徐 萬(wàn) 升

(中冶天工集團(tuán)有限公司，天津 300380)

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中深基坑膨脹土支護(hù)施工技術(shù)應(yīng)用研究

徐 萬(wàn) 升

(中冶天工集團(tuán)有限公司，天津 300380)

結(jié)合工程實(shí)例，分析了中深基坑膨脹土支護(hù)施工的重難點(diǎn)，從土方開挖、護(hù)坡施工、土釘及錨桿施工、支護(hù)樁施工等方面，闡述了基坑支護(hù)的總體思路與技術(shù)方案，通過實(shí)踐表明，該基坑支護(hù)方案實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益的最大化。

深基坑，膨脹土，支護(hù)樁，錨桿

0 引言

膨脹土是在自然地質(zhì)過程中形成的一種顆粒高分散，成分以粘性礦物為主，對(duì)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(fù)變形等特殊工程性質(zhì)。膨脹土地區(qū)土方開挖時(shí)基坑受物理風(fēng)化作用和濕脹干縮效應(yīng)致使邊坡土塊崩解、土體抗剪強(qiáng)度嚴(yán)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(shè)工程的技術(shù)難題；因此結(jié)合實(shí)際工程研究膨脹土工程施工，進(jìn)而提出工程施工控制措施具有現(xiàn)實(shí)意義及工程應(yīng)用價(jià)值。

1 項(xiàng)目概述

工程位于邯鄲市聯(lián)防路與前進(jìn)大街交叉口西北角，剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式為筏板基礎(chǔ)，基坑最大開挖深度為11.5 m。其中，地下車庫(kù)建筑面積29 956 m2，地下2層(兼作人防)，筏板基礎(chǔ)厚0.5 m，樁基為直徑500 mm，長(zhǎng)度10 m的抗拔樁，剪力墻結(jié)構(gòu)。63號(hào)樓剪力墻結(jié)構(gòu)，地下3層，地上18層，樁筏基礎(chǔ)，建筑高度53.65 m。64號(hào)樓剪力墻結(jié)構(gòu)，地下3層，地上25層，建筑高度79.9 m。65號(hào)樓剪力墻結(jié)構(gòu)，地下2層，地上28層，建筑高度90.35 m。59號(hào)樓框剪結(jié)構(gòu)，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(dú)立基礎(chǔ)。

工程場(chǎng)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(chǎng)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(gè)別大于90%，屬于中高膨脹潛勢(shì)。根據(jù)《膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)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(hù)采用土釘噴護(hù)和灌注樁錨索支護(hù)技術(shù)。降水采用深井降水和坑內(nèi)集水井明排水。

2 工程項(xiàng)目重點(diǎn)、難點(diǎn)及特點(diǎn)

1)該項(xiàng)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(fù)雜。

2)項(xiàng)目所在地地質(zhì)條件復(fù)雜，土質(zhì)為雜填土、膨脹土和砂層，屬于華北陸臺(tái)渤海凹陷與太行山隆起帶的接觸部位，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。

3)施工場(chǎng)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(fù)雜，膨脹土對(duì)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(fēng)化、防雨水是重點(diǎn)。

6)由于膨脹土對(duì)環(huán)境變化和濕熱變化非常敏感，反應(yīng)后出現(xiàn)膨脹和收縮，其抗剪強(qiáng)度表現(xiàn)為衰減的特性，殘余強(qiáng)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(shù)措施。

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

3 科研項(xiàng)目主要技術(shù)

本科研項(xiàng)目從三個(gè)技術(shù)層面進(jìn)行技術(shù)研究：

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

2)土釘及錨桿施工技術(shù)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(zhǎng)度、深度和間距。

3)支護(hù)樁施工技術(shù)研究。a.控制土體的含水率和保證土體的整體結(jié)構(gòu)。b.根據(jù)膨脹土的特性，優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)。c.采用防控結(jié)合技術(shù)(樁錨支護(hù))，加強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定和安全。

4 項(xiàng)目應(yīng)用研究

4.1 總體思路和技術(shù)方案

項(xiàng)目基坑開挖深度為10 m左右，涉及地下人防工程，建筑質(zhì)量和安全標(biāo)準(zhǔn)較高，地下結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尤其是地質(zhì)條件，主要由膨脹土和雜填土形成，項(xiàng)目距離周邊建筑物較近，周邊環(huán)境復(fù)雜，增加了施工難度。

為了保證工程質(zhì)量和周邊建筑的安全，項(xiàng)目部結(jié)合本項(xiàng)目中煤勘察設(shè)計(jì)院提供的地質(zhì)勘查報(bào)告和邯鄲中煤設(shè)計(jì)研究院的意見，針對(duì)本項(xiàng)目的特殊地質(zhì)條件和環(huán)境因素對(duì)基坑開挖和支護(hù)進(jìn)行專項(xiàng)研究和施工，組織專家對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行考證和探討，項(xiàng)目部成立專門科研小組，針對(duì)膨脹土的特殊性在開挖和邊坡支護(hù)進(jìn)行試驗(yàn)和技術(shù)創(chuàng)新，在保證工程質(zhì)量、進(jìn)度和安全的前提下，利用先進(jìn)施工技術(shù)進(jìn)行施工，在節(jié)約施工成本和保護(hù)環(huán)境的理念下完成施工任務(wù)。

