黄土基坑范文

黄土基坑范文（精选5篇）

黄土基坑 第1篇

关键词：黄土地区,深基坑,变形控制

引言

深基坑工程是当前岩土工程中的热点和难点问题, 由于深基坑具有诸多的不确定影响因素, 所以如何有效的控制基坑的变形, 使基坑更加经济和安全, 是岩土工程人员一直探索的课题。

所谓“深基坑”是指为进行建筑物 (包括构筑物) 基础与地下室的施工而开挖的地面以下的空间, 基坑工程界一般将开挖深度大于或等于7m的基坑称为深基坑。随着我国中西部黄土地区城市的发展, 高层建筑和地铁的大量兴建, 深基坑越来越呈现出“大、近、紧、深”的特点。由于这些特点, 基坑工程的设计和施工理念有了不断的变化与完善:即从最初的以强度控制为主发展到了今天的以变形控制为主要理论[1]。

基坑变形 (包括围护结构的变形、坑外地表的沉降和基坑底部隆起等) 将在不同程度上影响基坑的稳定与周边建筑物、道路以及地下管线的安全[2]。由于我国黄土分布广泛, 黄土地区深基坑变形影响因素的分析对进一步提出变形的控制和预测, 以及对深基坑的施工都具有重要的实用意义。黄土地区深基坑变形的影响因素不仅有和一般深基坑变形影响因素相同的部分, 更有黄土地区深基坑变形所特有的因素。

1 深基坑变形的一般影响因素

1.1 基坑的工程地质与水文地质条件

所谓的工程和水文地质条件主要指的是基坑所处的岩、土、水三者的物理化学性质、力学性质、分布、埋藏和组合特点。其中, 土体的种类是影响基坑变形的主要因素。例如, 软土深基坑的变形主要有半坡滑动型、坡脚滑动型、基底隆起深层滑动型;老粘性土基坑边坡的变形破坏存在两种截然不同的状况, 一种是非饱和情况下呈现较低的土压力或剥落、堆坍式破坏;一种是在饱水情况下出现较大土压力或产生楔形滑裂至滑坡[3]。当地下水位较浅时, 对于深基坑底部为粉土或者粉砂时, 基坑的开挖还较容易造成“管涌”和“流沙”, 造成更大的变形或者破坏。此外, 基坑开挖过程的降水也往往会导致地表沉降和基坑变形。

1.2 支护系统结构类型

深基坑支护结构主要包括围护墙和支撑 (或者拉锚) 两部分, 两者的选型与设计都会导致整个支撑结构产生过大的变形, 甚至破坏。基坑开始开挖后, 围护墙便开始受力变形。当基坑开挖较浅时候, 支挡结构的变形主要为向基坑方向的水平变位, 地表随之变形;随着开挖深度的增加, 土体自重应力的释放量增加, 支护结构上的土压力变化, 地表变形的范围增大, 变位量也增大, 同时, 支护结构墙体有所上升或下沉, 使插入坑地深度发生变化。同时, 支护类型对基坑的变形有显著的影响, 常用的深层搅拌水泥桩支护、地下连续墙支护、土钉支护、板锚支护等支撑的刚度和支撑间距是影响基坑变形的一个重要因素。适当增加围护结构的刚度和入土深度, 不仅能提高基坑整体稳定性和抗隆起稳定性, 还能减少墙体的位移, 使支护结构水平位移显著减少。

1.3 基坑平面形状及开挖深度

基坑的几何形状的影响, 主要体现为基坑的空间效应, 如长条形基坑、不规则基坑的阳角等均表现出特殊的变形特点。一个好的 (或者说优化的) 基坑平面形状可以改善基坑的应力布局、减小基坑的位移、改善基坑的位移布局、减小基坑的变形。实测结果[4]显示类圆形平面结构基坑是一种最优的基坑平面形状, 类圆形平面结构, 基坑承载能力远优于矩形平面结构基坑, 矩形平面结构基坑长宽比越大承载能力越差。

作用在基坑支护结构上的土压力和水压力是随着开挖深度的增加而增加的, 当基坑开挖较浅还未设支撑时, 不论对刚性墙体, 还是柔性墙体, 均表现为墙顶位移最大, 向基坑方向水平位移呈三角形分布。随着基坑开挖深度的增加, 刚性墙体继续表现为向基坑内的三角形水平位移或平行刚体位移, 而一般柔性墙如果设支撑则表现为墙顶位移不变或逐渐向基坑外移动, 墙体腹部向基坑内凸出。

