場地樁基施工對邊坡穩定性的影響分析

齊權 李銘杰 夏彤

（江蘇省淮沭新河管理處 江蘇淮安 223005）

工程施工中，場地樁基施工是基礎部分，能夠影響到后續的所有工程質量，邊坡穩定性就是其中一種。邊坡的穩定性是滿足后續工程建設的基本要求，實現對工程質量的保障。因此，探尋場地樁基施工對邊坡穩定性的影響，需要從樁基施工各方面出發，保證邊坡穩定性能夠達到實際要求。

1 場地樁基施工對邊坡穩定性的影響分析方法

1.1 定性分析法

定性分析法是在實際的施工前對各種可能影響到邊坡穩定性的因素進行勘察與分析，一般會涉及地質條件、氣候條件、現場環境等，樁基施工也是其中一種。定性分析法中還包括以下幾種分析方法。

第一種是圖解分析法。圖解分析法會根據投影原理，在實際的巖土層中分析出相應的空間剖面與排列組合，依據這些圖像信息來對邊坡穩定性進行分析，還能夠通過對巖土層的標識獲取相應的安全參數，從而對邊坡的坡度、結構面、坡角、坡高等方面的參數進行計算，能夠比較直觀地計算出邊坡的精準數據，有利于在場地樁基施工時依據數據來調整施工情況［1］。

第二種方法是工程類比法。該類方法的重心是對過往的典型相似工程的參數與施工方法進行參考與借鑒，從而對現有的邊坡穩定性做出調整。工程類比法只能借鑒相應的工程的經驗與數據，并不能直接將相應的數據和現有的工程畫上等號。該種方法只對中小型工程有效果，且評價結果比較單一。

第三種方法是自然歷史分析方法。這種方法一般用于邊坡穩定性的自然影響因素的分析方面，且對于場地樁基施工方面的研究與分析也有著一定的幫助。通過邊坡的形變及破壞的演變過程，相關人員能夠分析出邊坡穩定性的影響因素，根據這部分影響因素，能夠將其與場地樁基施工的各類因素結合在一起，從而起到對邊坡穩定性的改善［2］。

1.2 定量分析法

定量分析法涉及對固定數值的計算與分析。

其中，極限平衡法是最早的方法，其能夠計算出邊坡穩定性的系數，通過穩定性系數，就可以對場地樁基施工對邊坡穩定性的影響因素開展分析，并調整相應的場地樁基施工因素。極限平衡法在現今對于邊坡的穩定性方面的計算依然起到重要作用。

定量分析方法是數值分析法，這類方法中包含了許多的數值分析方法，包括離散元法、有限元法、運動元法等，這些方法都能對邊坡施工時的各類影響數值進行模擬與計算，從而得出邊坡的穩定性系數，對于后續的場地樁基施工調整具有數據意義，其中，有限元法使用相對廣泛。

強度折減法是在1974年提出的一種定量分析法，其對于數值的計算過程比較復雜，所以在應用范圍方面較小。其在計算數值方面要求相對較高，對于部分特定的施工現場情況來說具有比較適配的特點，能夠適應其邊坡穩定性的計算與測定，為場地樁基施工提供數據支撐。

1.3 非確定分析法

非確定分析法的種類較多，大多都是現今的技術支撐下的計算方法。

第一種非確定分析法是可靠性分析法。由于在施工過程中會產生多種隨機的對于邊坡穩定性的影響因素，其中有關場地施工的因素也很多，且大多并不可控。因此，可靠性分析法通過對各類邊坡穩定性的影響因素進行概率的測算與排列，確認出其中能夠對邊坡穩定性造成最大影響的因素，依據發生概率及對邊坡穩定性造成的破壞程度，就能鎖定影響因素。

第二種是人工神經網絡方法。其能夠模仿人腦的思維與處理信息的方式，對巖土層及邊坡穩定性的影響因素進行無模型的線性分析，通過對邊坡數據的線性分析，就能夠解決工程中的非線性問題。

