中风化粉砂岩地层基坑稳定性及加固方法

中风化粉砂岩地层基坑稳定性及加固方法

王昕华 詹鸣 邓鹏飞

中建五局第三建设有限公司 湖南长沙 410000

摘要：由于中风化粉砂岩地层的特殊性，基坑在施工过程中容易受到地层的不稳定性影响，从而导致基坑工程质量问题。为了有效解决这一问题，本研究针对中风化粉砂岩地层的基坑稳定性进行了深入的研究，并提出了一系列可行的加固方法。

关键词：中风化粉砂岩；地层基坑；加固方法

引言：在工程建设中，基坑的开挖和支护是不可或缺的步骤。在某些地质条件下，特别是中风化粉砂岩地层中，基坑的稳定性成为制约工程进展和质量保障的主要因素。中风化粉砂岩地层的特点是其物理性质和力学特性的不均一性，以及对水的敏感性。在基坑施工过程中，由于中风化粉砂岩地层易受水分渗透和地层变形的影响，导致基坑工程容易发生问题，如地表下沉、土方崩塌等。为了确保基坑工程的稳定性和安全性，必须采取适当的加固措施。

一、中风化粉砂岩地层的工程性质

1、地层岩性特征

中风化粉砂岩地层常常呈现出复杂的岩性特征，其中包括了其组成的多样性，如粉砂质泥岩、粉砂岩和部分砂岩的混合，以及其颗粒大小的均匀程度。这种地层的复杂性还表现在其具有较高的粘土含量和常与泥质胶结物共生的特性上。这些特性使得该地层在工程性质上具有一定的复杂性和挑战性，需要充分考虑其特性和影响。

2、地层水文条件

中风化粉砂岩的颗粒细小而均匀，形成的孔隙结构较为发达。这使得地层具有较高的渗透性，有利于地下水的运移。在水文循环中，地下水更容易通过这些岩层渗透至地下水埋深层，形成潜水位。另外，中风化粉砂岩地层的高渗透性可能导致水分在地下流动时的速度较快，工程中需谨慎设计，避免地下水的异常涌出，防范可能的地下水涌出灾害。此外，由于风化作用造成的微观孔隙和裂隙，可能导致地下水在地层中的聚集和储存。这对于一些工程项目，如隧道、地下工程等，可能涉及到地下水的排水和防渗问题，需要采取适当的工程手段进行处理。

3、地层物理力学性质

首先，中风化粉砂岩通常表现出较低的抗剪强度。风化作用导致岩石颗粒之间的粘结力减弱，使得地层整体的抗剪强度下降。在工程施工中，需要通过适当的加固措施，如锚杆、深层灌浆等，来提高地层的抗剪强度，确保工程的稳定性。其次，中风化粉砂岩地层容易发生层理面的剥离和片状剥落，使得岩体整体稳定性降低。这可能导致在挖掘或建筑工程中发生地层的滑坡或坍塌。在施工前需要通过地质勘探和工程地质预测等手段，充分了解地层的物理力学性质，制定相应的防治措施。此外，由于风化粉砂岩的孔隙结构，其对水分的敏感性较高。吸湿膨胀和干燥收缩是常见的变形特性，可能导致地层发生不同程度的体积变化。在工程设计中需要充分考虑这一特性，采取相应的措施来减缓或防止地层的变形。

4、地层工程分类与评估

首先，根据地质特征和工程要求，中风化粉砂岩地层可以被分为不同的工程地层类型。这包括了其岩性、结构、渗透性等方面的考虑，以便更好地适应不同工程的需要。其次，地层工程分类的基础上，进行地层评估是至关重要的。评估需要考虑地层的稳定性、抗剪强度、水文条件、变形特性等多个方面。通过实地勘探、试验和数值模拟等手段，获取地层物理力学性质和水文条件的具体数据。这样的评估有助于描绘地层的整体特性，为工程设计提供科学的依据。在地层工程评估中，需要关注地层的变异性和不均匀性，以更准确地判断其适用性和可能出现的问题。评估结果将影响到工程方案的制定和实施，包括挖掘、基础设计、防护结构等方面。

二、基坑稳定性分析

1、基坑稳定性影响因素

基坑稳定性的影响因素可以包括地质条件、水文条件、岩土性质、开挖深度、支护结构、气候条件等多种因素。其中，地质条件包括地层的岩性、地质构造、地形地貌等；水文条件包括地下水的水位、水量、流速等；岩土性质包括土的强度、变形特性、摩擦阻力等；开挖深度和支护结构的影响则与设计和施工密切相关。此外，气候条件如降雨、风力等也会对基坑稳定性产生影响[1]。