1.4 施工过程

开挖基坑时不可避免地会引起地基卸载和土体自重应力释放, 进而会影响基坑的稳定性和安全性, 合理的分层分区对称均衡开挖, 有利于控制变形的发展。不同的挖撑顺序所产生的变形也是各异的, 先撑后挖对基坑的约束作用比先挖后撑更强, 因此, 基坑产生的变形也更小。合理的安排施工挖土顺序, 按照内支撑的情况分层分区开挖也是影响基坑变形的因素之一[5]。

1.5 地面超载

基坑周边临时堆放的建材、机器设备以及没有及时运出场地的土都会加重基坑支护结构负担的力, 增加基坑周边土体的应力, 引起新的变形。地面超载距坑边的距离对基坑变形影响显著, 随着超载作用距离的增加, 基坑的变形显著变小。随着地面超载作用深度的增加, 地表的沉降量及基坑开挖面以上支护结构的水平侧移减小[6]。

2 黄土地区深基坑变形特有的影响因素

2.1 黄土湿陷性的影响

黄土是干旱或半干旱气候条件下的沉积物, 由于其特定的生成环境和存在的历史环境, 形成其明显的柱状节理和大空隙结构。湿陷性黄土的孔隙, 基本上为多孔隙和大孔隙, 划分为超细孔隙、细孔隙和大孔隙。这些空隙主要是由于黄土中较大颗粒形成的架空结构, 这些大颗粒的接触点由可溶性盐胶结而成。受水浸湿后, 大颗粒之间的粘接力减小或者消失, 黄土的骨架结构遭到破坏, 粒间孔隙改变、减少甚至趋于消逝, 于是黄土中大孔隙的存在就给土颗粒位移创造了条件, 在宏观上表现出黄土的塌陷和沉降, 所以湿陷性是相关黄土地区深基坑工程变形主要因素之一。

2.2 黄土结构性的影响

土结构性的强弱可以由颗粒联结的可稳性和颗粒排列的可变性两个方面来衡量, 只有可稳性和可变性都比较强的土才是结构性强的土。黄土的应力应变关系、孔隙水压力与应变关系、固结变形等都与黄土的结构性具有显著的关系[7]。对于任何一种具有结构性的土来说, 在受力变形的过程中, 其结构性也是一个动态变化的过程, 逐渐形成次生结构的过程。对于黄土来说, 结构性同时也影响着湿陷性, 结构性强的黄土具有较强的湿陷性, 结构性弱的黄土具有较弱的湿陷性, 甚至没有湿陷性。土颗粒之间的联结强度越大, 土颗粒则处于一种更不稳定的状态, 土体则具有较好的结构性, 在外界因素 (静力、动力、水等) 的影响下反应越灵敏。黄土地区的深基坑施工的过程, 也是一个破坏黄土原状结构, 当黄土的原生结构被大部分破坏时, 深基坑宏观表现为微小的力的增量会引起变形的大幅度增长;随着变形的增加, 新形成的次生结构的结构势减小, 变的更加稳定。从这个意义上讲, 黄土结构性的大小是控制应力应变关系的最为重要因素之一, 也是影响黄土工程变形的因素之一。

2.3 黄土的动力特性的影响

深基坑工程施工的过程中, 会不可避免的受到人和动力设备产生的动荷载的影响。相关的研究表明[8,9], 黄土在动荷载作用下产生的变形是具有特性的。黄土的动力特性是在较小动荷载作用主要表现为应力-应变曲线的改变, 即动模量和阻尼比的改变;在较大动荷载作用时, 振陷则是主要问题。影响黄土振陷的主要因素为含水量、固结应力、应力路径、动应力和振动次数等。当动应力作用于以受静荷作用的黄土上时, 如果动应力没有引起这种土的强度的破坏, 则土体将被进一步的振动密实, 在原来压缩变形和湿陷变形的基础上, 土体产生动变形随动应力的增大而增大。如果动应力引起土体的破坏, 则动应力会使总的变形增大, 为后续的湿陷变形或者压缩变形创造有利的条件。总的来说, 当初始含水量较小时, 变形由浸水作用控制, 即湿陷变形为总变形的重要部分;当初始含水量较大时, 变形由动荷作用控制, 即动变形为总变形的主要部分。

2.4 黄土流变性的影响

时间因素对黄土的力学特性、应力-应变关系的影响不容忽视, 罗汀等[10]对原状黄土进行了侧限条件下单向压缩的长期 (蠕变) 试验及分析, 研究表明, 蠕变量在总压缩变形量中占有非常可观的比例, 值得在工程实际中考虑。相关试验表明[11], 当含水率一定时, 法向应力水平对黄土的蠕变固结特性有较大的影响, 法向应力越大, 初始应变越大。深基坑的工程量大, 持续时间较长, 又由于黄土具有一定的蠕变特性, 所以黄土地区的深基坑变形中必定要考虑黄土的时间效应。

