中深基坑膨胀土支护施工技术应用研究

徐 万 升

(中冶天工集团有限公司，天津 300380)



中深基坑膨胀土支护施工技术应用研究

徐 万 升

(中冶天工集团有限公司，天津 300380)

结合工程实例，分析了中深基坑膨胀土支护施工的重难点，从土方开挖、护坡施工、土钉及锚杆施工、支护桩施工等方面，阐述了基坑支护的总体思路与技术方案，通过实践表明，该基坑支护方案实现了经济社会效益的最大化。

深基坑，膨胀土，支护桩，锚杆

0 引言

膨胀土是在自然地质过程中形成的一种颗粒高分散，成分以粘性矿物为主，对环境湿热呈现显著胀缩的高塑性特殊粘土。其粘性成分主要由粘土性亲水矿物组成，具有超固性、胀缩性、多裂隙性及遇水膨胀，失水收缩开裂且反复变形等特殊工程性质。膨胀土地区土方开挖时基坑受物理风化作用和湿胀干缩效应致使边坡土块崩解、土体抗剪强度严重衰减，造成塌方、滑坡等变形病害现象，使得膨胀土问题成为困扰各类建设工程的技术难题；因此结合实际工程研究膨胀土工程施工，进而提出工程施工控制措施具有现实意义及工程应用价值。

1 项目概述

工程位于邯郸市联防路与前进大街交叉口西北角，剪力墙结构，基础形式为筏板基础，基坑最大开挖深度为11.5 m。其中，地下车库建筑面积29 956 m2，地下2层(兼作人防)，筏板基础厚0.5 m，桩基为直径500 mm，长度10 m的抗拔桩，剪力墙结构。63号楼剪力墙结构，地下3层，地上18层，桩筏基础，建筑高度53.65 m。64号楼剪力墙结构，地下3层，地上25层，建筑高度79.9 m。65号楼剪力墙结构，地下2层，地上28层，建筑高度90.35 m。59号楼框剪结构，地下3层，地上11层，建筑高度31.2 m。附属商业3层，柱下独立基础。

工程场地位于太行山东麓，地貌单元属于华北冲积平原南部的西部边缘，场地土层主要由第四系素填土层、第三系的粘性土、砂土组成。粘性土的自由膨胀率介于33.9%～90%之间，个别大于90%，属于中高膨胀潜势。根据《膨胀土地区建筑技术规范》属于膨胀土地基。地下水类型为膨胀土裂隙水和上层回填土滞水，局部连续的砂层透镜体含水层具有一定的承压性，且水量较大。基坑开挖支护采用土钉喷护和灌注桩锚索支护技术。降水采用深井降水和坑内集水井明排水。

2 工程项目重点、难点及特点

1)该项目土方开挖量大，开挖深度较深，属于深基坑作业，周边环境复杂。

2)项目所在地地质条件复杂，土质为杂填土、膨胀土和砂层，属于华北陆台渤海凹陷与太行山隆起带的接触部位，地质构造复杂。

3)施工场地狭窄，距建筑物较近，最近处接近2 m，施工难度大。

4)施工高峰期在6月～8月，雨季施工情况复杂，膨胀土对气候的变化影响较敏感，增加施工难度。

5)基坑开挖中控制土体卸荷速率、暴露膨胀土作业期间防风化、防雨水是重点。

6)由于膨胀土对环境变化和湿热变化非常敏感，反应后出现膨胀和收缩，其抗剪强度表现为衰减的特性，残余强度明显降低，直接影响边坡的整体稳定和安全，增加了施工组织难度和加大施工技术措施。

7)膨胀土对含水率极其敏感，含水率发生变化，引起土体结构变化，经常在边坡极缓的情况下发生滑动。控水是重点和难点。

3 科研项目主要技术

本科研项目从三个技术层面进行技术研究：

1)土方开挖及护坡施工技术研究。a.最大限度的减少土方开挖量和对土体的扰动。b.解决好雨季施工对边坡的影响，做好防排措施。

2)土钉及锚杆施工技术研究。a.合理安排边坡的开挖深度和顺序，控制好边坡的变形。b.根据土体特性，确定土钉的锚固长度、深度和间距。

3)支护桩施工技术研究。a.控制土体的含水率和保证土体的整体结构。b.根据膨胀土的特性，优化现场施工技术。c.采用防控结合技术(桩锚支护)，加强边坡的稳定和安全。

4 项目应用研究

4.1 总体思路和技术方案

项目基坑开挖深度为10 m左右，涉及地下人防工程，建筑质量和安全标准较高，地下结构复杂，尤其是地质条件，主要由膨胀土和杂填土形成，项目距离周边建筑物较近，周边环境复杂，增加了施工难度。

为了保证工程质量和周边建筑的安全，项目部结合本项目中煤勘察设计院提供的地质勘查报告和邯郸中煤设计研究院的意见，针对本项目的特殊地质条件和环境因素对基坑开挖和支护进行专项研究和施工，组织专家对现场实际情况进行考证和探讨，项目部成立专门科研小组，针对膨胀土的特殊性在开挖和边坡支护进行试验和技术创新，在保证工程质量、进度和安全的前提下，利用先进施工技术进行施工，在节约施工成本和保护环境的理念下完成施工任务。

