蒙自膨胀土地区某基坑支护浅谈

2015-08-04 376 0

  1概述
 
  膨胀土是一种含一定数量亲水矿物(蒙脱石、伊利石、高岭石等)且有特定结构的非饱和性粘土。膨胀土同时具有显著地吸水膨胀和失水收缩两种变形特征。蒙自地区膨胀土与其它地区相比,具有高含水率、高孔隙比、低密度、高塑性、强收缩等不良工程性质。其膨胀性不均匀,自由膨胀率一般30%~60%,最高达130%,属于中、强膨胀土。不同地区的膨胀土在湿度、密度、物质组成、物化性质、结构特征上明显不同,因此它们在强度和变形特性上有本质区别[1]。蒙自地区全年蒸发量远大于全年降雨量,气候较为干燥,大气影响深度为5.4m,受大气影响程度较一般地区更为强烈。蒙自膨胀土为残积类裂隙化膨胀土2,且该地区地基湿度年变化幅度可达8%~15%,胀缩年变化幅度超过180mm。
 
  2自然条件下膨胀土边坡失稳机理
 
  膨胀土的失稳是由于自身在含水量变化时引起其抗剪强度的降低,从而导致膨胀土边坡的失稳。气候的季节性循环变化是膨胀土边坡失稳的主要诱发条件。干旱季节中,由于水分蒸发土的含水量降低使土体收缩,土体的原始结构遭到破坏,土体中微孔隙发展为裂隙;另一方面,原本的裂隙连通,形成滑裂面,破坏了土体的完整性和均匀性,土粒间的粘结力减小,引起土体抗剪强度降低。雨季时,当降水或地表径流沿裂隙渗入土体时,一方面由于膨胀土中亲水矿物的吸水导致产生膨胀;另一方面,当水充满较宽的裂隙时,可产生静水压力和动水压力,将裂缝撑开,抗剪强度加速衰减。在侧向约束条件下,非饱和膨胀土吸水后的膨胀趋势以膨胀力的方式表现出来,此时容易发生边坡失稳。随着旱季和雨季的交替循环,膨胀土产生反复胀缩,残余变形随循环次数的增加不断累积,在坡脚附近形成剪应力集中区,最终边坡发生渐进累积破坏。
 
  3膨胀土基坑常见支护形式
 
  3.1水泥土深层搅拌桩+帷幕结构
 
  对于场地内地下水位较高的基坑开挖,为防止基坑强行降水对附近道路、建筑物、管网的影响,保证地下室施工的顺利进行,宜在基坑开挖前做好防渗帷幕。防渗帷幕以水泥土深层搅拌桩相互搭接形成的防渗连续墙为宜,基坑周边设置深搅防渗墙后,可在基坑内周边开挖集水沟、在坑角开挖汇水坑进行集中抽排地下水,以满足基坑开挖施工的需要。
 
  3.2挡墙+土钉墙
 
  用于无地下水的膨胀土边坡的防护与支护挡墙主要用于抵抗土的侧向压力、膨胀力,要求在墙和膨胀土之间填有一定厚度的非膨胀材料以降低膨胀压力的影响。该措施增加适宜的排水措施,亦可用于地下水较少的膨胀土边坡的防护与支护[3]。类似的支护措施,亦可采取坡脚抗滑桩+锚杆框架+挂网喷混凝土的联合防护措施。土钉墙是由土钉(包括网面)与土体共同作用形成的复合土体,较完备地保持了墙后土体原有的结构完整性,从而有效遏制了膨胀土的侧壁膨胀力。
 
  3.3帷幕结构+预应力锚索结构
 
  在软土地层预先沿基坑周围打入混凝土板桩。这一点对基坑安全具有重要意义:第一隔断基坑内外地下水,坑内降水不至于影响周边建筑的安全;第二对基坑起到超前支护的作用,封堵流沙、流塑状的淤泥,使基坑在分层开挖施工时不失稳;第三防止管涌,为基坑分层开挖、分层支护提供较稳定的作业面。预应力锚索结构是钢管+单根预应力钢绞线,这种结构施工简单快捷,对于原状土具有土钉一样的加固改善功能,同时具有预应力锚杆(索)结构主动受力,控制变形能力强、安全可靠等特点。
 
