填土層對基坑支護的影響分析范文

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摘要：基坑的開挖與支護設計經常要涉及到填土層，而填土層復雜的工程性質不可避免的帶來了諸多問題。文章通過對若干基坑破壞的實例分析，介紹了基坑填土層對支護的影響，為相似的基坑設計參數處理和施工提供類似案例參考。

關鍵詞：填土層；基坑；支護設計；施工

前言

伴隨著城市的快速發展，地下空間的開發利用越來越受到重視，大量的基坑工程也隨之出現。過去，作為新近填土的場地、各種垃圾的傾倒場地或山區土石混合場地現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，而填土層復雜的工程性質不可避免的帶來了諸多基坑工程及周邊環境的安全問題。本文從填土工程性質、填土層基坑支護破壞形式以及基坑設計中關于填土的抗剪強度參數入手，通過基坑工程應用實例，對基坑工程填土層的問題進行分析，以期為相似基坑工程設計施工提供參考。

1填土的工程性質

填土通常指由人類活動而堆積的土，該類土體組成原因和成分復雜。在城市建設過程中，填土分布在地層的頂部，一般不作為新建建（構）筑物的基礎持力層，但經常作為基坑邊坡的坡體結構與荷載[1]。填土由于組成成分不均勻導致其性質的不均勻，同一場地的填土層也可能因為堆積條件、堆積時間不同而導致填土層的厚度以及密實度有較大差異。填土場地基坑邊坡穩定主要由填土的抗剪強度確定，而填土的抗剪強度參數主要是根據當地的工程經驗或者通過室內外試驗確定。由于填土的不均勻性使得我們很難得到具有代表性的強度參數。

2常見基坑支護方式及施工易出現的問題

目前本地區基坑工程常采用的支護形式主要是：①自然放坡、②噴錨支護、③排樁支護。填土層放坡高度根據本地區填土厚度一般控制3m以內，放坡坡率一般選擇為1∶1；噴錨支護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]。基坑在開挖過程中會對土體的物理性質及環境產生一定的影響，從而使基坑支護產生一系列的問題[3]。圖1為某工地一挖到底，該基坑接近90。，未進行任何支護體，填土層土坡渣土脫落。圖2是某工地按1:0.3放坡時，起加固作用的鋼筋網片出現了崩壞現象，基坑底部土體也出現散落。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，導致表層土體軟化，使得鋼筋網片、加強筋與坡面插筋、土釘連接效果不佳。圖3是某工地填土注漿質量缺陷導致的基坑破壞。噴錨支護體系主要取決于土釘的施工質量，而該基坑在施工過程中，注射的水泥漿強度不夠，基坑范圍內填土層土體加固強度達不到設計要求，同時由于該地區填土的工程性質差異較大，共同影響作用下基坑出現了破壞的現象。圖4是連續降雨下某基坑受到大量雨水的沖刷，填土層土體從支護樁樁間流失，基坑支護受到影響導致發生破壞。

3工程實例

3.1工程概況

該項目位于合肥市北二環路南側，公共衛生服務中心西側。項目北側為北二環路且道路下方有市政道路管線，西側為擬建的市政道路，東側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。

3.2工程地質及水文條件

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土。場地西南側填土厚度極大，中間地段略低于場地四周。基坑開挖范圍內分布填土層和黏土層。填土層厚6.00m~17.60m，平均8.82m。灰褐色、褐灰色、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。灰黃、褐黃色，硬塑，局部堅硬，稍濕，含少量鐵氧化物、鐵錳結核及高嶺土，無搖振反應，切面光滑有光澤，干強度高，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0.7~3.70m，根據土層滲透性等級，填土層為弱透水層，黏土層為極弱透水層。

3.3基坑設計

基坑支護有效深度為10.50~11.30m，開挖深度范圍內土體為填土和黏土。考慮了經濟和技術方面的因素，并結合本基坑工程的地區特征，本基坑采用鋼管土釘支護、排樁支護、基坑內部斜撐組合支護。樁間加高壓旋噴樁止水，放坡高度范圍內采用壓密注漿加固（典型支護形式見圖6、圖7）。根據勘察報告提供的土層和參數，并結合當地工程經驗，設計時土體和實際取值詳見表1。該基坑設計計算采用北京理正軟件設計研究院的“理正深基坑計算軟件”軟件進行，基坑穩定性安全系數計算結果見表2。