第三種是灰色系統評論法。這種方法是依據朦朧理論對邊坡穩定性中確定與不確定的影響因素進行分析與確認，通過已知的信息，對各類未知不確定的信息因素進行計算與預測，由此來判斷邊坡的穩定程度。

第四種是模糊分級方法。這種方法能夠對邊坡穩定性的影響因素進行分析，并對已知的影響因素進行賦值，建立邊坡模型，以此來判斷邊坡的穩定程度。

第五種是模型搜索法。其會假設一個圓中心點，并以一定的步長對周圍半徑范圍內的所有邊坡的安全系數進行測算，得出其中的各個點位的安全系數，之后挑選出安全系數最小的一個點，再次重復該步驟，直到安全系數不再發生變化為止。

2 邊坡穩定性的場地樁基施工影響分析

2.1 建筑荷載

樁基的施工影響到后續所有工程的進程及建筑物的最終質量，建筑荷載就是樁基在施工過程中對后續工程的影響結果之一，其能夠對邊坡的穩定性產生較大影響。在相應模型建立中，假設邊坡的荷載為300～1300kN，壓板的面積為0.07m2，且邊坡的剖面長84m，高29m，在該邊坡及建筑中，想要分析建筑荷載對于邊坡穩定性的影響，可以從自然條件、條形基礎及樁基礎幾個方面對邊坡穩定性進行分析［3］。在自然條件下，對于邊坡穩定性的影響最大的是人為的破壞，通過建設巖土層在自然條件下的應力土層，能夠得知邊坡穩定性。在自然重力的作用下，邊坡隨著深度的增加，豎向應力會不斷地增大，從而導致邊坡的形狀位置發生改變，由于切應力與拉應力之間的互相轉換，會造成邊坡的區域坡角部分出現拉應力破壞帶，不利于邊坡的穩定。

在條形基礎上，依據邊坡模型中的建筑荷載變量，可知建筑荷載一直在300～1300kN 之間變化。在條形基礎下，邊坡的應力也會隨著建筑荷載的變化發生改變，其中，隨著深度的不斷加大，邊坡的中部應力相對穩定，兩邊的應力減小。但是，在坡頂荷載從300kN開始遞增時，邊坡整體的應力發生偏移，導致其容易發生扭曲，整體的邊坡穩定性趨于危險。

在樁基礎條件下，將深度劃分為6m、8m、10m，對比3 種不同深度的情況下，根據樁基礎條件的邊坡在建筑荷載從300～1300kN之間的應力變化，從而得知邊坡的穩定性情況。在深度為6m 時，邊坡的穩定性減小，主應力發生變化，邊坡的坡頂應力增大，中部應力減小。隨著坡頂的應力逐漸加大，邊坡開始不穩定。在樁基的深度為8m 時，坡腳的應力增大，會導致邊坡的兩側應力軌跡發生偏移，坡頂應力逐漸增大。在樁基的深度為10m時，隨著荷載的逐漸增大，樁基頂部的應力也隨之增大，邊坡坡腳處出現應力集中，坡頂的應力增大，整體的邊坡穩定性不佳。但是，在整體的過程中，樁基的埋深越大，邊坡的坡頂的應力就越少，對于建筑荷載的能力也就越強。為了保證邊坡的穩定性，可以在場地樁基施工方面合理地加深樁基的埋深度，提升邊坡的穩定性。