針對(duì)雨季施工期間，結(jié)合膨脹土的特性，如何保證基坑的正常施工和運(yùn)行，滿足施工要求，是項(xiàng)目部在實(shí)際施工中需要解決和面對(duì)的課題。

4.1.1 項(xiàng)目準(zhǔn)備階段

項(xiàng)目部根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告和設(shè)計(jì)院提供的設(shè)計(jì)圖紙，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行綜合分析，認(rèn)真研究地勘資料，了解當(dāng)?shù)仡愃乒こ探?jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從基坑的降水和基坑開挖支護(hù)環(huán)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)研究，制定合理經(jīng)濟(jì)的施工技術(shù)措施。成立專門研發(fā)小組進(jìn)行針對(duì)性的實(shí)施。

4.1.2 項(xiàng)目實(shí)施階段

1)土方開挖及護(hù)坡施工技術(shù)研究。由于項(xiàng)目地質(zhì)構(gòu)造復(fù)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(bào)告，對(duì)基坑降水采用管井降水和基坑積水明排。因?yàn)榕蛎浲林械牧严端饕獊碜缘乇頋B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(duì)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(jì)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(qiáng)度特性變化較大，自然狀態(tài)下強(qiáng)度較高，開挖后暴露在大氣中遭受風(fēng)化，干濕循環(huán)效應(yīng)的影響，其抗剪強(qiáng)度表現(xiàn)為衰減的特性，殘余強(qiáng)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(kuò)展，尤其在邊坡底部剪力集中區(qū)裂隙面的擴(kuò)展更為嚴(yán)重，造成邊坡滑動(dòng)。因此在邊坡開挖期間采用濕度控制法，控制邊坡的暴露時(shí)間，保持邊坡的含水率不受大氣影響和防止運(yùn)行期間地表水滲入而采取的措施，如施工中預(yù)留保護(hù)層和及時(shí)進(jìn)行邊坡噴護(hù)。開挖過程中在基坑內(nèi)結(jié)合施工組織，采取逐層設(shè)臨時(shí)截水溝，逐層排水的方式，合理分區(qū)分片開挖，及時(shí)排走施工區(qū)積水。

2)土釘及錨桿施工技術(shù)研究。由于場(chǎng)地狹窄，不能按照正常的大開挖進(jìn)行放坡，為了保證土體結(jié)構(gòu)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(jié)合的技術(shù)進(jìn)行基坑支護(hù)，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(jìn)，壓力注漿。土釘長(zhǎng)度9 m。采用直徑25鋼筋。

3)支護(hù)樁施工技術(shù)研究?；娱_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(fù)雜，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件，為了保證基坑安全和周邊建筑的安全，采用樁錨支護(hù)形式進(jìn)行基坑支護(hù)。鋼筋混凝土灌注樁，旋挖機(jī)成孔，樁徑800 mm，間距1 500 mm，樁間采用鋼筋網(wǎng)片加噴護(hù)。支護(hù)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(guān)鍵技術(shù)、創(chuàng)新點(diǎn)

膨脹土是一種對(duì)于環(huán)境變化和濕熱變化非常敏感的土，反應(yīng)后出現(xiàn)膨脹和收縮，產(chǎn)生膨脹力，并足以危害建筑物和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全。

1)通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和土工試驗(yàn)，根據(jù)內(nèi)聚力、內(nèi)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(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，采用濕度控制法施工技術(shù)。3)嚴(yán)格控制開挖深度和進(jìn)度，錨索采用間隔跳打，跟管鉆進(jìn)。4)通過新技術(shù)快速提高錨索的錨固強(qiáng)度，縮短張拉時(shí)間，減少邊坡的有效變形，保證邊坡的穩(wěn)定。5)采用控防結(jié)合的原則，全方位立體交叉，盡量保證膨脹土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和防止外部因素造成結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的衰減。6)采用先進(jìn)的監(jiān)測(cè)手段，對(duì)基坑的水平位移、垂直位移和沉降進(jìn)行全方位、全天候的監(jiān)測(cè)。

4.3 應(yīng)用推廣情況

隨著新技術(shù)的不斷創(chuàng)新，膨脹土在工程建設(shè)中將被合理科學(xué)的應(yīng)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(yīng)用，通過防控治多方面實(shí)施，膨脹土的技術(shù)問題將得到解決并推廣到更多的領(lǐng)域。

5 預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益分析

本項(xiàng)目通過結(jié)合當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)實(shí)際情況和工程經(jīng)驗(yàn)，有針對(duì)性的對(duì)膨脹土進(jìn)行防控，就地取材，充分利用當(dāng)?shù)刭Y源進(jìn)行施工，節(jié)約施工成本和降低工程造價(jià)。

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

采用合理的開挖支護(hù)技術(shù)，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(duì)周圍環(huán)境的污染，通過對(duì)膨脹土的改良作為回填土進(jìn)行合理利用，節(jié)約施工成本和對(duì)現(xiàn)有資源的有效利用，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)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(wàn)升(1976- )，男，工程師

TU463

A