随着城市的迅速发展，国内的基坑支护工程也是变得多了起来，然而在膨胀土地区基坑支护一直是一个老大难题，山东城乡岩土就通过一个真实的案例来为大家解决这一难题以供大家参考。

1 工程地质条件及基坑支护

拟建场地位于红河州蒙自市北京路与天马路交叉口东南侧。该建设项目含3栋17+1F的高层建筑,其中高层部位局部有4F的裙房,裙房及高层建筑都为框剪结构,整体设3层地下室。按现有地面高程计算,基坑开挖深度15.3～17.2 m,开挖线周长约526.2 m。基坑西北侧为北京路,开挖底边线与北京路的距离约9.2 m;西南侧与天马路的距离7.4-9.4 m;东北侧与基础埋深一般在1.0～2.0 m之间2F、3F居民住房的最近距离仅约3.9 m;东南侧与建材装饰家居超市最近距离仅约4.6 m。

1.1 工程地质条件

拟建场地地貌上处于蒙自盆地中东部突起的低丘缓坡地带。场地内分布有中等～强膨胀潜势膨胀土,成层条件中等复杂,地层结构属多层型。地表为新近人工填土,其下为第四系坡洪积相、坡残积相地层,中深部为上第三系泥灰岩。现场勘察正值枯水季节,稳定水位在现地面下4.20～5.30 m。地下水主要为第四系孔隙水及基岩裂隙水。

场地内所揭露的地基各岩土层的岩性特征自上而下按地质单元层代号可分述如下:

②1层人工填土及①2植物层结构松散,成分复杂,均匀性差,基坑开挖后将被挖除。

②黏土,局部地段相变为粉质黏土或含砾粉质黏土。硬塑状为主,局部可塑或坚硬状态,稍湿。21%≤δef≤120%,平均78.85%,属膨胀土,中等～强膨胀潜势。层顶埋深1.80～5.20 m,层厚1.40～4.50 m,平均厚2.41 m,整个场地均有分布。

②1粉质黏土为可塑状态,局部硬塑状态,具中-高压缩性,30%≤δef≤45%,具弱膨胀潜势。平均厚0.76 m。

②2含砾粉质黏土硬-坚硬状态,地基强度较好,具中压缩性,37%≤δef≤41%,属膨胀土,具弱膨胀潜势。平均厚0.71 m。

③黏土。含少量泥灰岩风化碎块,局部相变为粉质黏土。硬塑至坚硬状态,稍湿。31%≤δef≤56%,属于膨胀土,膨胀潜势为弱膨胀。平均厚4.09 m,在整个场地均有分布。

③1层黏土。含少量泥灰岩风化碎块,局部相变为粉质黏土。软～可塑状态为主,局部为软塑状态,湿。不属于膨胀土。

④1泥灰岩。全强风化,泥质结构,薄-中厚层状构造。呈硬塑局部坚硬土状及少量碎块状,用手可折断。19%≤δef≤59%,属膨胀土,膨胀潜势为弱膨胀。平均厚4.05 m,整个场地均有分布。

④2泥灰岩。中等风化,泥质结构,中厚层状构造。节理裂隙发育,岩芯呈碎块状、块状及坚硬土状,易击碎。6%≤δef≤47%,局部具有弱膨胀潜势。平均揭露厚26.23 m,整个场地均有分布。

④3泥灰岩。中等风化,泥质结构,中厚层状构造;节理裂隙发育,钻探岩芯呈短柱状、少量碎块状,用锤易击碎。层顶埋深44.2～47.0 m,揭露层厚0.6～10.1 m,平均揭露厚度5.18 m,该层在部分控制地段揭露。

根据开挖深度土层参数取至-30.0 m左右,跨越8土层,地质勘察报告中提供的各土层主要物理力学指标详见表1。

1.2 基坑支护

基坑支护设计时考虑到该项目基坑较深,周边环境条件及地质条件复杂的特点,将基坑安全等级定为优级,采用Φ1000桩径的旋挖桩+预应力锚索+冠梁、腰梁、桩间挂网喷混凝土护壁的支护形式。旋挖支护桩桩长L=22.5～27.5 m,桩径1.0 m,桩间距1.3～1.6 m。结合本基坑工程特点,降排水措施采用“坑顶排水管+坑内集水井及排水盲沟”方式。基坑形状接近矩形,典型剖面图见图1。

2 基坑变形分析及设计施工措施

基坑支护本身不是很复杂,但由于场地地基土在空间分布上、成因、岩性、状态均存在不均匀性,大气影响深度范围内分布有厚度不均的中-强膨胀土、弱膨胀土,导致地基土的工程力学性质在水平向和竖向上不均匀,且各地段地基土的胀缩分级变形量差异较大,在地基主要受力层范围内地基土,力学强度有一定差异,从而使基坑支护设计较一般基坑复杂,应该慎重。

