中深基坑膨脹土支護施工技術應用研究

徐 萬 升

(中冶天工集團有限公司，天津 300380)

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中深基坑膨脹土支護施工技術應用研究

徐 萬 升

(中冶天工集團有限公司，天津 300380)

結合工程實例，分析了中深基坑膨脹土支護施工的重難點，從土方開挖、護坡施工、土釘及錨桿施工、支護樁施工等方面，闡述了基坑支護的總體思路與技術方案，通過實踐表明，該基坑支護方案實現(xiàn)了經(jīng)濟社會效益的最大化。

深基坑，膨脹土，支護樁，錨桿

0 引言

膨脹土是在自然地質過程中形成的一種顆粒高分散，成分以粘性礦物為主，對環(huán)境濕熱呈現(xiàn)顯著脹縮的高塑性特殊粘土。其粘性成分主要由粘土性親水礦物組成，具有超固性、脹縮性、多裂隙性及遇水膨脹，失水收縮開裂且反復變形等特殊工程性質。膨脹土地區(qū)土方開挖時基坑受物理風化作用和濕脹干縮效應致使邊坡土塊崩解、土體抗剪強度嚴重衰減，造成塌方、滑坡等變形病害現(xiàn)象，使得膨脹土問題成為困擾各類建設工程的技術難題；因此結合實際工程研究膨脹土工程施工，進而提出工程施工控制措施具有現(xiàn)實意義及工程應用價值。

1 項目概述

工程位于邯鄲市聯(lián)防路與前進大街交叉口西北角，剪力墻結構，基礎形式為筏板基礎，基坑最大開挖深度為11.5 m。其中，地下車庫建筑面積29 956 m2，地下2層(兼作人防)，筏板基礎厚0.5 m，樁基為直徑500 mm，長度10 m的抗拔樁，剪力墻結構。63號樓剪力墻結構，地下3層，地上18層，樁筏基礎，建筑高度53.65 m。64號樓剪力墻結構，地下3層，地上25層，建筑高度79.9 m。65號樓剪力墻結構，地下2層，地上28層，建筑高度90.35 m。59號樓框剪結構，地下3層，地上11層，建筑高度31.2 m。附屬商業(yè)3層，柱下獨立基礎。

工程場地位于太行山東麓，地貌單元屬于華北沖積平原南部的西部邊緣，場地土層主要由第四系素填土層、第三系的粘性土、砂土組成。粘性土的自由膨脹率介于33.9%～90%之間，個別大于90%，屬于中高膨脹潛勢。根據(jù)《膨脹土地區(qū)建筑技術規(guī)范》屬于膨脹土地基。地下水類型為膨脹土裂隙水和上層回填土滯水，局部連續(xù)的砂層透鏡體含水層具有一定的承壓性，且水量較大?；娱_挖支護采用土釘噴護和灌注樁錨索支護技術。降水采用深井降水和坑內集水井明排水。

2 工程項目重點、難點及特點

1)該項目土方開挖量大，開挖深度較深，屬于深基坑作業(yè)，周邊環(huán)境復雜。

2)項目所在地地質條件復雜，土質為雜填土、膨脹土和砂層，屬于華北陸臺渤海凹陷與太行山隆起帶的接觸部位，地質構造復雜。

3)施工場地狹窄，距建筑物較近，最近處接近2 m，施工難度大。

4)施工高峰期在6月～8月，雨季施工情況復雜，膨脹土對氣候的變化影響較敏感，增加施工難度。

5)基坑開挖中控制土體卸荷速率、暴露膨脹土作業(yè)期間防風化、防雨水是重點。

6)由于膨脹土對環(huán)境變化和濕熱變化非常敏感，反應后出現(xiàn)膨脹和收縮，其抗剪強度表現(xiàn)為衰減的特性，殘余強度明顯降低，直接影響邊坡的整體穩(wěn)定和安全，增加了施工組織難度和加大施工技術措施。

