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1、膨胀土场地基坑支护设计施工措施刘克文;阮永芬;贾荣谷;丁海涛;黄春丽【摘 要】云南省蒙自地区的膨胀土危害频繁,是我国膨胀土危害最严重的地区之一. 在充分认识膨胀土的特点、膨胀土的分布范围及基坑周边环境后,对基坑支护结构 设计中力学参数的合理取值,水平膨胀力的影响,基坑变形特点,以及土方开挖、防排 水、监测等措施方面进行分析.膨胀土场地的深基坑支护设计采用放坡+桩锚的基坑 支撑体系是可行的.具有稳定性好、变形小、投入少,在多指标考察下综合效益最优 的特点，对膨胀土地区深基坑支护的设计及施工能提供一定的参考和指导.The hazard of expansive soil in Mengzi are
2、as is one of the most serious regions in our country with higher occurrence frequency.Based on the knowledge and understanding the characteristics of the expansive soil and its distribution as well as the surrounding environment of the foundation pit,all factors including the reasonable value of mec
3、hanical parameters,the influence of the horizontal expansion force,deformation characteristics,and earth excavation,waterproof and drainage measures and monitoring measures are discussed during the design process of foundation pit supporting structure;it is approved that using pile and anchor suppor
4、ting system is feasible in the deep foundation pit supporting design.It is of good stability,small deformation,lower investment and it is convinced to be the optimal solution under the multi-target evaluation;it can provide certain reference and guidance for design and construction of foundation pit
5、 supporting in expansive soil area.期刊名称】结构工程师年(卷),期】2017(033)003【总页数】6页(P193-198) 【关键词】 膨胀土;蒙自场地;桩锚支撑体系;水平膨胀力【作 者】 刘克文;阮永芬;贾荣谷;丁海涛;黄春丽【作者单位】 十四冶建设云南勘察设计有限公司,昆明 650031;昆明理工大学建筑 工程学院,昆明 650500;昆明理工大学建筑工程学院,昆明 650500;十四冶建设云南 勘察设计有限公司,昆明 650031;十四冶建设云南勘察设计有限公司,昆明 650031; 云南经济管理学院,昆明 650106【正文语种】 中 文随着高层
6、建筑及城市建设的发展,深基坑越来越多。而基坑支护一般都为临时性的 结构,为节省投资,减少支护费用,设计时安全系数一般较低,但就如何保证地下结构施 工安全及周围环境不受损害时,设计方案经济、合理可行就成了岩土工程中一个综 合性难题。尤其遇到软土、膨胀土以及其他特殊土场地时 ,就显得更为复杂了1-3 目前,针对软土地区如何很好地进行基坑支护、降水和土方开挖,已有很多研究成果, 能为设计施工提供一些参考4-7。膨胀土场地的胀缩特牲、裂隙性、超固结性是 膨胀土的基本特性,使得膨胀土的工程性质极差。膨胀土地区的基坑支护,如果对周 边环境、场地土层情况、土层力学指标等认识不足,支护设计不合理或施工质量存
7、在问题时,就很容易出现基坑支护失稳事故8-9,这样不仅破坏或影响周边环境,也影 响自身工程建设,危害极大,因此有必要对特殊土地区的基坑支护设计进行研究分析, 为相关工程提供参考。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
8、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: 1层人工填土及2植物层结构松散，成分复杂，均匀性差，基坑开挖后将被挖除。 黏土，局部地段相变为粉质黏土或含砾粉质黏土。硬塑状为
9、主，局部可塑或坚硬状 态稍湿21%Ref420%,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。 1粉质黏土为可塑状态，局部硬塑状态，具中-高压缩性,30%8ef45%,具弱膨胀 潜势。平均厚0.76 m。 2含砾粉质黏土硬-坚硬状态，地基强度较好，具中压缩性,37%8ef41%,属膨胀 土,具弱膨胀潜势。平均厚0.71 m。 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%Sef56%,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。 1层黏
10、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。 1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%Ref59%,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。 2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%Ref47%,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。3泥灰岩。中等风化，泥质结构冲厚层状构造;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
11、.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 坑安全等级定为一级，采用01000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1.31.6 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。基坑支护本身不是很
12、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,桩顶水平位移最大。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
13、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最大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。最大水平位移值点发生 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
14、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。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
15、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
16、试验要求。文献3中建议计 算时，对内摩擦角申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和申分别折减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倍的水平膨胀力最大值进行设计计算。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
