浅谈膨胀土深基坑开挖支护

刘博 1 杜冰洁 2

河南汉盛国际工程建设有限公司 河南 郑州 450000

黄河勘测规划设计研究院有限公司 河南 郑州 450000

【摘要】：随着城市地下空间的开发，大量深基坑工程应运而生。由于膨胀土分布对深基坑安全稳定性具有不利影响,以往工程设计人员往往对膨胀土这种特殊性质认识不足,使得大量深基坑支护出现问题,造成严重的工程事故。本文以南阳某建筑工地为例,对膨胀土深基坑开挖、支护进行探讨。

摘要：膨胀土 深基坑 变形监测 土钉墙

工程概况：

该工程总占地面积 2.5万平方米，整合多种交通方式，实现“无缝衔接”，拟建成区域综合交通枢纽，方便当地及周边县市居民出行。本工程地下车库共一层，建筑层高4.2米，主体结构采用独立柱扩大基础型式，平均开挖深度7.0米。

该段的地质情况自上而下为：①层低埋深0.3～0.5米（一般土层厚度）的耕植土，土体含少量砂粒；②层低埋深3.3～3.7米软塑状的粉质粘土，土体含少量铁锰质结合及黑色染斑，土质较好；③层低埋深8.7～9.2米稍湿-湿状态的粉质粘土，土体含少量铁锰质结核，含大量的钙质结核；④层最大揭露厚度为7.5米的粘土，灰白-浅白，硬塑状，土体含有少量粗砂、砾砂及角砾，干强度高，韧性较好。根据土工试验，土样自由膨胀率为45%，属于弱膨胀土。

该区域地下静水位埋深7.0米左右，但在②层粉质粘土中揭露大量上层滞水，水位1.2米-3.5米。

土方开挖：

由于本项目距离铁路较近，根据铁路部门相关要求，基坑不得采用井点降水方案。结合本项目地质水文情况，基坑开挖深度范围内主要为上层滞水层，建议采用明排降水，及在基坑开挖坡脚线四周设置排水沟集水井，坡顶设置收水管道。基坑土方开挖易采用分阶段分层开挖，边开挖边支护。

基坑支护方案：

根据土工试验，经过计算分析应采用土钉墙支护，土钉间距1.5米梅花形布置。土石方开挖时应分层、分段开挖，分层高度与土钉位置相对应，开挖至设计土钉位置下0.5米处，进行土钉的施工，后挂网喷面施工，喷面混凝土强度达到75%并经检验合格后，方可进行下一步土方开挖施工工作。

(1)土钉施工方案

工艺流程

土 方开挖 修整边坡 测量、放线 钻机就位 接钻杆 校正空位 调整角度 打开水源 钻孔（接钻杆） 钻至设计深度 冲洗 插锚杆 压力灌浆养护 裸露主筋除锈 上横梁 锚头锁定

1.钻孔

a根据设计要求和土层条件，定出孔位做出标记。

b作业面场地要平坦、坚实、有排水沟，场地宽度大于8m。

c钻机就位后，应保持平稳，导杆或立轴与钻杆倾角一致，并在同一轴线上。

d钻进用的钻具，可采用地质部门使用的普通岩芯钻探的钻头和管材系列。钻孔设备可根据土层条件选择专门锚杆、土钉钻机或地质钻机。

e根据土层条件可选择无岩芯钻进；为了配合跟管钻进，应配备足够数量的长度为0.5～1.0m的短套管。

f在钻进过程中，应精心操作，精神集中，合理掌握钻进参数，合理掌握钻进速度，防止埋钻、卡钻等各种孔内事故。一旦发生孔内事故，应争取一切时间尽快处理，并备齐必要的事故打捞工具。

g钻孔完毕后，用清水或高压风管把孔底沉渣冲洗干净，直至孔口清水返出。

2.锚杆杆体的组装与安放

a按设计要求制作锚杆，为使锚杆处于钻孔中心，在锚杆杆体上每隔1m设置定位支架。

b锚杆钢筋平直、顺直、除油除锈。杆体自由段应用塑料套包扎，与锚固体连接处用铅丝绑扎。

c锚杆下料长度应为锚杆自由段、锚固段及端头长度之和，端头长度需满足锚固作业要求。

d注浆管分一次和二次注浆管,安放锚杆体时，一次和二次注浆管均随锚杆一同放入孔内，其中一次注浆管用塑料胶带绑扎在锚杆杆体上,二次注浆管可用细铁丝绑扎在锚杆杆体上,注浆管管端距孔底均为50～100mm，杆体放入角度与钻孔倾角保持一致，安好后使杆体始终处于钻孔中心。