7)膨脹土對含水率極其敏感，含水率發(fā)生變化，引起土體結構變化，經(jīng)常在邊坡極緩的情況下發(fā)生滑動?？厮侵攸c和難點。

3 科研項目主要技術

本科研項目從三個技術層面進行技術研究：

1)土方開挖及護坡施工技術研究。a.最大限度的減少土方開挖量和對土體的擾動。b.解決好雨季施工對邊坡的影響，做好防排措施。

2)土釘及錨桿施工技術研究。a.合理安排邊坡的開挖深度和順序，控制好邊坡的變形。b.根據(jù)土體特性，確定土釘?shù)腻^固長度、深度和間距。

3)支護樁施工技術研究。a.控制土體的含水率和保證土體的整體結構。b.根據(jù)膨脹土的特性，優(yōu)化現(xiàn)場施工技術。c.采用防控結合技術(樁錨支護)，加強邊坡的穩(wěn)定和安全。

4 項目應用研究

4.1 總體思路和技術方案

項目基坑開挖深度為10 m左右，涉及地下人防工程，建筑質量和安全標準較高，地下結構復雜，尤其是地質條件，主要由膨脹土和雜填土形成，項目距離周邊建筑物較近，周邊環(huán)境復雜，增加了施工難度。

為了保證工程質量和周邊建筑的安全，項目部結合本項目中煤勘察設計院提供的地質勘查報告和邯鄲中煤設計研究院的意見，針對本項目的特殊地質條件和環(huán)境因素對基坑開挖和支護進行專項研究和施工，組織專家對現(xiàn)場實際情況進行考證和探討，項目部成立專門科研小組，針對膨脹土的特殊性在開挖和邊坡支護進行試驗和技術創(chuàng)新，在保證工程質量、進度和安全的前提下，利用先進施工技術進行施工，在節(jié)約施工成本和保護環(huán)境的理念下完成施工任務。

針對雨季施工期間，結合膨脹土的特性，如何保證基坑的正常施工和運行，滿足施工要求，是項目部在實際施工中需要解決和面對的課題。

4.1.1 項目準備階段

項目部根據(jù)地質勘查報告和設計院提供的設計圖紙，結合現(xiàn)場實際情況對項目進行綜合分析，認真研究地勘資料，了解當?shù)仡愃乒こ探?jīng)驗數(shù)據(jù)，從基坑的降水和基坑開挖支護環(huán)節(jié)進行詳細研究，制定合理經(jīng)濟的施工技術措施。成立專門研發(fā)小組進行針對性的實施。

4.1.2 項目實施階段

1)土方開挖及護坡施工技術研究。由于項目地質構造復雜，主要由雜填土、粘土和砂層組成，且分布不均勻，水位埋深1.2 m～4 m。地下水類型為膨脹土裂隙水和上層滯水，局部連續(xù)的砂層透鏡體含水層具有承壓性且水量較大，根據(jù)地勘報告，對基坑降水采用管井降水和基坑積水明排。因為膨脹土中的裂隙水主要來自地表滲透性較差，管井降水效果不理想，因此采用開挖明排方式，在砂層和上層雜填土滯水層含水量較大，采用管井降水效果較好。針對不同的地下條件，采用不同的降水方案，既能保證施工要求，又能節(jié)約成本，提高施工經(jīng)濟效益。避免了傳統(tǒng)的以偏概全的方式，一概而論，增加施工周期和施工成本。

隨干濕環(huán)境的變化膨脹土強度特性變化較大，自然狀態(tài)下強度較高，開挖后暴露在大氣中遭受風化，干濕循環(huán)效應的影響，其抗剪強度表現(xiàn)為衰減的特性，殘余強度明顯降低。在土方邊坡開挖過程中由于卸載的作用，引起土體裂隙的開裂和擴展，尤其在邊坡底部剪力集中區(qū)裂隙面的擴展更為嚴重，造成邊坡滑動。因此在邊坡開挖期間采用濕度控制法，控制邊坡的暴露時間，保持邊坡的含水率不受大氣影響和防止運行期間地表水滲入而采取的措施，如施工中預留保護層和及時進行邊坡噴護。開挖過程中在基坑內結合施工組織，采取逐層設臨時截水溝，逐層排水的方式，合理分區(qū)分片開挖，及時排走施工區(qū)積水。

