填土層對基坑支護(hù)的影響研究

楊弋濤，楊成斌，耿鶴良，盧剛

（1.合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，安徽 合肥 230009；2.安徽省金田建筑設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230009）

0 前言

伴隨著城市的快速發(fā)展，地下空間的開發(fā)利用越來越受到重視，大量的基坑工程也隨之出現(xiàn)。過去，作為新近填土的場地、各種垃圾的傾倒場地或山區(qū)土石混合場地現(xiàn)在也變成了建筑用地。城市中建筑工程以及市政工程的基坑施工都涉及到填土層，而填土層復(fù)雜的工程性質(zhì)不可避免的帶來了諸多基坑工程及周邊環(huán)境的安全問題。

本文從填土工程性質(zhì)、填土層基坑支護(hù)破壞形式以及基坑設(shè)計(jì)中關(guān)于填土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)入手，通過基坑工程應(yīng)用實(shí)例，對基坑工程填土層的問題進(jìn)行分析，以期為相似基坑工程設(shè)計(jì)施工提供參考。

1 填土的工程性質(zhì)

填土通常指由人類活動(dòng)而堆積的土，該類土體組成原因和成分復(fù)雜。在城市建設(shè)過程中，填土分布在地層的頂部，一般不作為新建建（構(gòu)）筑物的基礎(chǔ)持力層，但經(jīng)常作為基坑邊坡的坡體結(jié)構(gòu)與荷載[1]。

填土由于組成成分不均勻?qū)е缕湫再|(zhì)的不均勻，同一場地的填土層也可能因?yàn)槎逊e條件、堆積時(shí)間不同而導(dǎo)致填土層的厚度以及密實(shí)度有較大差異。

填土場地基坑邊坡穩(wěn)定主要由填土的抗剪強(qiáng)度確定，而填土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)主要是根據(jù)當(dāng)?shù)氐墓こ探?jīng)驗(yàn)或者通過室內(nèi)外試驗(yàn)確定。由于填土的不均勻性使得我們很難得到具有代表性的強(qiáng)度參數(shù)。

2 常見基坑支護(hù)方式及施工易出現(xiàn)的問題

目前本地區(qū)基坑工程常采用的支護(hù)形式主要是：①自然放坡、②噴錨支護(hù)、③排樁支護(hù)。填土層放坡高度根據(jù)本地區(qū)填土厚度一般控制3m以內(nèi)，放坡坡率一般選擇為1∶1；噴錨支護(hù)主要分為在填土層中施工常用的注漿鋼管土釘和在黏性土層中常用的鉆孔鋼筋土釘[2]?；釉陂_挖過程中會(huì)對土體的物理性質(zhì)及環(huán)境產(chǎn)生一定的影響，從而使基坑支護(hù)產(chǎn)生一系列的問題[3]。

圖1為某工地一挖到底，該基坑接近90°，未進(jìn)行任何支護(hù)體，填土層土坡渣土脫落。圖2是某工地按1：0.3放坡時(shí)，起加固作用的鋼筋網(wǎng)片出現(xiàn)了崩壞現(xiàn)象，基坑底部土體也出現(xiàn)散落。基坑開挖過程中，土體與空氣中的水蒸氣接觸，噴射混凝土過程中，填土層的土體吸水變形，導(dǎo)致表層土體軟化，使得鋼筋網(wǎng)片、加強(qiáng)筋與坡面插筋、土釘連接效果不佳。

圖1 未進(jìn)行支護(hù)的坡體破壞

圖2 自然放坡時(shí)的坡體破壞

圖3 注漿不達(dá)標(biāo)的基坑破壞

圖4 降雨導(dǎo)致的基坑破壞

圖3是某工地填土注漿質(zhì)量缺陷導(dǎo)致的基坑破壞。噴錨支護(hù)體系主要取決于土釘?shù)氖┕べ|(zhì)量，而該基坑在施工過程中，注射的水泥漿強(qiáng)度不夠，基坑范圍內(nèi)填土層土體加固強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，同時(shí)由于該地區(qū)填土的工程性質(zhì)差異較大，共同影響作用下基坑出現(xiàn)了破壞的現(xiàn)象。圖4是連續(xù)降雨下某基坑受到大量雨水的沖刷，填土層土體從支護(hù)樁樁間流失，基坑支護(hù)受到影響導(dǎo)致發(fā)生破壞。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