  综上所述在实际施工过程中,水是边坡破坏的诱发因素,治坡先治水,治水应遵循“以防为主、防排结合”的原则[4]。施工方案选择时,可以选择其中一种也可多种结合使用。无论哪种支护方案都必须因地制宜,安全可靠,经济合理,讲求实效。此外,还应根据膨胀土工程特征及挖方边坡破坏类型,选择有针对性措施应对。
 
  4蒙自膨胀土基坑支护处理实例
 
  本场地设有独立整体一层地下室,基坑开挖深度约6.5m,场地地下水位埋藏较浅,场地地基以粘土为主,其绝大多数区域内的膨胀土自由膨胀率为45%左右。基坑周边环境条件较复杂,开挖段工程地质条件较复杂,基坑工程安全等级为二级。
 
  4.1基坑支护方案
 
  拟建工程的地下室外缘既有建筑物较多,不具备放坡开挖条件,必须考虑适当的支护措施。坑壁支护应根据基坑侧壁各地段既有建筑物、地下管线等的距离及复杂程度采用排桩挡土护壁或喷锚方案。基坑开挖过程中实施动态信息化管理,对基坑变形、位移及周边建筑、设施进行系统检测。
 
  4.2基坑降排水
 
  首先是注浆止水(隔水),对含有粉砂的部分进行注浆封闭隔水,接着设置截水沟,在基坑顶边0.5米位置沿基坑设置一圈截水沟,将地表水截断,防止地表水流入基坑内侧引起局部坍塌。然后在坑边设置排水沟,将坑内地下水疏导至基坑周边降水井集中抽排。最后根据工程的需要在基坑内及周边设降水井。按照这样的降水方案避免能由基坑降排水对基坑边坡安全稳定的影响。
 
  4.3基坑支护措施
 
  此基坑工程的支护分为两个部分:整体上采用竖向钢管微型桩+挂网喷射混凝土面板+土钉的方案。由于基坑底部已经能排除膨胀土的影响,在基坑底部应用支护桩能起到有效的加固作用。挂网喷射混凝土面板能隔水保湿保证了基坑坑壁的稳定性,土钉墙能够遏制膨胀土的侧壁膨胀力,因此整体上的基坑支护方案是安全可靠的。
 
  在局部加深(电梯井和集水井)区域,大部分加深深度为1.1m,部分加深深度为2m。加深深度为1.1m部分沿用原有支护体系采用复合土钉墙支护。加深深度为2m部分经讨论后采用人工挖孔桩,此种刚性支护位移可控,对上部土体影响小,可确保上部土钉不失效。同时对有集水井部分的桩进行加长进而形成局部加固。因支护桩为短桩并且桩间距大,所以开挖难度小,间接费少,预计工期短。
 
  4.4效果评价
 
  此方案在施工过程中,保证了基坑周边建筑物,地下管线和市政设施的安全。同时在基坑的使用年限内支护结构安全可靠且经济合理,满足工期要求,充分考虑了后续工程衔接。在建筑施工期和使用期的监测数据中尚未发现有超过允许值得偏差。因此这个工程的基坑支护是成功的。
 
  5结语
 
  膨胀土的影响因素很多,最为主要的是膨胀土的外在因素和土体结构。因此,膨胀土的基坑支护应多针对这两方面而采取联合防护的方案。要全面的认识和把握膨胀土的一般规律,正确处理相应的工程问题,尚需更多的努力,笔者认为,应加强一下两个方面的研究:第一提高现场测试技术,更好的反映实际情况,服务于理论研究;第二致力于膨胀土的工程处理技术研究,以更好的应用于实践,解决实际问题。
 
  参考文献
 
  [1]索洛昌EA.膨胀土上建筑物的设计与施工[M].徐祖森译.北京:中国建筑工业出版社,1982.63-80
 
  [2]曲永新,张永双,杨俊峰等.中国膨胀性岩、土一体化工程地质分类的理论与实践[C]//中国工程地质五十年.北京:地震出版社,2000.79-100
 
  [3]王先忠,刘蓓,宋五朋.膨胀土边坡与支护措施.河南水利与南水北调,2014(12):20
 
  [4]丁振洲,郑莹人,王敬林,等.某膨胀土挖方边坡的综合处治.工业建筑,2007,37(3):61

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