2)土釘及錨桿施工技術研究。由于場地狹窄，不能按照正常的大開挖進行放坡，為了保證土體結構的整體穩(wěn)定，周邊沒有重要建筑物的條件下，(1區(qū))局部采用土釘和錨桿相結合的技術進行基坑支護，根據(jù)土體特性，在基坑中部采用土釘和錨桿間隔施工，上下采用土釘施工，土釘間距為1 500 mm。跟管鉆進，壓力注漿。土釘長度9 m。采用直徑25鋼筋。

3)支護樁施工技術研究。基坑開挖平均深度10 m，屬于深基坑工程，部分基坑周邊建筑物距離基坑最近2 m，屬于淺層輕型建筑，環(huán)境復雜，根據(jù)現(xiàn)場地質條件，為了保證基坑安全和周邊建筑的安全，采用樁錨支護形式進行基坑支護。鋼筋混凝土灌注樁，旋挖機成孔，樁徑800 mm，間距1 500 mm，樁間采用鋼筋網(wǎng)片加噴護。支護樁上下增加兩道腰梁，控制樁體的位移和變形。既能滿足深基坑施工要求，又能減少基坑土方的開挖量和回填量，節(jié)約成本和減少環(huán)境污染。

4.2 關鍵技術、創(chuàng)新點

膨脹土是一種對于環(huán)境變化和濕熱變化非常敏感的土，反應后出現(xiàn)膨脹和收縮，產生膨脹力，并足以危害建筑物和結構的穩(wěn)定和安全。

1)通過現(xiàn)場監(jiān)測和土工試驗，根據(jù)內聚力、內摩擦角和天然重度來合理確定膨脹土邊坡直立高度和開挖深度。2)為了保證邊坡土體結構的穩(wěn)定，采用濕度控制法施工技術。3)嚴格控制開挖深度和進度，錨索采用間隔跳打，跟管鉆進。4)通過新技術快速提高錨索的錨固強度，縮短張拉時間，減少邊坡的有效變形，保證邊坡的穩(wěn)定。5)采用控防結合的原則，全方位立體交叉，盡量保證膨脹土內部結構的穩(wěn)定和防止外部因素造成結構強度的衰減。6)采用先進的監(jiān)測手段，對基坑的水平位移、垂直位移和沉降進行全方位、全天候的監(jiān)測。

4.3 應用推廣情況

隨著新技術的不斷創(chuàng)新，膨脹土在工程建設中將被合理科學的應用，尤其在大型土方工程中，膨脹土的改良再利用已經(jīng)在工程施工中廣泛應用，通過防控治多方面實施，膨脹土的技術問題將得到解決并推廣到更多的領域。

5 預期經(jīng)濟效益和社會效益分析

本項目通過結合當?shù)氐刭|實際情況和工程經(jīng)驗，有針對性的對膨脹土進行防控，就地取材，充分利用當?shù)刭Y源進行施工，節(jié)約施工成本和降低工程造價。

針對不同的地質條件在基坑降水和基坑支護方面采用合理的施工措施和創(chuàng)新技術，避免一概而論造成資源和材料的浪費，既滿足施工技術要求，又縮短施工周期和降低成本。

采用合理的開挖支護技術，大大減少土方的開挖工作量和土方回填工作量，減少膨脹土的排放量和對周圍環(huán)境的污染，通過對膨脹土的改良作為回填土進行合理利用，節(jié)約施工成本和對現(xiàn)有資源的有效利用，具有很好的經(jīng)濟效益和社會效益。

The application research on mid-deep foundation pit expansive soil support construction technology

Xu Wansheng

(MCCTiangongGroupLimitedCompany,Tianjin300380,China)

Combining with the engineering example, this paper analyzed the key and difficult points of mid-deep foundation pit expansive soil support construction, from the earth excavation, slope protection construction, soil nail and anchor rod construction, support pile construction and other aspects, elaborated the general idea and technology scheme of foundation pit support, through the practice showed that the foundation pit support scheme realized the maximization of economic and social benefits.

deep foundation pit, expansive soil, support pile, anchor rod

1009-6825(2016)10-0087-02

2016-01-27

徐萬升(1976- )，男，工程師

TU463

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