2、基坑稳定性评价方法

基坑稳定性的评价方法有多种，包括定性评价方法、定量评价方法和综合评价方法。定性评价方法主要基于工程经验和专家判断，如地质勘察报告和支护结构设计方案等；定量评价方法则基于数值计算和分析，如有限元分析、有限差分分析等；综合评价方法则是将定性和定量评价方法结合起来，综合考虑各种因素对基坑稳定性的影响。

3、中风化粉砂岩地层基坑稳定性分析

对于中风化粉砂岩地层的基坑稳定性分析，需要考虑地层的特殊性质和开挖过程中可能出现的复杂情况。首先，中风化粉砂岩的强度和变形特性需要认真考虑，尤其是在多裂隙发育的情况下；其次，开挖过程中可能出现涌水、流砂等现象，需要采取合理的工程措施予以处理；最后，支护结构的选型和设计也需要充分考虑地质条件和开挖深度等因素[2]。

4、数值模拟分析在基坑稳定性中的应用

数值模拟分析是一种重要的工程技术手段，可以有效地模拟基坑开挖过程中的应力场、位移场、渗流场等变化情况，为基坑稳定性的评价和优化提供重要的参考依据。通过数值模拟分析，可以预测基坑在不同工况下的响应和变形情况，进而采取相应的工程措施来提高基坑的稳定性。例如，可以通过优化设计方案来改善支护结构的受力状态，或者采取适当的降水措施来降低地下水位等。

三、中风化粉砂岩地层基坑加固方法

1、基坑加固原则与目标

在进行基坑加固时，必须遵循一定的原则和目标。首先，要确保基坑施工的安全性和稳定性，防止发生坍塌、滑坡等事故。其次，要尽可能减少对周围环境的影响，保护生态环境和建筑物安全。最后，要优化施工工艺，提高效率，降低成本，为工程建设创造更大的价值。

2、常用基坑加固方法及其适用性

基坑加固的方法有很多种，每种方法都有其独特的适用性和优缺点。例如，水泥土搅拌法适用于淤泥质土、粉质土、粘性土等软土地基加固；高压喷射注浆法适用于淤泥质土、砂土、卵石等；锚杆静压桩法适用于淤泥质土、粉质土、粘性土等软土地基加固；树根桩法适用于淤泥质土、粉质土、粘性土等软土地基加固[3]。

3、中风化粉砂岩地层基坑加固方法选择与设计

对于中风化粉砂岩地层的基坑加固，需要结合该地层的特性和工程实际情况进行选择和设计。一般来说，可以采用以下几种方法：

（1）钻孔灌注桩：在基坑周围钻孔，将钢筋笼放入孔中，再灌注混凝土，形成桩基础。这种方法适用于中风化粉砂岩地层，能够提供较好的支撑和抗滑移性能。

（2）钢板桩：将钢板桩打入基坑周围，形成连续的板墙，可以起到防水、支撑和挡土的作用。这种方法适用于深度较浅的基坑加固。

（3）地下连续墙：在基坑周围挖沟槽，将钢筋笼放入沟槽中，再浇筑混凝土形成墙体，最后形成连续的墙体。这种方法适用于深度较深的基坑加固。

结语：本文针对中风化粉砂岩地层的基坑稳定性进行了分析，包括影响因素、评价方法、数值模拟分析和加固方法等方面。通过分析可以看出，该地层的稳定性和抗剪强度较低，需要采取相应的结构措施和工程措施来增强其稳定性。同时，采用数值模拟分析可以有效地预测基坑在不同工况下的响应和变形情况，为基坑稳定性的评价和优化提供重要的参考依据。最后，需要对加固效果进行评估和监测，确保基坑施工的安全和稳定。

参考文献：

[1]蔺栋. 中风化泥质粉砂岩地质条件下的地下连续墙成槽技术 [J]. 建筑施工, 2022, 44 (12): 2849-2851.

[2]叶家民,扶亮,张琪. 中风化、强风化泥质粉砂岩地层刀盘易结泥饼问题研究 [J]. 现代隧道技术, 2022, 59 (S2): 239-244.

[3]张子龙. 浅谈中风化富水砂岩地层盾构管片上浮受力分析及控制技术 [J]. 中国设备工程, 2022, (05): 105-107.

作者简介：王昕华（1989.05—），男，汉族，贵州贵阳人，本科学历，中级职称。研究方向为工程管理。