2.2 沖孔灌注樁

沖孔灌注樁是場地樁基施工過程中比較常見的一種樁基施工方式，其采用沖擊鉆機或者卷揚機帶動沖擊鉆頭在一定高度下落，利用其沖擊力進行打樁，讓樁孔為規則的圓形斷面。在邊坡穩定性的影響方面，沖孔灌注樁這種場地樁基施工技術的影響程度需要通過測量來確認。將邊坡的條件設置為南側高51m，邊坡坡頂標高117m，坡率為1∶1.75～1∶2.0，沖孔灌注樁采用的是嵌巖樁為樁基，沖擊鉆頭的重量約為3000kg。在實際的觀測過程中，要將沖擊灌注樁的沖擊點選擇在距離坡頂10m、24m的部位，由此來觀察沖擊灌注樁對邊坡的穩定性的影響程度。通過觀察，沖孔灌注樁在沖孔0.5s后的邊坡最大振動檢測數值為0.9mm/s，豎向水平振動數值也僅為5mm/s。通過對沖孔灌注樁對邊坡振動數值的影響進行測量，能夠發現各個點位的振動數值一直在5mm/s 以下，不會給邊坡穩定性造成較大的不良影響［4］。

2.3 樁基托梁擋土墻

樁基托梁擋土墻對于邊坡穩定性來說能夠起到重要作用，在邊坡的支撐作用方面能夠起到較好的作用。在現階段，由于邊坡的穩定性不足，很容易引起部分地質災害，會影響到人民的生命和財產安全，因此，需要設計相關的樁基托梁擋土墻，對邊坡的穩定性起到一定的支持作用。在樁基托梁擋土墻的建造方面，需要最先打好支護樁基，確認其能夠與邊坡的具體情況起到相互連接的作用，之后，在樁基的基礎上，對樁基托梁擋土墻進行挖孔與護壁的工程。在樁基托梁擋土墻中，主要的墻體結構采用的是鋼筋混凝土的材料，其中，一般采用扶壁式的托梁擋土墻，使用C30的混凝土為原材料澆筑。在施工時，還會對樁間土進行C20 混凝土的噴灑，確?；炷聊軌蚺c樁間緊密聯合，厚度約為10cm，能夠起到良好的支撐作用，保證樁基托梁擋土墻的穩定性與結構可靠性［5］。在建造托梁擋土墻完成后，需要將其與邊坡進行聯合，起到對邊坡的支撐作用。當樁基托梁擋土墻的壓實度超過0.8之后，就要對樁基托梁擋土墻采用靜壓注漿技術作為加固處理，保證樁基托梁擋土墻的強度進一步加強。在完成對邊坡的支護之后，需要對其中的樁基托梁擋土墻及對邊坡的支護程度進行觀察。在大部分的樁基托梁擋土墻的支護過程中，邊坡并沒有出現相關的沉陷與位移，穩定性一直保持在較好的范圍，能夠滿足對邊坡的穩定性的保護作用。

2.4 樁徑的影響

樁徑在樁基的應力與變化方面具有重要的作用，在樁徑的變化過程中，會對自由段的長度一起發生變化，其中，隨著樁徑的數值不斷地增長，相應的自由段的數值也會隨之增加。但是，在荷載臨界數值方面，相應的數值會隨著樁徑的長度不斷變化而隨之降低，并且降低的速度會隨著樁徑的數值增長而越發加快?？梢詫稄降拈L度取0.5 倍、1 倍、1.5 倍、2 倍、2.5 倍，將臨界荷載值代入到相應的樁徑數值的變化中，能夠得出其中對于樁基的影響數值，從而根據該數值確定能夠起到最穩定作用的樁徑數值，在相應的邊坡穩定性的保證中，就能夠采用該樁徑數值，使邊坡的穩定性得到保障。

2.5 樁體嵌固深度

樁體的嵌固深度與自由段長度及臨界荷載值有關系，其中，在樁體的嵌固深度增長時，相應的自由段長度會減小，嵌固段長度會增加。當嵌固段長度達到4m時，樁基的應力點會轉移到自由段上，此時的穩定程度不高，很容易發生位置的偏移。隨著樁體嵌固深度的增長，當樁體嵌固深度達到15m時，樁基的整體達到穩定。想要細致地了解樁體嵌固深度與樁基臨界荷載值之間的關系，就需要對其做定量分析。將樁體的嵌固深度在0～16m 之間逐漸增長，增長速度以4m 為區間。經過觀察與計算發現，樁體的嵌固深度增長時，相應的臨界荷載值會逐漸下降，樁體嵌固深度與臨界荷載值呈現反比例關系［6］。但是，當樁體嵌固深度到達16m時，對于臨界荷載值的影響微乎其微。因此，在樁體的嵌固深度在0～16m 的范圍中時，能夠降低邊坡的荷載值，提升邊坡的穩定性。

