湿陷性黄土地区基坑支护的特性与支护类型优选.doc

湿陷性黄土地区基坑支护的特性与支护类型优选摘 要:本文结合湿陷性黄土的特性分析了湿陷性黄土地区基坑支护的类型；建议了湿陷性黄土地区基坑工程中土的抗剪强度指标的修正。通过对西宁地区典型的湿陷性黄土基坑工程事故分析，指出了湿陷性黄土地区基坑工程事故预防措施。:关键词: 湿陷性黄土；基坑支护类型；事故分析；土的强度指标Characteristics of Foundation Pit and Support Type of Optimization in Collapsible Loess AreaAbstract: The paper puts forward common timbering types combining collapsible loess characteristic in collapsible loess areas; advices correctional coefficient of loessial anti-shearing strength. Through analysis engineering accident of typical foundation pit of Xining area, the precaution of foundation pit in collapsible loess area is raised.Key words: collapsible loess; type of foundation pit; analysis of accident; soil strength guideline 湿陷性黄土作为一种特殊性土，其特殊性更突出地表现在它的结构性、欠压密性和湿陷性，其结构性在力和水的作用下，将遭受破坏使其强度丧失，而其欠压密性、高孔隙度则为浸水时产生附加下沉提供了必要的体积变化条件。湿陷性黄土地区的深基坑由于天然情况下湿度较低、抗剪强度较高，未浸水前大多处于安全稳定的状态，一旦受浸水作用，湿陷性黄土的结构弱化，强度大幅度降低，就会产生增湿剪切破坏现象。因此，对湿陷性黄土地区的深基坑等进行支护处理是十分必要的。1湿陷性黄土的工程特性 湿陷性黄土的工程性质在不同地区有显著不同。西宁地区位于黄土高原和青藏高原的过渡地带，黄土状土层主要分布于湟水河 I-级阶地和其支流南川河、北川河的两岸阶地上，I-级阶地一般厚 310m，-级阶地则厚 1050m之间。它与典型黄土的区别在于其不完全具备黄土的几个特征，即粉质、富钙、大孔隙、垂直节理发育、具湿陷性为特征。 西宁地区的湿陷性黄土均为粉质土，具有孔隙发育，塑性低，压缩性中等；天然含水量6.5%15.6%，天然重度13.216.6KN/m3，干密度1.231.49g/cm3，孔隙比0.81.1，液限含水量 22.726.1，塑限含水量14.817.9，塑性指数7.38.9，压缩系数0.130.82MPa-1 ，湿陷系数0.0160.146；土的抗剪强度指标内摩察角 值20o24o，粘凝力c值1724kPa。由崩解试验，大多遇水后迅速崩解，绝大部分在5分钟内崩解完毕，且以块状崩解为主；呈片状崩解的湿陷性黄土，在5分钟内崩解率55%，16分钟内崩解完毕。 西宁地区的湿陷性黄土干密度在垂向上，呈不规则递增趋势，在平面上呈现出由低阶地向高阶地、洪积裙、黄土丘陵过渡，逐渐增高的趋势；孔隙比在平面上变化规律不明显，在垂向上显示出随深度增加，孔隙比变小的趋势。湿陷强度在平面上一般河谷高阶地上的以弱湿陷为主，低阶地以中等湿陷为主，洪积裙及黄土丘陵边坡地带以强湿陷为主；在垂向上湿陷强度随深度的增加而呈现不规则递减的趋势等特点。