該項(xiàng)目位于合肥市北二環(huán)路南側(cè)，公共衛(wèi)生服務(wù)中心西側(cè)。項(xiàng)目北側(cè)為北二環(huán)路且道路下方有市政道路管線，西側(cè)為擬建的市政道路，東側(cè)為已修建完成的地下車庫（見圖5）。場地地形起伏較大，整體呈北低南高走勢。擬建2層地下車庫，地下室開挖深度約9.00m。

圖5 擬建場地周邊關(guān)系圖

3.2 工程地質(zhì)及水文條件

該基坑場地地貌單元為江淮丘陵地貌單元，微地貌為崗地。場地上部為新近回填土，局部填土下部為塘底淤泥質(zhì)土。場地西南側(cè)填土厚度極大，中間地段略低于場地四周。基坑開挖范圍內(nèi)分布填土層和黏土層。填土層厚6.00m～17.60m，平均8.82m?；液稚⒑只疑?、褐黃色，松散，濕，以黏性土為主,填土中含碎石，建筑垃圾等。黏土層厚3.20m～15.20m，平均7.23m?；尹S、褐黃色，硬塑，局部堅(jiān)硬，稍濕，含少量鐵氧化物、鐵錳結(jié)核及高嶺土，無搖振反應(yīng)，切面光滑有光澤，干強(qiáng)度高，韌性高。

擬建場地地下水類型為雜填土中賦存的上層滯水及基巖裂隙水，該場地地下水埋深0.7～3.70 m，根據(jù)土層滲透性等級，填土層為弱透水層，黏土層為極弱透水層。

3.3 基坑設(shè)計(jì)

基坑支護(hù)有效深度為10.50～11.30m，開挖深度范圍內(nèi)土體為填土和黏土?？紤]了經(jīng)濟(jì)和技術(shù)方面的因素，并結(jié)合本基坑工程的地區(qū)特征，本基坑采用鋼管土釘支護(hù)、排樁支護(hù)、基坑內(nèi)部斜撐組合支護(hù)。樁間加高壓旋噴樁止水，放坡高度范圍內(nèi)采用壓密注漿加固（典型支護(hù)形式見圖6、圖7）。根據(jù)勘察報(bào)告提供的土層和參數(shù)，并結(jié)合當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)時(shí)土體和實(shí)際取值詳見表1。

巖土層參數(shù)表 表1

圖6 典型支護(hù)形式一

圖7 典型支護(hù)形式二

該基坑設(shè)計(jì)計(jì)算采用北京理正軟件設(shè)計(jì)研究院的“理正深基坑計(jì)算軟件”軟件進(jìn)行，基坑穩(wěn)定性安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果見表2。

在MG發(fā)病中，T淋巴細(xì)胞扮演著非常重要的角色，T細(xì)胞的發(fā)育及成熟主要是在胸腺中進(jìn)行，胸腺是機(jī)體的重要的免疫性器官，胸腺也是免疫系統(tǒng)維持自身內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定以及自身免疫耐受的主要免疫器官，所以MG的發(fā)生發(fā)展與胸腺組織異常有非常密切的關(guān)系。胸腺組織異常在MG發(fā)病中起非常重要的作用，MG中有80%以上的患者伴隨發(fā)生胸腺組織的增生，伴發(fā)胸腺瘤(thymoma，TT)的患者大約有15%～20%。據(jù)報(bào)道33%～50%胸腺瘤患者合并MG[13]。WHO組織分型B2型胸腺瘤合并MG的發(fā)生率最高[14-15]。

計(jì)算結(jié)果表 表2

3.4 設(shè)計(jì)中關(guān)于抗剪強(qiáng)度指標(biāo)

填土強(qiáng)度參數(shù)的選取確定是基坑設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)，由于填土復(fù)雜的工程特性，勘察單位無法給出準(zhǔn)確的粘聚力c值和內(nèi)摩擦角φ值，通常給出的參數(shù)多為經(jīng)驗(yàn)值，從而無法設(shè)計(jì)出最經(jīng)濟(jì)安全的基坑支護(hù)方案。

本基坑工程原勘察單位提供的填土和參數(shù)建議值為c=8KPa，φ=8°，若按勘察報(bào)告提供的c和φ參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，所需支護(hù)材料較多，支護(hù)成本較高，有一定的優(yōu)化空間。