3.4設計中關于抗剪強度指標

填土強度參數的選取確定是基坑設計中的難點，由于填土復雜的工程特性，勘察單位無法給出準確的粘聚力c值和內摩擦角φ值，通常給出的參數多為經驗值，從而無法設計出最經濟安全的基坑支護方案。本基坑工程原勘察單位提供的填土和參數建議值為c=8KPa，φ=8。，若按勘察報告提供的c和φ參數進行設計計算，所需支護材料較多，支護成本較高，有一定的優化空間。國家標準《建筑地基基礎設計規范》（GB50007—2011）第5.2.5條指出：當偏心距小于或等于0.033倍基礎底面寬度時，可根據土的抗剪強度指標確定地基承載力特征值，其承載力特征值按下式計算，并應滿足變形條件[4]：式中相應參數的含義參見《建筑地基基礎設計規范》（GB50007—2011）。通過假定粘聚力c值和內摩擦角φ值帶入公式（1）試算，若結果相符，則說明假定合理。通過查閱資料和現場標準貫入試驗，該填土層承載力特征值可取100kPa。勘察報告提供該填土層巖土參數建議值為c=8kPa，φ=8。。則由《建筑地基基礎設計規范》表5.2.5查得Mb=0.14、Md=1.55、Mc=3.93。fa=Mbγb+Mdγmb+Mcck=0.14×18×3+1.55×18×0.5+3.93×8=52.95kPa＜100kPa。假定c=8KPa，φ=10。。，同樣由《建筑地基基礎設計規范》表5.2.5查得Mb=0.18，Md=1.73、Mc=4.17。fa=Mbγb+Mdγmb+Mcck=0.18×18×3+1.73×18×0.5+4.17×18=100.35kPa≈100kPa。故基坑設計時，將填土層的c和φ參數由勘察報告建議的c=8KPa，φ=8。，調整為c=8KPa，φ=10。。

3.5施工中應注意的關鍵點

基坑開挖卸荷作用下會引起基坑坑底土體發生回彈和周邊土體產生沉降的現象，從而導致基坑周邊部分土體的物理性質等指標也隨著產生改變，這將同時引發其他問題的出現；開挖過程應嚴格按照“超前支護、分層分段、逐層操作、限時封閉、嚴禁超挖”的原則進行。土釘注漿材料采用水泥凈漿，注漿體設計強度為10MPa，遇土質較差時每米注漿量不小于成孔體積。所有普通土釘必須進行二次注漿，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，孔深以進入老土0.5m為準，注漿材料采用P.O42.5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，鋼筋網片規格選用。鋼筋網片應牢固固定在邊壁上并符合規范所要求的保護層厚度要求，鋼筋網片、加強筋與坡面插筋、土釘連接應牢固可靠。根據本工程地質條件，支護樁選用鉆孔樁施工工藝，必要時進行泥漿護壁或鋼套筒輔助施工。基坑開挖及噴射砼遇下雨天氣，應采用塑料薄膜覆蓋，防止雨水沖刷。

4結論

目前該基坑已回填，基坑施工過程中未出現險情，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、均滿足現行規范要求，說明原設計、施工是安全、可行的。①填土層的巖土工程性質較為復雜，即使同一場地內不同位置的填土工程性質都可能存在不同，也很難有效的對其進行評價。通常情況下，勘察機構會將現場填土成分與當地經驗相結合對填土進行取值，沒有有效的試驗手段獲得準確的參數。故勘察機構一般不提供填土層的和，或者提供的和較保守。基坑設計時采用勘察所提供的和，不符合實際土層情況，加大了支護結構的造價成本，極大的浪費了資源。②本文關于填土抗剪強度參數的反演方法具有一定的可行性，應待更多工程實踐的檢驗，以便更符合各地區的實際情況。③基坑施工過程中應嚴格按照規范和設計進行，不搶挖亂挖，偷工減料。本文施工過程的關鍵點值得類似工程借鑒。

參考文獻

[1]黃昌乾，張建青，陳昌彥.人工填土的勘察與評價[J].工程勘察，2010(S1):187-191.

[2]范青.合肥地區深基坑工程常見問題分析與對策研究[J].安徽建筑，2018，24(01):207-209.

[3]劉國彬，王衛東等.基坑工程手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2009，10-12.

[4]GB50007-2011，建筑地基基礎設計規范[S].北京:中華人民共和國建設部，2011.

作者：楊弋濤 楊成斌 耿鶴良 盧剛 單位：合肥工業大學