膨胀泥岩地层深基坑变形控制技术措施

张 哥 其

(中铁城市发展投资集团有限公司，四川 成都 610000)



膨胀泥岩地层深基坑变形控制技术措施

张 哥 其

(中铁城市发展投资集团有限公司，四川 成都 610000)

根据某地铁车辆段工程的水文地质条件与周边环境情况，分析了该工程膨胀泥岩深基坑变形的原因，并提出了控制措施，进行了基坑变形监测，结果表明该车辆段基坑整体趋于稳定状态。

膨胀泥岩，深基坑，变形控制，监测数据

1 工程概况

1.1 设计概况

本地铁车辆段为地下1层局部2层结构，占地123亩，基坑长480 m、宽180 m，开挖最深处为34 m，建筑面积95 500 m2。基坑土石方量146万余立方米。基坑围护结构采用放坡+土钉墙+钻孔灌注桩+锚索，基坑南侧(最深处)设置9道锚索，长度10 m～32 m。

1.2 水文地质情况

膨胀土分布：③-1-2黏土、③-2粉质黏土、④-1黏土、④-1-1黏土夹卵石、⑤-1-1全风化泥岩，蒙脱石含量M=8.7%～23.72%，自由膨胀率Fs=54%～70%。膨胀岩分布：(K2g)的泥岩，膨胀力Pp=10 kPa～514 kPa；自由膨胀率FS=12%～48%。膨胀岩土暴露于空气中及在动水作用下，易膨胀、软化、崩解、强度急剧降低、失水收缩开裂。地下水一是赋存于人工填土及粘性土层的上层滞水，二是赋存于第四系中更新统砂卵石层中的孔隙潜水，三是基岩裂隙水。

1.3 周边建筑物

经调查基坑南侧为附属中学砖混建筑，最近处距离基坑开挖线16 m。

2 膨胀泥岩深基坑变形控制

2.1 深基坑变形案例

2016年1月14日，车辆段基坑南侧开挖深度约20 m，施工至第6道锚索。桩体位移监测点CX2,CX3累计变形量分别为46.62 mm(-5.5 m处)，51.01 mm(-8.5 m处)，控制值为55 mm。

桩顶水平位移ZQS2,ZQS3变形量最大分别为75.89 mm,57.21 mm，控制值为35 mm。且基坑南侧附属中学体育馆、阶梯教室墙体开裂、下沉，墙体、走廊及梯步出现裂缝。

2.2 原因分析

车辆段基坑开挖，2015年9月恢复施工，11月～12月施工第4道～第6道锚索。通过分析监测数据和施工周期的关系，基坑变形主要原因如下。

2.2.1 膨胀土地层钻孔施工扰动

车辆段基坑锚索采用哈迈90型钻机钻孔，184 kW空压机高压风沉渣清孔，钻孔至20 m深度时，沉渣呈泥状，高压风无法吹出，钻进受阻。改为高压水洗孔后解决，但出现钻孔上方地面跑风、冒浆现象，此时钻孔位置距地面约8 m。

2015年11月6日锚索钻孔施工，CX2测点单次变化+4.81 mm，停钻后监测数据稳定。11月7日～8日再次钻孔，变形量约+4 mm～+6 mm(-9.5 m～-1.0 m处)。监测数据反映：基坑开挖时监测数据较稳定，锚索钻孔时监测数据突变，钻孔施工跟膨胀地层基坑变形呈线性正比关系，钻孔施工对膨胀土地层扰动明显。统计分析车辆段基坑第4道～第6道锚索钻孔施工期间,桩体位移CX2最大值+23.58 mm(-15 m处)，开累最大值+41.84 mm(-7 m处)，平均增加+7.32 mm～+23.58 mm(-22 m～-4.5 m处)。规律为：锚索钻孔施工导致监测数值变化约2 mm～3 mm，停钻后监测数据稳定。第4道～第6道锚索钻孔施工期间基坑变形曲线见图1。

2.2.2 普通锚索在膨胀土地层的效果有限

锚索注浆按两次施工，但二次注浆无法稳压2 MPa～3 MPa维持5 min。后改为初凝前进行二次加压灌浆，注浆效果有所改善。

锚索张拉后，基坑D—D,E—E断面有10束锚索达不到设计张拉力，另有部分锚索张拉过程即时应力损失较大，最高达40%～50%，按设计要求1.1倍锁定值锁定后，无法达到设计锁定值。该段土层为杂填土及含卵石膨胀粘土，土质松散，土体内含水率高。