2湿陷性黄土地区基坑工程中土的抗剪强度指标的取值2.1影响湿陷性黄土抗剪强度指标的主要因素 黄土的抗剪强度指标c、 值，与土的含水量关系密切，当含水量低于其塑限时，含水量变化对抗剪强度影响最显著；当含水量大于塑限时，抗剪强度降低幅度较小；而超过饱和含水量时，抗剪强度变化不大，但此时抗剪强度指标值已经很小。黄土饱和后抗剪强度急骤降低是由其本身结构特点所决定，是其不同于其它土的特点，也是其边坡坍塌的主要原因。 土的强变在施工期间实际上是变化的，在基坑工程中，土体强度指标选取要根据土的种类、地下水位的高低及排水条件、工程重要性等一系列因素综合判定。同时黄土具有湿陷性，遇水后土体结构迅速崩解，强度降低很多，在不同含水量情况其c、 值不同，尤其是c值随含水量变化较大，因此在基坑工程设计计算中要充分考虑基坑周边土体在基坑施工期间以及局部地段受水浸泡引起c、 值变化。湿陷性黄土的冻结融化对其抗剪强度指标影响很大。黄土冻结融化后抗剪强度降低，其中冻土融化强度降低最大；冻融对土的凝聚力影响较大，冻结时其值为天然状态的0.8倍左右，融化后其值为天然状态0.6倍左右，而土的摩擦角基本没有变化。这主要因为土冻结时膨胀产生冻胀力破坏土体结构，经过反复冻结融化，土的抗剪强度降低，因而影响基坑稳定。2.2湿陷性黄土抗剪强度指标的修正 朗肯土压力理论假定支护结构与土之间没有摩擦力，而实际其间存在摩擦力，由于理论假设使得计算的主动土压力比实际偏大，被动土压力比实际偏小，支护结构嵌固深度及弯矩偏大，偏于保守；作用在支护结构上的土压力与土的抗剪强度有关，即与土的粘聚力c和内摩擦角 有关，由于黄土本身结构特点使其天然状态下抗剪强度较高，实际黄土抗剪强度处于固结排水剪与固结不排水剪强度之间，而一般工程地质勘察报告提供的是不固结不排水法测定的c、 值，其值比实际黄土的c、 值低，同时试验的土的结构可能受到破坏，使得测定值比实际值低。鉴于以上各种原因，建议计算土压力时将c、 值乘以适当系数修正。 西宁地区的湿陷性黄土为粉质土，一般选用不固结不排水剪强度指标，用总应力法计算土压力时可将试验所得抗剪强度指标：粘聚力c值乘以1.01.1的系数，内摩擦角 值乘以1.11.2的系数。3湿陷性黄土地区基坑支护类型的优选 根据基坑开挖深度、周围环境及土层工程地质条件，湿陷性黄土地区基坑开挖支护其支护方法也越来越多。目前西宁地区最大基坑开挖深度已近20m，通常为515m左右。3.1 黄土基坑深度小于10.0米时 可采用悬臂式支护结构形式和土钉墙支护。3.1.1砖砌体护坡 砖砌护坡是当基坑开挖至设计深度后，用砖砌筑成墙挡土，常为 240砖墙，墙底适当放宽，并嵌入坑底以下1.0m左右，墙背与坑壁紧密接触或分层填土夯实。主要用于坑壁在最大直立高度 以内的基坑，为防止表面坍塌或松散人工填土层剥落而设，其主要作用是护面。其优点为施工方便，操作简单，施工速度快，造价低，不受场地条件限制。缺点为整体性差，抗剪强度低，适应性差，仅用于护坡。3.1.2重力式挡土墙 只能满足二、三级安全等级要求。重力式挡土墙用砖砌或素混凝土组成，依靠其本身重量挡土，墙体要有一定厚度，墙高一般不超过5.0m。设计时应使墙基嵌入基坑以下一定深度，注意墙基的稳定，防止因地基施工振动或基坑地面下沉引起墙基失稳。一般用于基坑开挖深度6.0m以下。该方法施工方便、施工速度快，但墙体抗弯能力低，厚度大，稳定性差，变形相对较大。3.1.3水泥土挡墙 只能满足二、三级安全等级要求，用搅拌桩或旋喷桩作成重力式挡土墙，利用其本身重量和刚度进行挡土，兼有挡土及防水帷幕的作用，墙体要插入基坑以下一定深度，并有一定厚度，其插入深度、厚度，应根据基坑深度、侧向土压力、地面荷载等计算确定。