2.6 地基橫坡

地基橫坡對于邊坡的影響主要在于其坡度大小的影響，在類似于路堤的邊坡建造時，需要考慮到其對應的樁基的坡度建造，其中，要設置好邊坡模型，并且將相應的地基橫坡的比例進行分別運算，分別為1∶3、1∶3.5、1∶4、1∶4.5。在對其進行計算的過程中，能夠發現其中的地基橫坡越陡，邊坡的穩定性就會逐漸下降，因此，想要保證邊坡的穩定性，就要減少地基橫坡的陡峭程度?？梢栽跇痘┕ず髮Φ鼗糠诌M行弱質土的挖除，使用強度更大的材料進行回填，保證地基的強度。在邊坡的整體穩定性方面，通過對具體的數值的計算，能夠得出最適合的邊坡穩定性的比例，約為1∶5.5，在這種地基橫坡的坡度比例下，能夠最大限度地保證邊坡的穩定性。

2.7 樁基設計方案

在邊坡的穩定性方面，樁基的各個方面都能夠起到重要的影響作用，但在總體的設計方面，對于樁基及邊坡的穩定性影響能夠起到很大的作用。對于樁基的設計方案，能夠決定樁基的主體規劃，將人為影響邊坡穩定性的因素加入到其中。因此，在實際的樁基的設計過程中，要注意對樁基各方面數據的計算與清晰標志。由于在實際的操作過程中邊坡也會分為許多類型，包括路堤邊坡、路基邊坡等，因此，設計人員要根據不同的邊坡類型設計不同的樁基、具體施工措施及施工技術，以實現樁基的各項數據都能在最大限度上保證邊坡的穩定性。例如，在設計時，設計人員可以考慮邊坡的排水問題，在樁基的實際施工過程中，將相關的排水設施建造好，并且在樁基建造時選取滲透性較好的材料，避免在雨水天氣里邊坡發生積水情況，導致滑坡現象發生，而是要保證邊坡的穩定性

3 樁基施工對邊坡穩定性影響的試驗分析

3.1 邊坡地質條件

某廣場邊坡位于嘉陵江岸坡，主要采用回填的方式，原本的岸坡坡度較大，且岸坡區域土層深厚，江水和擬建物的荷載會對邊坡造成破壞，產生滑動或剪切等情況。邊坡的土體為沖洪積黏性土和砂卵石，同時還包含一部分人工填土和粉土，各類土體的分布并不均勻，而且厚度也有很大差異。場地區域的地下水是基巖裂隙水，標高在183.09～184.33m 之間，地下水較深，與地表距離較大。在樁基施工中，主要采用了鋼筋混凝土沖孔灌注抗滑樁，抗滑樁的直徑為3.1m。施工期間，利用沖擊鉆進行鉆孔，使用沖擊鉆時，往往會形成非常大的振動，在護臂施工中，使用泥漿，同樣會影響邊坡的穩定性。

