩间采用土拱作法支护），来重点阐述圆弧滑动法计算在深基坑支护设计中的应用。全等级为二级，重要性系数为1.0。基坑周边长约295m、底面2积约3940m、开挖深度5.55~7.15m，周边为空地，四周无房屋建筑、道路，土层平均厚度为16.68m。4本工程的圆弧滑动法计算，分析边坡稳定性4.1圆弧滑动法计算依据2本工程的地质、水文情况及土层力学参数本工程地处岩溶地貌，地势平坦。根据钻探揭露结果有2个主要土层，自上而下分别为：上覆人工堆填（Q4ml）杂填土①层，层厚为0.50m~7.50m，平均为2.97m；第四系上更新统残积层（Q3el）红黏土②层：红黏土②-1层厚为2.20m~17.00m，平均为10.76m，红黏土②-2层厚为0.90m~9.20m，平均为2.95m；下伏二迭系下统的石灰岩③层。地下水主要为赋存于杂填土①层中的上层滞水、红黏土②层中的孔隙水及灰岩③层中的岩溶裂隙水，测得地下水稳定水位埋深3.10m~17.70m。依据调查，场地地下水年变幅约为1.00m~2.00m（见表1）。

（1）计算土质边坡的稳定性时，可采用圆弧形滑面（GB50330—2013《建筑边坡工程技术规范》中5.2.3条款）。

（2）支护结构构件或连接因超过材料强度而破坏，或因过度变形而不适于继续承受荷载，或出现压屈、局部失稳时采用承载能力极限状态（GB50330—2013《建筑边坡工程技术规范》中3.1.4条款）。

（3）基坑工程设计应包括基坑支护体系的稳定性验算，支护结构的承载力、稳定和变形计算（GB50007—2011《建筑地基基础设计规范》中9.1.3条款）；所有支护结构设计均应满足强度和变形计算以及土体稳定性验算的要求（GB50007—2011《建筑地基基础设计规范》中9.1.5条款）。

4.2圆弧滑动法计算总体思路假设滑动面呈圆弧形的滑动土体，分成9条块分别计算，取其总和，以滑动土体对其圆心的总抗滑力矩与总滑动力矩之比为安全系数的土体稳定计算方法。4.3圆弧滑动法计算假设条件3基坑工程情况本工程采用坡顶排水，坑壁滤水，坑底降水的措施，所以在圆弧滑动法计算时不考虑地下水对深基坑支护的影响。采用承载能力极限状态进行直立边坡的计算，直立边坡上部不堆土、不堆物，即坡顶堆载取值为0。本工程为一层地下室，属临时性深基坑支护工程，基坑安4.4圆弧滑动法计算过程表1地基岩土层物理力学性质指标建议值

（注：*为经验值）直剪（天然快剪）

指标

地层杂填土①层红黏土②-1层

承载力特征值ƒk（kPa）/压缩模量Es1-2（MPa）/天然重度

黏聚力

γ（kN/m5）18.5*18.917.621*21*Ck（kPa）5.0*61.3（三轴cu）（)76）

28.40（三轴cu）（30.8）

//内摩擦角Φk（°）11.22（三轴cu）（12）

6.（三轴cu）（13.8）

//25.1858.928.0*岩石抗压强度标准值

ƒak（MPa）

2001501000500010.955.28//红黏土②-2层破碎灰岩③-1层软完整灰岩③-2层

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应用与实践表2

圆弧滑动法采用分条法的具体计算过程表

土条中点处高编号

度h（m）i

1234567合计

6.436.225.885.414.814.113.302.391.40土条重量

Qi=∑（γi×hi×bi

（kN）

115.87112.17106.1997.9287.3675.0460.7844.2225.9sinαi

0.120.230.350.450.550.660.730.810.87切向Ti=Qi×sinαi

13.9025.8037.1744.0148.0549.5344.3735.82321.1822.53cosαi

0.9930.9720.9380.10.8320.7610.6800.5980.490法向力Ni=Qi×cosαi

115.06109.0299.6187.2572.6857.1141.3326.4412.69tanφi

0.1160.1160.1160.1160.1160.1160.1160.1410.141摩阻力fi=Ni×tanφi

13.3512.6511.5510.128.436.624.793.7373.031.79说明：1、工程采用坡顶排水，坑壁滤水，坑底降水的措施，所以在圆弧滑动法计算时不考虑地下水对深基坑支护的影响。