一般用于基坑深度不宜超过6m。3.1.4悬臂式钢筋混凝土挡土排桩 悬臂式支挡结构，因其弯矩较大，在基坑深超过8.0m时不经济，桩的入土深度一般不小于基坑深度，桩径为0.61.0m，常用旋挖锅锥钻机成孔，水下灌注混凝土。安全等级为一级时，优先选择。由于施工设备相对简单，占地面积小，可用多台设备同时施工，施工速度快，桩体刚度大，强度高，抗剪能力强，但桩身弯矩大，配筋量高，桩顶位移大，基坑距离周围重要建筑物较近时，应慎用。3.1.5土钉墙支护 土钉墙是由被加固土体、土体内放置一定长度和密度的土钉以及附着于坡面的混凝土面板组成，形成一个类似于重力式墙的挡土墙，土钉与土共同作用，形成提高原状土强变和刚度的复合体，土钉的作用是主动加固的机制，它对土体的整休刚度、抗拉都有提高，从而提高边坡的稳定性。该方法施工设备轻便，施工速度快，经济，其工程造价为排式灌注桩的1/32/3 左右。但只能满足二、三级安全等级要求。土钉墙支护土体变形较大，当基坑距周围楼房较近时，要慎重使用。3.2黄土基坑深度10.0-15.0米时 可采用桩加单层锚杆支护形式和土钉墙加锚杆支护形式。3.2.1桩加单层锚杆支护 在一级安全等级要求下，可以采用桩加单层锚杆支护结构。当悬臂式灌注桩自身刚度和稳定性不能维持基坑稳定或桩顶位移、桩身弯矩较大时，须用锚拉式钢筋混凝土排桩支护，桩加单层锚打结构是为了弥补悬臂式强度与变形的要求，采用预应力斜拉锚杆给桩建立一个支点，以调整排桩受力结构，降低其弯矩，以减少桩的截面和配筋量。当基坑深度为10m左右时，采用单层锚杆 (锚桩)挡土排桩较为合理。锚杆锚固力主要靠土的摩阻力，因而锚杆直径不宜过小，常用直径为0.30.44m、锚杆式挡土桩可使桩身弯矩成倍降低，大幅度减少水泥及钢筋用量，其刚度大、变形小，特别适用于对变形要求较严的基坑，但施工工序复杂。3.2.2土钉墙加单层锚杆支护 安全等级为二、三级时可以采用土钉墙加单层锚杆结构。土钉墙加锚杆结构作用原理与桩加单层锚杆原理基本相同，在土体上建立一个或者多个支点，以弥补土钉墙在基坑深度较大，滑移面较大，设置土钉数量大，长度长的缺点。3.3黄土基坑深度大于15.0米时 此时，黄土的主动土压力和滑移面较大，土钉墙己经不宜采用。建议采用桩加多层锚杆结构或者框架锚杆结构，桩加多层锚杆的计算方法就是将其分解成多个不同埋深的单支点护坡桩进行计算。4湿陷性黄土基坑工程事故分析 近年来，西宁地区发生的基坑事故有不断上升的趋势，如2003年7月8日西宁市某开发区物业管理大楼施工工地发生塌方；2007年4月26日，城西区明都大厦基坑护坡工程，基坑开挖边坡支护措施不力，造成边坡2次失稳，发生大面积土方坍塌事故，且施工中长达数个月的持续抽水，影响到周边新建建筑物地基的正常固结沉降，对周边某大学30层的住宅楼安全造成重大隐患；2007年4月27日，青海银鹰护卫基地边坡支护工程发生土方坍塌事故；2009年3月1日商业巷某工程基坑支护坍塌事故。4.1.1 商业巷某工程基坑施工状况 该项目由5个栋号组成，总建筑面积151461平方米。该工程至2009年3月，工程进度为1号楼主体6层，2号楼主体7层，3号楼地下负2层，4、5号楼基坑开挖支护，其中4号楼在2008年12月中旬基坑东侧已挖深至11米，施工单位完成边坡支护后，由于天气寒冷的原因停工，2009年3月1日，该工程复工，3月19日4号楼基坑东边在为东侧底部做边坡支护加固时发生事故，基坑的一段约20米宽的边坡发生坍塌。4号楼基坑支护类型为微型桩复合土钉墙支护，基坑深度12m左右，钢管锚杆设计长度为35m，喷射的混凝土面设计厚度为80mm。