國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007—2011）第5.2.5條指出：當(dāng)偏心距小于或等于0.033倍基礎(chǔ)底面寬度時(shí)，可根據(jù)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定地基承載力特征值，其承載力特征值按下式計(jì)算，并應(yīng)滿足變形條件[4]：

式中相應(yīng)參數(shù)的含義參見《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007—2011）。

通過假定粘聚力c值和內(nèi)摩擦角φ值帶入公式（1）試算，若結(jié)果相符，則說明假定合理。通過查閱資料和現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，該填土層承載力特征值可取100kPa。

勘察報(bào)告提供該填土層巖土參數(shù)建議值為c=8kPa，φ=8°。則由《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》表5.2.5查得 Mb=0.14、Md=1.55、Mc=3.93。

假定 c=8KPa，φ=10°，同樣由《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》表5.2.5查得Mb=0.18，Md=1.73、Mc=4.17。

3.5 施工中應(yīng)注意的關(guān)鍵點(diǎn)

基坑開挖卸荷作用下會(huì)引起基坑坑底土體發(fā)生回彈和周邊土體產(chǎn)生沉降的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致基坑周邊部分土體的物理性質(zhì)等指標(biāo)也隨著產(chǎn)生改變，這將同時(shí)引發(fā)其他問題的出現(xiàn)；開挖過程應(yīng)嚴(yán)格按照“超前支護(hù)、分層分段、逐層操作、限時(shí)封閉、嚴(yán)禁超挖”的原則進(jìn)行。

土釘注漿材料采用水泥凈漿，注漿體設(shè)計(jì)強(qiáng)度為10MPa，遇土質(zhì)較差時(shí)每米注漿量不小于成孔體積。所有普通土釘必須進(jìn)行二次注漿，注漿壓力控制在1.5MPa。水泥凈漿須拌和均勻，隨伴隨用，一次拌和的水泥凈漿須在初凝前用完。壓密注漿孔孔距1m，排距1m，孔深以進(jìn)入老土0.5m為準(zhǔn)，注漿材料采用P.O 42.5級水泥，注漿量不小于50kg/m注漿壓力為0.2～0.4MPa，水泥水灰比為 0.4～0.55。

面層施工時(shí)，鋼筋網(wǎng)片規(guī)格選用φ8.0@200×200。鋼筋網(wǎng)片應(yīng)牢固固定在邊壁上并符合規(guī)范所要求的保護(hù)層厚度要求，鋼筋網(wǎng)片、加強(qiáng)筋與坡面插筋、土釘連接應(yīng)牢固可靠。

根據(jù)本工程地質(zhì)條件，支護(hù)樁選用鉆孔樁施工工藝，必要時(shí)進(jìn)行泥漿護(hù)壁或鋼套筒輔助施工?；娱_挖及噴射砼遇下雨天氣，應(yīng)采用塑料薄膜覆蓋，防止雨水沖刷。

4 結(jié)論

目前該基坑已回填，基坑施工過程中未出現(xiàn)險(xiǎn)情，基坑周邊冠梁、深層水平位移、放坡部位水平位移、周邊建筑物及道路附加位移、均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，說明原設(shè)計(jì)、施工是安全、可行的。

①填土層的巖土工程性質(zhì)較為復(fù)雜，即使同一場地內(nèi)不同位置的填土工程性質(zhì)都可能存在不同，也很難有效的對其進(jìn)行評價(jià)。通常情況下，勘察機(jī)構(gòu)會(huì)將現(xiàn)場填土成分與當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)相結(jié)合對填土進(jìn)行取值，沒有有效的試驗(yàn)手段獲得準(zhǔn)確的參數(shù)。故勘察機(jī)構(gòu)一般不提供填土層的和，或者提供的和較保守?；釉O(shè)計(jì)時(shí)采用勘察所提供的和，不符合實(shí)際土層情況，加大了支護(hù)結(jié)構(gòu)的造價(jià)成本，極大的浪費(fèi)了資源。

②本文關(guān)于填土抗剪強(qiáng)度參數(shù)的反演方法具有一定的可行性，應(yīng)待更多工程實(shí)踐的檢驗(yàn)，以便更符合各地區(qū)的實(shí)際情況。

③基坑施工過程中應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范和設(shè)計(jì)進(jìn)行，不搶挖亂挖，偷工減料。本文施工過程的關(guān)鍵點(diǎn)值得類似工程借鑒。