2、直立边坡上部不堆土、不堆物，即坡顶堆载取值为0。3、土条中点处高度h（）可采用算术计算法或作图法。im

（1）根据以往的计算经验，当Φ≥10°时，取滑弧通过坡角，这是最危险的滑弧，开挖深度h=6.5m，半经R=10m，土条宽bi=R/10=1m，红黏土②层力学性质按最不利情况考虑。圆弧滑动法计算采用分条法，具体分条法见图1。4.5fi=Ni×tanφi（5)计算弧面上的总滑动力矩：MR=R×（∑fi+∑CiL）（5.0×3.51+28.4×8.25）]=i=10×[73.03+10×（73.03+251.85）=10×324.88（6）计算弧面上的总抗滑力矩：MT=R×∑（Qi×sinα）i=10×321.18（7）计算弧面上的稳定安全系数：K=MR/MT=（10×324.88）（/10×321.18）=1.01分析边坡稳定性图1圆弧滑动法计算分条法（2）圆心角α的计算：sin（α/2）=（AB水平距/2）/10=（[6.5×6.5+9.0×9.0）/2]/10=0.555解得α=67.4°（其中AB水平距经过计算和作图实测，取9.0m）。（3）总滑弧长：L=（R×π×α）/180°=11.76m杂填土①层的滑弧长L1的计算：根据勾股定理和弧长计算公式，解得α1=20.1°，L1=3.51m红黏土②层的滑弧长L2的计算：L2=11.76-3.51=8.25m（4）各土条参数的计算。各土条中点处高度h（）的计算，计算公式见上图。im计算各个土条重量：Qi=∑（γi×hi×bi）（kN）计算各个土条的切向力：Ti=Qi×sinαi计算各个土条的法向力：Ni=Qi×cosαi计算各个土条的摩阻力：经过圆弧滑动法计算，直立边坡滑弧面上的稳定安全系数K=1.01，深基坑边坡在没有任何干扰的情况下欠稳定，如若受坡顶堆载、地下水渗流等的影响（本工程测得地下水稳定水位埋深3.10m~17.70m），地下水的存在使土体抗减强度急剧下降，深基坑边坡不稳定性。本工程边坡安全等级为二级临时边坡，规范要求边坡稳定安全系数1.2（GB50330—2013《建筑边坡工程技术规范》中5.3.2条款），由于边坡稳定性系数小于边坡稳定安全系数，故应对边坡进行处理。5支护桩支护设计通过以上圆弧滑动法计算和进行边坡稳定性分析，确定深基坑南面和西面受场地采用排桩支护设计（排间采用土拱作法支护），北面和东面周边为空地范围较大，为了减少基坑支护成本，采用喷射混凝土放坡护坡设计。其具体设计内容如下。（1）排桩支护设计：排桩支护抗倾覆稳定安全系数，取Kt≥1.30,桩径均为800mm，总桩数86根，采用旋挖钻孔灌注施工。经过圆形截面混凝土支护桩的正截面受弯承载力计算后，南面支护桩长9.5m，桩间距1600mm，支护桩主筋为21根三级钢直径22mm；西面桩长8.5m，桩间距1800mm，为16根三级钢直径22mm；螺旋箍筋均为三级钢10@150，桩身加劲筋为三级钢16@2000。冠梁宽度800mm，高度600mm。支护桩顶部钢筋伸入冠梁600mm，桩身采用水下浇筑C30混凝土，冠梁混凝土强度为C30，钢筋保护层50mm。（2）喷射混凝土放坡护坡设计：二阶放坡，中上部设放坡平台宽1000或3000mm，边坡上坡度为27°或37°，下坡度为45°；护坡为钢筋混凝土护坡，钢筋网为Φ6.5@200×200，单层双向布置，钢筋头采用焊接接头，单面焊不小于10d，钢筋网焊接采用点焊，坑顶设置“护顶”，护顶宽度不小于1m或至围墙边。（3）为了确保排桩支护和喷射混凝土放坡护坡在深基坑240

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应用与实践工程施工过程中的安全施工，还应按如下边坡设计做好下列工作：①基坑开挖修整后，及时设置泄水孔挂网，并喷射混凝土面层，土体暴露时间不宜超过6个小时。②基坑坑壁设置泄水孔，采用500mm的PVC管制作，直径为Φ50。支护桩位置泄水孔间距：水平间距同桩间距，垂直间距2000mm；护坡放坡区泄水孔间距：水平、垂直间距均为3000mm。泄水孔倾角5%，埋入土体段用纱网包裹。③基坑地下水处理：由于基坑底仍处于红黏土中，和灰岩有一定的距离，地下水较小，因此，采用集水明排法进行地下水控制。④集水明排的做法为：在基坑顶、坑底四周分别设置宽度不小于300mm的排水明沟，沿排水沟设800mm×800mm×1200mm集水井，集水井位置根据现场具体情况确定，每25m~30m一个，积水经三级沉淀后排入市政管网。⑤本工程坡顶、坑底四周分别设置宽度300mm的排水砖砌明沟及集水井，用M2.5水泥砂浆砌筑120mm厚水沟、240mm厚集水井，内侧、底部抹15mm厚1:3水泥砂浆。（上接第237页）

止无关人员干扰关闸操作影响抢修的施工进度。（4）在工程场地中，相关的维修器械以及设备堆放应注意排序，防止用混或是意外设备启动等安全事故。（5）在施工期间，需要注意围观群众的疏散与宣传，避免谣言传出。除了设置警示牌，还应设立专门的安全人员进行交通的相关疏导操作。（6）在交通和排水下水道等公共设施受到影响而损坏无法使用时，供水公司应及时和相关市政部门保持信息交流与沟通，取得有关部门的积极配合。Doors&Windows