4.1.2商业巷某工程基坑坍塌分析 根据调查分析，造成基坑坍塌的原因有： 1. 施工单位未按设计要求施工是发生此次坍塌事故的主要原因。事故现场砂砾层中的钢管锚杆长度未达到设计要求，而在事故现场随机抽样三根钢管平均长度仅为1.82米，最长的为1.93米，最短的仅有1.64m。同时，原设计方案中，基坑开挖前要先在边缘打下竖向超前微型柱，起到支撑与固定作用，但是经现场查看证实没有做，注浆孔设置不规范。此外，边坡上喷射的混凝土厚度，现场随机抽查实际为5566mm。 2. 土体消融解冻是造成坍塌的主要诱发因素之一。由于已加固的基坑边坡土体上部为湿陷性黄土，下部为和砂砾层土质，上部黄土层含水率较高，发生坍塌事故的基坑边坡段施工期是在2008年12月中上旬，边坡土体已上冻。2009年3月工程复工后，由于天气转暖，气温上升，土体消融解冻，强度较低，致使加固的基坑边坡土体失稳。 3. 施工中的震动是造成坍塌的诱发因素之一。事故发生时，正值进行底部护坡施工和采取加固措施，须用冲击锤产生较大的震动，对土体有一定的扰动，也是造成坍塌的诱因。 4. 基坑上部地面的荷载也是造成坍塌的诱发因素之一。 基坑上部搭建二层活动板房距离基坑边缘较近，加上施工人员居住、活动，产生的动静荷载对基坑土体稳定性产生影响。 5. 缺乏必要的检测方法和手段失去了对支护变形的控制能力。5 结语 黄土抗剪强度受含水量影响较大，饱和黄土抗剪强度比天然状态下大幅度降低，由于黄土浸水抗剪强度降低而影响基坑稳定性，因此基坑工程设计施工中要特别注意防止基坑边土体浸水。黄土冻结融化对其抗剪强度有影响，由于黄土冻融后抗剪强度降低而影响基坑稳定，因此冬季施工时应注意基坑边坡土的冻结融化对基坑稳定性影响。 湿陷性黄土在不受水浸湿的状况下土质较好，性能稳定，一般10 m以内的基坑做土钉墙就可解决问题。而对于深15 m以上、降水超过10 m的基坑工程，采用锚拉排桩的支护方式，做好止水帷幕结合井点降水及回灌措施，就能有效控制基坑变形及坑外水位变化，防止产生湿陷性灾害，从而满足施工要求。参考文献：1 奉新平等，西宁地区湿陷性黄土状土层的工程特性及地基处理探讨，青海国土经略，2008年第四期；2 关文章，湿陷性黄土工程性新篇，西安交通大学出版社，1990；3 建筑基坑支护技术规程(JGJ120-99)，中华人民共和国行业标准，1999 ；4 赵志绪、应惠清主编，简明深基坑工程设计手册，中国建筑工业出版社，2000。0万U豆体验卡卡号：50D890668267e3349e33密码：686d03401eefba96faba奖品名称：500万U豆体验卡卡号：50De7a00c543af387fc0密码：b26488ce65abc1787202奖品名称：500万U豆体验卡卡号：50Dbac63885c802fd52e密码：3d1c344384327b85efff奖品名称：500万U豆体验卡卡号：50Dd97f0765bdf6998a3密码：48db1c14e42a2b321fac奖品名称：500万U豆体50D61215eb41ae3cc919密码：25bffae5346e7b7d2548奖品名称：100万U豆体验卡卡号：10D1cab621456ab278ab密码：709f65f32865af2559c2奖品名称：100万U豆体验卡卡号：10D8f1d6a4b953f3474e密码：6e2e4017cce30dc7e055奖品名称：100万U豆体验卡卡号：10Dd1fc6d6dd529b6892密码：a5dbdd8338f91d2c0701奖品名称：100万U豆体验卡卡号：10D08377b71d4374262b密码：1d7a7c21ebd99b798a54