基于膨胀土深基坑支护中土钉墙的应用问题分析与探究

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摘要：随着城市建设的发展 ,建筑密度的不断加大 ,建筑施工空间受到了一定的限制 ,为了确保建设工程的进行和相邻建筑物、构筑物和地下管线等安全使用 ,常需对基坑工程进行基坑处理和支护。在膨胀土地区进行基坑施工时 ,要尽量保持土体的原始应力状态和物理性质 ,密切注意地表水和地下水的分布及活动状况 ,尽可能缩短临空面土体暴露时间 ,以免水土相互作用 ,给工程带来极大危害。土钉墙是由土钉 (包括网面 )与土体共同作用而形成的复合土体 ,较完备地保持了墙后土体原有的结构整体性 ,从而有效遏制了膨胀土的侧膨胀压力 ,该技术运用于膨胀土地区基坑支护是行之有效的。 本文就此进行了深入的论述，望对此类工程提供一些的参考。

关键词： 基坑支护； 土钉墙； 膨胀土； 侧膨胀压力

Abstract: with the development of urban construction, building density increasing, building construction space by a limit, in order to ensure that the construction of the project and adjacent buildings, structures and underground pipeline safety use, often need of foundation pit engineering for pit processing and support. In the expansive soil area in construction of foundation pit, to try to keep the soil of the original stress state and physical properties, pay close attention to the surface water and groundwater distribution and activity, as far as possible shorten face airport soil exposure time, in order to avoid water and soil interaction, bring great harm to the project. The soil nailed wall is by soil nail (including the net surface) acted with the soil and the formation of a compound the soil, a complete kept the original structure of soil wall integrity, thus effectively curb the expansive soil lateral pressure of inflation, the technology used in the expansive soil foundation pit supporting area is very effective. The paper on further discusses, hope to provide some reference for such projects.

Keywords: foundation pit supporting; The soil nailed wall; Expansive soil; Side inflationary pressure

中图分类号：TV551.4文献标识码：A 文章编号：

前言

随着经济发展，人们生活水平的提高，建筑行业的高层、超高层逐渐增多，基坑深度也在增加，促成了深基坑工程施工技术的不断进步，土钉墙支护技术由于具有材料用量少，施工速度快，安全可靠，经济等优点在深基坑围护中得到广泛应用。以下就某膨胀土区的基坑支护工程实例讨论基坑处理过程中可能出现的问题, 分析问题产生的原因及解决的方法, 可供同行参考。

一、工程地质条件

拟建 2 幢 10 层框架连体建筑, 设置地下室一层半, 占地面积 60m×70m ,平面呈梯形状, 其基坑开挖深度为 5. 5～7. 5 m, 且暴露时间长达 6 个月, 需进行支护。由于建筑物场地东侧有城市管网分布, 其它三面仅南侧局部 10 m 有放坡余地, 余下皆紧临建筑物, 基坑边缘与邻近建筑( 低层) 水平最小间距仅为 0. 60 m, 无放坡余地, 常规方法无法施工, 经多方案比较及专家论证, 决定采用土钉墙支护方案进行深基坑边坡治理, 南侧 10m有放坡余地处采用放坡开挖。根据勘探部门提供的地质资料, 场地内地层分布表层为杂填土, 层厚约 1. 5～2. 0 m, 松散- 稍密状态, 其下为可硬塑- 硬塑状态粘土层, 据其物理力学性质及膨胀性, 又可分为 3 个亚层, 即Ⅱ- 1、Ⅱ- 2、Ⅱ- 3 层。其中Ⅱ- 2层粘土为灰黄色, 含大量亲水矿物, 裂隙发育, 是该地区典型的膨胀土, 自由膨胀率达 65%以上, 具中等膨胀性, Ⅱ- 1、Ⅱ- 2 层粘土均具有中等偏弱膨胀性。该场地地下水为分布于杂填土中的上层滞水及粘土层中的裂隙水, 水位埋深 1. 0～1. 5 m。本次支护土层主要在Ⅰ、Ⅱ- 1、Ⅱ- 2 层中进行。

二、土钉墙方案实施问题分析

1、根据土质情况, 决定开挖长度及深度, 开挖作业面修平后, 立即用砂浆抹面, 防止土质坍塌或雨淋, 土钉孔采用水平钻机成孔, 达到设计深度后, 插入钢筋及注浆管, 开始注浆, 压力为 0. 3M Pa ,持续压浆 300 s 以上, 确保充盈, 30 min 后第 2 次补注浆, 水灰比为 0. 5～0. 6。

2、铺设 6. 5@ 200×200 钢筋网, 验收后表面混凝土施工, 混凝土为细粒混凝土, 水泥、砂、石子的配合比为 1∶1. 5∶2. 5, 厚度 100mm ,坡度小于 10°时, 厚度为 150 mm, 28 h 后对土钉进行拉张固定,施加预应力以控制变形。