2.2.3 泥岩地层膨胀力是主因

车辆段基坑前三道锚索未进入膨胀岩土地层，第4道～第6道锚索进入膨胀岩土地层。施工处于雨季，地表水和雨水沿裂缝渗入土体；开挖后膨胀岩土暴露在空气中时间长、面积大，产生膨胀应力达到或者超过锚索应力，基坑变形持续加大。

2.3 基坑变形控制技术措施

1)基坑回填反压。

对车辆段南侧基坑变形较大的部位采取堆土反压措施，控制基坑变形量继续增加，消除基坑坍塌风险。

2)控制地面地下水渗透。

对硬化地面裂缝裂纹采用防水沥青膏填塞封堵。加强支护体系的引、截、排水措施，护壁增设长度1.5 m泄水管，加密管井降水抽水频率，及时疏干土层积水。

3)改进锚索支护。

a.基坑变形较大部位改用囊式锚索。第4道～第5道锚索间增设一排囊式锚索，钻孔完成立即注浆。截止2月16日，囊式锚索张拉完成，锚索轴力全部满足设计要求。b.为加强锚索进入岩层的有效长度，在原设计基础上，增加了5 m的锚固长度。c.针对土层软弱的特性，钻孔时全程加套管，及时清孔，快速下索，及时注浆，严格控制注浆量保证孔内浆液充盈。d.针对锚索锁定应力损失较大的问题，采取二次张拉和加大锁定张拉力值措施，最大值不超过1.3倍轴力设计值(试验检测值为1.4倍)。同时采取增设降水、泄水管措施降低土层的含水率，现场实施后锚索轴力稳定，锚索轴力不足或损失的现象基本得到控制。

3 深基坑变形控制实施效果

根据最近一月各监测点位的变形监测数据反映，车辆段基坑整体趋于稳定状态，基坑变形得到控制，监测数据如下。

3.1 桩顶、桩体水平位移

2016年2月3日～3月1日，桩顶水平位移ZQS2,ZQS3,ZQS4累积变形量在2 mm左右，桩体水平位移CX2,CX3累积变形量约2 mm。如CX2最大变形量+2.09 mm(-3.5 m处)。最大累计值+49.15 mm(-7.5 m处)(见图2)。

3.2 附属中学建筑物沉降和地表沉降

附属中学建筑物近期数据变化较为平稳，沉降最大测点JZ4-6累计值为-18.36 mm。基坑变形对应部位地表沉降变形趋势稳定，监测数据无异常，无突变，地表沉降监测点DB3-2最大值为-19.02 mm，变化趋于稳定(见图3)。

3.3 锚索拉力

采取措施后锚索拉力无异常变化，锚索轴力与设计给定锁定值接近，锚索轴力不足或损失的现象基本得到消除(见图4)。

4 结语

在膨胀泥岩地层施工特大深基坑，腐殖土、松散的表层土和杂填土及含卵石膨胀粘土，受钻孔施工特别是高压风扰动明显。水系渗透对膨胀泥岩的影响极大，膨胀力是造成基坑变形的主要原因，控制地表水及雨水渗透、采取截排水+降水措施、疏干土层积水、地面硬化及裂缝封堵、快速封闭可最大程度控制基坑变形。膨胀岩土地层锚索轴力衰减现象普遍，局部张拉达不到设计值，通过提高锚索锁定值、改用囊式锚索有较好效果。

[1] GB 50112—2013,膨胀土地区建筑技术规范[S].

[2] 王 博.膨胀土地区地铁深基坑设计研究[J].铁道建筑技术，2013(2):36-39.

[3] 袁贵兴,张炳焜,胡 蓉.膨胀土地区压力型囊式锚索抗拔承载力试验研究[J].四川建筑，2015(3):124-127.

Deep foundation deformation control technology measures of expansive mudstone stratum

Zhang Geqi

(ChinaRailwayCityDevelopmentInvestmentGroupCo.,Ltd,Chengdu610000,China)

According to the hydrological conditions and surrounding environment conditions of the subway vehicle section engineering, the paper analyzes the engineering expansive mudstone deep-foundation deformation causes, puts forward control measures, and carries out foundation deformation monitoring. Results show that: the integral vehicle section foundation pit tends to be stable.

expansive mudstone, deep foundation, deformation control, monitoring data

1009-6825(2017)14-0057-02

2017-03-08

张哥其(1986- )，男，工程师

TU463

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