2.1 变形分析

基坑开挖后,临近基坑一侧成为临空面,其他方向的约束仍然存在,当膨胀土膨胀变形时,主要表现为向基坑一侧产生较大变形,即桩身深层水平位移呈向基坑内位移趋势,如图2所示,变形主要发生在基坑中上部,桩顶水平位移 。当然这样的变形模式不适用于深基坑支护[14],但因基坑设计方案合理,措施得当,所以最终变形值小于预警值25 mm,是安全的。软土地区支护桩的深层水平 位移量均发生在基坑底部位置[15]。桩锚支护一般开挖结束后呈现典型的“凸肚状”变形,“凸肚”出现在基坑底部,这样模式基坑变形位移能得到较好控制,同时其沉降范围更远[14]。

当开挖深度进入中-强膨胀潜势的土层时,基坑水平位移增量有逐渐增大的趋势,当开挖深度增加,进入其他土层时,位移增量呈逐渐减少的趋势。 水平位移值点发生在基坑边缘长短边接近中心位置,呈向坑内靠拢变形趋势。在9月底连续降雨几天,基坑部分监测点位移速率加大,位移量的变化量较大,随着基坑开挖以及对基坑支护结构的加固处理,后期沉降趋于稳定。

基坑开挖过程中若突发位移增大、裂缝严重、强暴雨等,应调高监测频率。补充的建筑物水平位移监测,周边道路及建筑物变形及沟、管、线的监测,变形不大,都在安全范围内。

2.2 其他措施

进行支护设计及施工时,考虑膨胀土的特性,采取了一些有针对性的措施,从而保证了基坑工程的安全。采取的具体措施如下:

(1) 调查封堵。项目处于具有中至强膨胀潜势的膨胀土地区。对现场走访调查发现,场地及周边的简易道路、混凝土地坪、围墙及低层建筑物均有不同程度的开裂,膨胀土危害较为明显。先尽可能地封闭基坑顶部裸露部位,强化基坑周边的截、排水措施,封闭裂缝。

(2) 加强勘察。场地膨胀土类型为丁类,气候分区为D类,大气影响深度为5 m,急剧影响深度2.4 m,现对现地面下5 m及基坑底以下5 m范围内的黏性土层及④泥灰岩,针对性的进行取样做膨胀土试验判别膨胀潜势。地面下5米范围膨胀潜势综合划分为中-强膨胀。坑底以下5 m范围内的黏性土层及④泥灰岩综合划分弱膨胀潜势。据试验结果,在大气影响深度5 m范围内,50 kPa下膨胀率多为负数,少数为正数,结合该地区的气候条件,说明本场地的膨胀变形以收缩变形为主。

(3) 强度降低的考虑。膨胀土场地的基坑,经开挖卸荷、浸泡、干裂等外界因素干扰后,其强度会急剧降低。在膨胀土相关试验规程[10]及规范中[11-12],对其膨胀特性及其强度参数受含水率影响的变化规律,未提出相应的试验要求。文献[3]中建议计算时,对内摩擦角φ按勘察提供力学指标的0.7倍进行折减。文献[13]中对黏聚力c和φ分别折减52%和26%。本设计时回填土抗剪强度指标取用三轴剪切试验指标,未进行折减,但加强防水。

(4) 水平膨胀力的影响。膨胀土成因复杂、土质不均、水平膨胀力所得结果离散性大,而设计时应考虑水平膨胀力的影响。文献[12]中索洛昌建议可不考虑水平膨胀力沿深度的变化,取0.8倍的水平膨胀力 值进行设计计算。文献[13]提出将膨胀力等效为水平集中力作用在膨胀土土层厚度的中点,对粘聚力及内摩擦角进行了大幅度的折减,过于保守。本工程设计时,对水平膨胀力的考虑是:对于微弱膨胀土其主动土压力系数调整为1.05,强膨胀土的主动土压力系数调整为1.15。由于基坑支护范围内均存在有厚度不均膨胀潜势不同的膨胀土,所以采用调整主动土压力系数的方法考虑水平膨胀力影响。当然若条件允许,应进行原位试验或者室内试验测定水平膨胀力,根据试验结果确定增大系数将会更加合理。

(5) 施工措施。膨胀土对工程建设的危害往往具多发性、反复性和长期潜在性,该类土对基坑坑壁支护及施工有不利影响。施工前一定做好基坑地面排水系统,有条件时尽量增大坑顶地面封闭区域面积。施工期间严格好每次基坑开挖面积,采用分期段、分阶段快速作业法对土方进行开挖,尽量减少土体暴露时间。为防止桩间土长期裸露,土方开挖后立即挂网喷砼处理,及时封闭。施工过程中注意不让基坑(槽)暴晒或泡水,雨季施工时采取防水措施。不忽略对周边各种水源影响的防范。

(6) 其他措施。施工过程中对场区内的建筑、管道、地面排水、环境绿化、边坡、挡土墙认真进行维护管理。经常检查排水沟、雨水明沟、防水地面、散水等的使用状况,如发现开裂、渗漏、堵塞等现象,及时修补。

通过以上措施，我们完美的解决了膨胀土地区基坑支护案例，是一次从施工实战中得出的宝贵经验，希望可以对大家有所帮助，更多的行业知识欢迎关注我们的网站。

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