三、施工中出现的问题分析

1、南侧土钉墙二层土坍塌问题。南侧土钉墙二层土体开挖长度 20m ,高度 1. 0～1. 5m ,开挖结束不久, 土体开始坍塌, 在以后的 8h 内, 土体分 3 次逐次塌空, 上口最后坍塌到 1. 1 m, 下口约 0. 4 m , 坡顶围墙与地坪裂缝最大发展到 12mm , 一层土钉墙前端悬空, 形成负坡, 随时有整体坍塌的危险。

2、砖砌挡墙护坡严重变形。该挡墙护坡支护长度 10 m, 完工后一段时间明显变形, 地表下 3. 0～4. 5 m 处挡墙明显前突, 且位移迅速增大, 不能稳定, 距坡顶边缘 1. 2～1. 5 m 围墙明显开裂, 地面下沉, 水平向裂隙3 道, 以底部最宽为 30 mm, 墙后土体已开裂形成滑动面。

3、原因分析

一是地下水的影响。调查发现, 该场地围墙外 2～3 m 处有一近东西向污水地下暗渠, 宽 4 m 左右, 水深 1. 5～3. 0 m, 汇集的地表水下渗, 使Ⅱ- 1、Ⅱ- 2 层粘土饱水,土体抗剪强度减弱。

二是膨胀土的影响。从土钉墙坍塌部位土质看, 该层土为Ⅱ- 2 层粘土, 灰黄色, 基坑开挖至该层土形成近直立边坡时,受夏季高温影响( 施工时正值酷夏) , 临空面土层的高含水量迅速降低, 土体失水收缩, 网状裂隙张开, 局部土块坍落成新临空面, 然后又出现新的土体沿裂隙坍落, 如此反复, 坡度值越来越小, 同时, 裂隙张开,打开了地表水入侵通道, 增加了孔隙水压力, 使土体抗剪强度大大降低, 致使土体不能临时自稳。在放坡开挖段, 由于采用 1∶0. 5 放坡, 在短时间内土体临空面失水收缩造成的危害不明显, 砌置砖墙挡土护坡后, 因未设置泄水孔、滤水层等排水措施, 加上基坑开挖, 致使基坑内外侧水力梯度加大, 加速了水向基坑渗流、使墙后土体饱水, 膨胀土体吸水膨胀, 产生膨胀压力, 有向各个方向拓展的要求。因其竖向变形受土的自重压力限制, 土体变形便向应力最薄弱的临空面坡外发展, 对砖墙形成较大的侧压力, 坡体及砖墙发生位移, 地面下沉, 最终形成滑裂面。因Ⅱ- 2 层中等膨胀土主要分布在 3. 0～4. 5m 深处, 该段侧压力、侧位移均相对较大, 表现为砖砌墙中部 3. 0～4. 5 m 处明显前突。

四、事故处理问题分析

1、南侧二层土体坍塌的处理。坍塌下来的土体局部清除, 土钉灌浆后挂拉钢筋网片支模, 立即浇灌混凝土, 72h拆模后经观察,土体稳定, 裂隙明显扩张减弱。为保证基坑下层支护安全, 在此层混凝土与土体之间缝隙, 用水灰比0. 5水泥净浆灌浆处理, 面层混凝土拆模后用锚杆加固, 张拉固定, 经过 1 个多月观察, 变形稳定, 安全可靠。在以后的施工过程中, 为减少膨胀土体暴露时间, 减小每层开挖深度, 由每次 1. 5 m 改为 0. 8～1. 0 m。

2、砖砌挡墙变形处理。将砖砌挡墙临空面迅速回填土, 用挖掘机分层压实至离坡顶 1. 5 m 处, 加大被动土压力, 使挡墙坡体暂时稳定, 在砖墙外层张拉钢筋网做 100 m 厚 C20 混凝土面层, 对砖墙后土体进行压密注浆, 浆液用水灰比 0. 5水泥净浆, 面层施工完毕拆模后, 用锚杆加固进行张拉锁定。逐层施工至基坑底部。经 1 个多月的观察和暴雨考验, 变形完全停止, 此处安全稳定。

五、结语

在膨胀土地区进行基坑施工时, 要尽量保持土体的原始应力状态和原始物理性质, 应密切注意地表水和地下水的分布及活动状况, 以免水土相互作用, 给工程带来极大危害。实践证明, 土钉墙技术应用于膨胀土地区基坑支护是行之有效的, 其独特的主动加固机制, 较完备地保持了土体原有的结构整体性和原有应力状态, 从而有效遏制了膨胀土的膨胀潜势, 使设计和施工常规化; 基坑施工中, 施工监测非常重要, 实施动态信息管理, 及时调整, 可以使施工管理更加科学化, 合理化。

参考文献：

[1] 龚晓南, 高有潮. 深基坑工程设计施工手册[ M ] . 北京: 中国建筑工业出版社, 1998. 374- 404.

[2] 刘建航, 侯学渊. 基坑工程手册[ M ] . 北京: 中国建筑工业出版社, 1997. 731- 763.

[3] 李生林, 秦素娟, 薄遵昭, 等. 中国膨胀土工程地质研究[M] . 南京: 江苏科学技术出版社, 1992. 8- 92.

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