3.2 振動測試

測試期間使用NUBOX-6016 測振儀和TP3V-1 型低頻傳感器，樁基施工的工具主要是10t 沖擊鉆，兩次沖擊的間隔時間為4s，按照15 次/min 的頻率進行沖擊，提錘的高度為2m。在鉆孔施工中，記錄鉆進的深度，選幾處與樁孔距離不同的地點，安裝振動傳感器，記錄各個點位的振動波。所測抗滑樁最低處和地表的距離為36m，抗滑樁樁尖為泥巖，安排了10個測點，對20 多條振動波進行記錄，得到振動速度和時間記錄，繪制時程曲線，每次錘擊的能量并不相同，所以各個測試點的峰值速度呈現出離散型的特征?？傮w來說，測試點和樁基越遠，振動速度越慢，沖擊鉆為震源，振動波會向四周擴散，距離越遠，能量密度和振幅越小。所以，邊坡和樁基施工位置的距離決定了樁基施工期間邊坡受到的影響，邊坡和樁基中心點的距離越遠，邊坡越穩定。經過測試，對深度為36m 的區域進行錘擊時，地表最大振動速度為2cm/s。錘擊的過程中，如果所在區域靠近基巖，振動幅度較大；如果所在區域靠近軟土，振動幅度較小，所以，樁基施工的場地條件也會對邊坡穩定性產生影響。

《建筑工程容許振動標準》從建筑的角度進行了規定，避免打樁施工對建筑結構穩定性產生影響，但是，針對打樁施工對邊坡穩定性的影響，還沒有制定相應的規范，沒有確切的容許振動峰值規范。為了進一步分析邊坡強度的變化，繼續進行靜動三軸試驗，在不同的動—靜應力情況下，分析邊坡受到的影響。

3.3 靜動力三軸試驗

在制備試樣期間，參考粗細?；旌贤量辜魪姸鹊南嚓P標準，如果粗顆粒含量低于70%，則細顆粒就會變成抗剪強度的主要影響因素。試驗中的土樣為邊坡的粉質黏土，粉質黏土密度在1.83～2.02g/cm3之間，含水量在21.7%～31.3%之間，制樣干密度為1.3g/cm3。運用擊實法進行制備，為了加快排水固結速度，將濾紙條貼到試樣上，放到三軸壓力室中，增加壓力，使打孔系數超過0.95。

在三軸靜強度試驗中，采用等壓固結方式，固結壓力分別設置為50kPa、100kPa、200kPa，天然密度和干密度分別為1.83g/cm3和1.3g/cm3，液限和含水量分別為28.7%和26.5%，塑性指數為12.5。試樣徹底固結后，將排水的閥門關閉，調整軸向剪切速率，在操作中進行不排水剪切，試驗期間記錄軸向壓力、變形情況和孔壓數據。試驗的過程中，發現偏差應力和軸向應變呈正相關的關系，應力—應變關系沒有峰值，在軸向應變為15%的情況下，試樣開始受到破壞。

在靜動力聯合作用的情況下，分析試樣的剪切強度，找到邊坡中的潛在滑裂面，對其進行觀察。該區域的土體始終在初始固結應力和靜驅動剪應力的作用下，施工會形成附加的動應力，在靜應力和動應力的綜合作用下，邊坡土體會出現變形的情況，甚至會遭到破壞。面對不同的應力時，試樣受到影響后，主要有兩種狀態，一種是穩定型，另一種是破壞型。當樁基鉆孔施工的位置和邊坡滑動面距離較遠時，邊坡受到的影響較小，符合強度折減原理，如果折減系數為0，說明邊坡已經遭到破壞。通過試驗可知，當各靜動應力取不同的數值時，廣場邊坡的綜合強度折減系數在0.7～0.8 之間?？傮w來說，樁基施工對邊坡穩定性的影響與某些因素有關，如邊坡樁基距離、土體軟硬程度、錘擊重量、振動深度、護臂泥漿等，為了避免邊坡受到破壞，需要在樁基施工之前綜合考慮各種影響因素，進行計算和監測，確保邊坡穩定和安全。

4 結語

在場地樁基施工過程中，需要對施工的各個方面都重視起來。由于樁基施工的質量能夠影響整個工程后續的質量與進程，邊坡的穩定性決定工程建成時的實際應用效果，因此要對場地樁基施工時對邊坡穩定性的影響因素進行分析，找出影響較大的因素，并將影響效果轉換為正向，增強邊坡的穩定性與工程質量。