针对雨季施工期间，结合膨胀土的特性，如何保证基坑的正常施工和运行，满足施工要求，是项目部在实际施工中需要解决和面对的课题。

4.1.1 项目准备阶段

项目部根据地质勘查报告和设计院提供的设计图纸，结合现场实际情况对项目进行综合分析，认真研究地勘资料，了解当地类似工程经验数据，从基坑的降水和基坑开挖支护环节进行详细研究，制定合理经济的施工技术措施。成立专门研发小组进行针对性的实施。

4.1.2 项目实施阶段

1)土方开挖及护坡施工技术研究。由于项目地质构造复杂，主要由杂填土、粘土和砂层组成，且分布不均匀，水位埋深1.2 m～4 m。地下水类型为膨胀土裂隙水和上层滞水，局部连续的砂层透镜体含水层具有承压性且水量较大，根据地勘报告，对基坑降水采用管井降水和基坑积水明排。因为膨胀土中的裂隙水主要来自地表渗透性较差，管井降水效果不理想，因此采用开挖明排方式，在砂层和上层杂填土滞水层含水量较大，采用管井降水效果较好。针对不同的地下条件，采用不同的降水方案，既能保证施工要求，又能节约成本，提高施工经济效益。避免了传统的以偏概全的方式，一概而论，增加施工周期和施工成本。

随干湿环境的变化膨胀土强度特性变化较大，自然状态下强度较高，开挖后暴露在大气中遭受风化，干湿循环效应的影响，其抗剪强度表现为衰减的特性，残余强度明显降低。在土方边坡开挖过程中由于卸载的作用，引起土体裂隙的开裂和扩展，尤其在边坡底部剪力集中区裂隙面的扩展更为严重，造成边坡滑动。因此在边坡开挖期间采用湿度控制法，控制边坡的暴露时间，保持边坡的含水率不受大气影响和防止运行期间地表水渗入而采取的措施，如施工中预留保护层和及时进行边坡喷护。开挖过程中在基坑内结合施工组织，采取逐层设临时截水沟，逐层排水的方式，合理分区分片开挖，及时排走施工区积水。

2)土钉及锚杆施工技术研究。由于场地狭窄，不能按照正常的大开挖进行放坡，为了保证土体结构的整体稳定，周边没有重要建筑物的条件下，(1区)局部采用土钉和锚杆相结合的技术进行基坑支护，根据土体特性，在基坑中部采用土钉和锚杆间隔施工，上下采用土钉施工，土钉间距为1 500 mm。跟管钻进，压力注浆。土钉长度9 m。采用直径25钢筋。

3)支护桩施工技术研究。基坑开挖平均深度10 m，属于深基坑工程，部分基坑周边建筑物距离基坑最近2 m，属于浅层轻型建筑，环境复杂，根据现场地质条件，为了保证基坑安全和周边建筑的安全，采用桩锚支护形式进行基坑支护。钢筋混凝土灌注桩，旋挖机成孔，桩径800 mm，间距1 500 mm，桩间采用钢筋网片加喷护。支护桩上下增加两道腰梁，控制桩体的位移和变形。既能满足深基坑施工要求，又能减少基坑土方的开挖量和回填量，节约成本和减少环境污染。

4.2 关键技术、创新点

膨胀土是一种对于环境变化和湿热变化非常敏感的土，反应后出现膨胀和收缩，产生膨胀力，并足以危害建筑物和结构的稳定和安全。

1)通过现场监测和土工试验，根据内聚力、内摩擦角和天然重度来合理确定膨胀土边坡直立高度和开挖深度。2)为了保证边坡土体结构的稳定，采用湿度控制法施工技术。3)严格控制开挖深度和进度，锚索采用间隔跳打，跟管钻进。4)通过新技术快速提高锚索的锚固强度，缩短张拉时间，减少边坡的有效变形，保证边坡的稳定。5)采用控防结合的原则，全方位立体交叉，尽量保证膨胀土内部结构的稳定和防止外部因素造成结构强度的衰减。6)采用先进的监测手段，对基坑的水平位移、垂直位移和沉降进行全方位、全天候的监测。

4.3 应用推广情况

随着新技术的不断创新，膨胀土在工程建设中将被合理科学的应用，尤其在大型土方工程中，膨胀土的改良再利用已经在工程施工中广泛应用，通过防控治多方面实施，膨胀土的技术问题将得到解决并推广到更多的领域。

5 预期经济效益和社会效益分析

本项目通过结合当地地质实际情况和工程经验，有针对性的对膨胀土进行防控，就地取材，充分利用当地资源进行施工，节约施工成本和降低工程造价。

针对不同的地质条件在基坑降水和基坑支护方面采用合理的施工措施和创新技术，避免一概而论造成资源和材料的浪费，既满足施工技术要求，又缩短施工周期和降低成本。

采用合理的开挖支护技术，大大减少土方的开挖工作量和土方回填工作量，减少膨胀土的排放量和对周围环境的污染，通过对膨胀土的改良作为回填土进行合理利用，节约施工成本和对现有资源的有效利用，具有很好的经济效益和社会效益。

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

徐万升(1976- )，男，工程师

TU463

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