e若发现孔壁坍塌，应重新清孔，直至能顺利送入锚杆、土钉为止。

3注浆

a注浆材料应根据设计要求采用水灰比0.50的纯水泥浆，强度M20，必要时可加入一定量的外加剂或掺合料。

b浆液应搅拌均匀，过筛，随搅随用，浆液应在初凝前用完，注浆管路应经常保持畅通。

c注浆完毕应将外露的钢筋清洗干净，并保护好。

4锁定

(2)挂网喷面施工方案

工艺流程

坡 面修整 绑扎钢筋网片 干配混凝土料 依次打开电、风、水开关 进行喷射混凝土作业 混凝土面层养护

注意事项：

1采用机械进行土石方作业时，严禁边坡出现超挖或造成边坡土体松动。基坑边坡开挖完毕后应采用人工进行清坡，以保证边坡平整并符合规定的坡度。

2支护分层开挖深度和施工的作业顺序应保证修整后的裸露边坡能在规定的时间内保持自立并在限定的时间内完成支护，即及时设置土钉和喷射混凝土面层。

3在支护面层背部一般应插入长度为200～300mm、直径不小于50mm的水平排水管，其外端伸出支护面层，排水管间距可为2.5m，以便将喷射混凝土面层后的积水排出。

4锚杆杆体端部与面层内的钢筋网连接时，其相互之间应可靠焊牢。

5混凝土的配合比通过实验室确定，粗骨料最大粒径不大于10mm，水灰比不大于0.45；不掺速凝剂时，存放时间不得超过2小时，掺速凝剂时，存放不得超过20分钟。

6基坑周边应设排水沟或挡水埝，防止雨水流入基坑。

基坑变形监测：

为了及时掌握边坡变形动态，保证边坡安全稳定和工程顺利进行，需对边坡及周边建筑进行变形监测。主要对边坡进行水平位移观测及周边建筑沉降观测。

在开挖过程中，每天观测一次；如发现位移量较大或有突变时，应在上、下午各观测1次。如发现坡顶位移与当时的基坑开挖深度之比超过规定数值时，应及时汇报以便及时采取措施处理。

周边建构筑物的沉降观测：

仪器采用水准仪，按国家三级水准测量要求施测。组成闭合水准线路，每测站高差中误差±1.0mm。高差系统采用施工高程系统。

基准点及观测点的布置：设置原则：在便于观测、受基坑变形影响小、不易扰动的地方设置基准点，并将导点的标高引至基准点。

观测周期：首次观测时，应对各观测点连续观测2次，2次高差之差不宜大于±0.1mm，取中数作为初始值，以后每3天观测一次。每次观测值均应与初始值进行比较，以求得垂直位移量。

监测规定及要求：

变形值报警的确定：当变形值邻近最大允许变形值时，本工程基坑边坡的沉降值或坡顶位移超过6‰～8‰H（H为基坑深度）时，及时采取措施处理。当变形的速度、趋势明显异常时，连续两次以上的变形值大于5mm时及时采取措施处理。

雨季施工措施：

雨期施工主要以“预防为主”，采取防雨和加强排水相结合的措施，确保雨期施工生产的正常进行，尽量减少因季节性气候对工程施工的影响，加强雨期施工的信息反馈，保证基坑的安全。

1雨期施工前，完善施工场地的排水系统，保证排水畅通，并采取良好的挡水措施，以阻止地面水流入基坑内。基坑内的水及时排出，防止基坑内积水。

2雨期施工中应随时掌握天气变化情况，对于大暴雨要提前做好准备。及时查询天气情况，掌握3-5天的天气变化趋势，对雨季施工的常用物资要配备齐全，对于大暴雨要做好应急预案。

3为了防止地表水渗透对喷射混凝土面层产生压力，并降低土体强度和土体与土钉之间的界面粘结力，造成基坑塌方、滑坡，在做好地面排水的同时，在基坑侧壁土中按一定间距预先设置滞水排水管，及时排除渗入坡体的雨水，保证坡体安全。

结束语：

对于膨胀土，环境的影响很大，膨胀土的特性是遇水膨胀，失水收缩开裂，坡面容易剥落坍塌，施工中应充分做好预防措施，严格控制开挖深度，避免坡面长时间裸露。

实践表明，本项目的开挖支护降水方案是有效可行的，岩土施工有不可预见性，在基坑支护勘察设计和施工时应严格按照规范，规程要求进行，

应注意周边环境的调查，分析不良因素，对基础范围及土钉施工范围内全面调查，综合考虑。

土钉墙支护的原则是分层开挖，分段分片施工，切忌因工期紧等原因大深度开挖，对基坑变形和稳定性及其不利。

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