膨胀土基坑开挖控制方案

2018-02-14高永强GAOYongqiang

建筑机械化 2018年10期

高永强/GAO Yong-qiang

(昆明理工大学国土资源工程学院，云南昆明 650500)

膨胀土亦称“胀缩性土”，其主要由蒙脱石以及伊利石等具有很强的亲水性的矿物所构成，是具有高胀缩性、崩解性、多裂隙性、超固结性、风化特性以及强度衰减性的性质极不稳定的高塑性黏土。

由于膨胀土在遇水和失水时会发生较大的体积变化，所以在膨胀土地区，其上构筑物经常会因季节性降水原因产生不均匀的升降，从而危及构筑物的结构安全。同时，由于土体的膨胀作用，土体内部会积聚大量的应力，如不采用有效措施对其处理，极易导致滑坡以及基坑坍塌等事故的发生。

1 膨胀土的破坏特点

1）胀缩性膨胀土吸水后体积急剧膨胀，使其上的构筑物向上抬起，假如其膨胀过程受到阻碍就会产生应力，我们称之为膨胀力；土体水分流失后其体积又急剧收缩，导致土体开裂，并会使其上部建筑物产生不均因沉降。土中的蒙脱石以及伊利石含量越高，其膨胀力以及膨胀量就会越大，如果土中的初始含水量相对越低，膨胀力与膨胀量也会相应增大。

2）崩解性膨胀土吸水后体积迅速膨胀，由于土粒间的结构联结和强度丧失,使土体崩散解体，膨胀性质较强的土体，在吸水后几分钟内就会发生比较完全的崩解，而膨胀性较弱的土体也会发生崩解，只是相对于强膨胀土来说，其崩解过程较为缓慢，崩解程度也相对不太完全。

3）多裂隙性膨胀土土体之中的裂隙，常常呈条带状和不规则网状结构分布，使土体的整体性遭到破坏。干旱季节，土体中水分的蒸发导致土体收缩继而产生出很多裂隙，这些裂隙致使土体失去了原有的抗剪强度，同时还成为了水的通道和水的储存器。雨季到来时雨水就会通过裂隙注入土体内部，从而使内部一定范围土体的强度下降，同时内部土体不存在裂隙的部分水的渗入性降低，致使水体保持在裂隙之中，对裂隙两侧面产生水压力，从而增加了引起滑动的力。

4）超固结性绝大多数膨胀土都有超固结性，其先期固结压力大于现有自重应力，土体天然的孔隙比小，密实度较大，初始结构强度较高。一旦有水进入，土体强度将明显下降，这正是引起土体失稳的主要原因。

5）风化特性岩土体开挖后将会很快被风化，剥落、坍塌甚至崩塌的现象非常严重。

6）强度衰减性因为风化作用时间的增加以及胀缩效应的存在，土体抗剪强度就会产生很大程度的衰减。

2 膨胀土基坑边坡破坏原理

由于地表水以及地下水的存在，在地表水较多的季节地下水的水位也相对较高。而在旱季，由于地表水下渗的减少，地下水位下降，膨胀土吸水膨胀、失水收缩的特点的存在使得膨胀土基坑坑壁的土体会反复地膨胀和收缩，这就会致使土体内部以及外部原生裂隙进一步发展扩大，同时由原生裂隙衍生而来的次生裂隙也会迅速地发展。原生裂隙具有较强的隐蔽性，裂隙的产生破坏了土体的整体性，大幅度削弱了土体的强度，当土体吸水后其有效应力会降低，抗剪强度相应也会降低。土体吸水后会发生膨胀软化，致使孔隙比相应增加，也会大大降低土体的抗剪强度。当裂隙逐渐向土体内部延伸的时候，就会在土体内部形成一个潜在滑动面。在重力、地表水以及地下水等荷载的作用下就会导致坑壁失稳，最终导致岩土体的崩解以及滑坡的形成。由于膨胀土的超固结性存在，使得基坑坑壁的水平应力要远远大于自重应力，并且水平应力会随着自重应力的增加而逐渐增大，在基坑坑壁底部处达到最大，从而产生剪应力的集中，土体承受力也最易达到极限状态而发生破坏，形成膨胀土坑壁上的“切坡脚”破坏。

3 膨胀土基坑处理以及支护措施

针对膨胀土的特点以及其所具有的工程特性，在膨胀土地区工程建设时主要注意防止胀缩性、崩解性、多裂隙性、超固结性、风化特性以及强度衰减性引起的基坑边坡滑坡或者坑壁的坍塌，采取的主要施工措施如下。

3.1 桩锚支护体系

采用桩锚式结构，能有效提升岩土体的整体性，有效控制胀缩性、崩解性、多裂隙性以及超固结性等引起的土体变形。

3.2 做好排水措施

膨胀土基坑事故大多都与水有直接的关系，因此，开挖前要对地下管线等设施做好详细的检查，设置好排水沟以及集水井等措施，以保证及时地将地表流水排出。距离坡顶一倍基坑深度范围内的地表要进行硬化处理并且在临近坡顶除要设置挡水墙，同时地表水的排出也要保持通畅，要保证基坑周围不能有积水的存在。临时性的生活设施，如水池以及洗料场，餐厅等其设置位置至开挖基坑边缘距离应不小于15m。同时应做好相应的水处理设施，避免生活污水流进基坑。