6结语由于城市地面空间发展的，房屋建筑工程正朝着地下空间延伸，深基坑工程是城市现今发展的主向，而深基坑支护设计是编制专项施工方案的重要内容，其深基坑支护设计水平是保证深基坑工程施工作业安全的前提。在查明工程地质、水文地质条件的基础上，根据边坡岩土参数和工程环境，通过采用圆弧滑动法计算，分析深基坑边坡的稳定性，再经过圆形截面混凝土支护桩的正截面受弯承载力计算后，确定设计排桩支护的桩径、桩长、桩间距及配筋率和放坡坡率，能够在确保质量安全施工的前提下，有效合理地节约边坡支护的费用。参考文献：[1]JGJ120—2012.建筑基坑支护技术规程[S].[2]GB50330—2013.建筑边坡工程技术规范[S].[3]李广信.高等土力学（第二版）[M].北京:清华大学,2017.[4]GB50007—2011.建筑地基基础设计规范[S].水报告的区域。供水公司应针对这些管道进行特殊的维护，以防爆裂漏水的现象发生[6]。4结束语供水网络的整体正常运行对城市中用水用户的需求有着关键意义，是涉及到人民群众基本要求的部分，供水公司应积极做好相关爆漏预案，在事故发生时及时处理，保证用水安全。参考文献：[1]林玉.谈谈市政供水管网爆漏抢修应急预案的制定[J].广东科技,2007(4):162~163.[2]温蔚青.城市供水管网档案管理应注意的几个问题[J].福建档案,2002(6):27~28.[3]王建德.浅淡供水管网抢修中“哈夫节”的应用[J].中华民居(下旬刊),2014(1).[4]张铁刚.天津市供水管网爆管折管分析及降漏对策研究[D].西安建筑科技大学,2006.[5]黄民忠.浅谈市政供水管网漏损的对策[J].工程建设与设计,2019(12).[6]余超.市政给水管网渗漏检测分析[J].建筑技术开发,2017(23).3.5相关预防措施（1）应加强对送水管道的日常监测和管理，组织相应的管线巡视人员定期进行管线沿线及附属设施检查，通过对供水网络的检查，将管道健康状况进行详细的记录。例如管道所在位置是否穿过其他管道网络，或是周边地区是否有特殊地理地形，以[5]及管道本身的状况，是否有漏水和裂缝的情况发生等。（2）注意相关施工信息，一些对地面的施工也会影响到地下的送水网络，尤其是下沉水井的相关施工、未被批准的地基施工、大型基底施工等，这些施工由于会影响到土壤的疏松程度，将对地下管道造成严重的威胁。（3）针对使用年限超过一定年数的管道，应进行及时的维护修理。特别是已经检测出具有裂缝的相关管线，以及有漏（上接第238页）

作为工作重点目标，保证洪涝、旱灾等问题的统筹兼顾，只有实现工程措施和非工程措施之间的紧密结合，才能为分片综合治理工作的开展提供有效帮助。淮河流域除涝工程点相对密集，管理任务也比较繁重，所以在工作开展中我们更需要加强对非工程措施的制定，从而实现工程管理水平的提升：按照国家发展建设要求，开展除涝工程的立项工作。加强对除涝工程管理提出的创新和优化，保证工程的稳定与合理运行。适当强化水资源开发利用和除涝建设相互关系的有效研究。在保证上述综合治理手段的有效应用下，除涝工作的开展必然会得到稳定发展。题的治理，只有这样才能保证规律性和科学性的开展治理洪涝工程建设工作，改变目前洪涝灾害频繁发生的问题，最终为经济效益和社会效益提升奠定良好基础。参考文献：[1]范磊.河南省农民排灌协会应对淮河流域重点平原洼地治理浅谈[J].河南水利与南水北调,2013(9):34~35.[2]姜健俊,孙浩,朱义宏等.淮河流域重点平原洼地治理对策思考[J].治淮,2015(4):13~14.[3]王九大.淮河流域重点平原洼地涝灾综合治理对策研究[J].水利经济,2013(6):51~54.[4]史志刚.安徽省淮河流域洼地治理世行贷款项目建设管理措施分析[J].江淮水利科技,2016(1):39~41.[5]张永生,牛战富,卢磊等.浅谈世行贷款淮河流域重点平原洼地治理工程建设管理[J].治淮,2018(5):38~39.[6]黄玉芳,王成,申景芳等.淮河流域重点平原洼地治理工程重要环境问题影响研究[J].治淮,2014(12):22~23.4结束语综上所述，淮河流域本身就是我国重要的能源基地，是粮食生产比较密集的区域。所以在实际工作中有效研究涝灾成因，按照易涝洼地的类型开展针对性工作，加强合理分区，对于综合措施的制定和贯彻都将起到更为显著的积极影响。虽然目前我国发展水平已经有了较大进步，但是在很多细节问题上仍然存在显著问题，因此我们更需要加强对淮河流域问2019.10

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