3 结论及建议

在黄土地区的深基坑工程既要考虑基坑变形一般因素的“共性”, 也要考虑影响变形因素中的“个性”, 在某些情况下, 黄土的湿陷性、结构性、动力特性和流变性可能会成为深基坑变形的主要因素之一, 采取相应的措施消除黄土的这些“特性”, 可以有效的为基坑开挖的设计和施工中提出了经济有效的变形控制对策。同时建议要进一步的加强对基坑开挖过程中变形的实时重点监测, 防止发生过大基坑变形及地表沉降, 逐步推广深基坑施工的动态设计, 对于变形监测达不到要求的, 及时进行设计变更, 对保证支护结构及周边环境安全具有重要的意义。

参考文献

[1]乔瑞龙.开挖过程中深基坑支护结构变形规律研究.西安建筑科技大学硕士学位论文[D].2011.

[2]刘艳军, 孙敦本.深基坑变形控制研究进展[J].四川建筑科学研究, 2011 (2) :119～123.

[3]范士凯.论不同地质条件下深基坑变形破坏类型、主要岩土工程问题及其支护设计对策[J].资源环境与工程, 2006 (11) :645～655.

[4]姜晨光, 贺勇.朱烨昕.基坑形状与基坑稳定性关系的实测与分析[J].岩土工程技术, 2007 (10) :246～249.

[5]麻冬敏, 王萌.深基坑变形的影响因素[J].科技信息, 2012 (5) :440

[6]殷献礼.基坑变形影响因素研究[J].公路工程, 2010 (4) :134～137.

[7]骆亚生.非饱和黄土在动、静荷载下结构变化特性及结构性本构关系研究[D].西安理工大学博士学位论文.

[8]吕立强, 邵生俊, 龙吉勇.对黄土基本动力特性的认识[J].2007.地下水, 29 (6) :109～111.

[9]杨利国, 骆亚生, 李焱.主应力轴旋转对压实黄土动变形特性的影响[J].工程地质学报, 2010, 18 (3) 292-297.

[10]罗汀, 姚仰平, 蔡东艳.黄土蠕变的试验研究[J].西安建筑科技大学学报, 1995, 27 (3) :304～308.

基坑黄土电阻率特性分析研究 第2篇

黄土呈浅黄或褐黄色, 颗粒成分以粉土粒级为主, 物质粒径均一, 具孔隙, 无层理, 疏松, 垂直节理发育。黄土在我国分布较广, 主要分布于我国黄河中、下游的诸省, 覆盖面积达64万km2, 约占我国领土面积的6.6%。特别是我国西北地区, 黄土厚度大、地层完整、地貌类型多而复杂。黄土特殊性在于遇水膨胀形成崩解导致内部凝结力减少产生一定的沉陷或位移, 即湿陷性。建造在这类地区的建筑物, 道路和桥梁等工程经常会遇到由于黄土湿陷等引起的工程问题。因此需要在工程施工过程中对土体结构进行实时的监测, 用以保证施工质量, 并指导施工效果的评价。

近年来, 电阻率法作为一种快捷、无损的土体监测方法已被众多的学者应用于岩土工程的研究中, 并且取得了一定的成果。土电阻率与土的孔隙率、孔隙形状、孔隙水电阻率、孔隙水充填率、固体颗粒成分和胶结状态等密切相关, 可反映土的基本物理力学性质指标、结构特征以及土在动态变化条件下的微观和宏观变形规律, 通过连续测试土体变形过程中的电阻率可准确反映土体的结构变化, 从而实现土的结构定量评价。查甫生等[4]引入电阻率法进行黄土湿陷过程中的微结构变化规律定量分析, 探讨了土电阻率法在土的微结构定量研究中的应用。缪林昌等[5]通过对重塑膨胀土的电阻率进行测试研究, 提出了一种饱和/非饱和土的假想电阻率模型。于小军等[6]通过电阻率测试技术, 获取膨胀土样在膨胀过程中电阻率结构特性指标的变化规律, 建立描述膨胀土、膨胀改良土在膨胀过程中结构变化的电阻率评价方法。以上研究均是基于单一频率, 未考虑电流频率对电阻率的影响。

本文通过一系列室内试验研究含水量、干密度以及电流频率等对黄土电阻率指标影响规律, 分析黄土电阻率与其压实特性间的相互关系, 探讨电阻率法在土体结构变化评价和监测中的应用, 为黄土工程性质的电阻率评价方法提供一定的依据。

1 试验材料与方案

1.1 试验土样的基本性质

土样取自太原工地基坑, 土质较均匀, 呈黄色, 坚硬状, 为粉土, 其基本物理指标见表1。湿陷曲线见图1。颗粒分析曲线见图2。

1.2 试验方案

第一步:将原状土样碾碎、烘干并过筛。试验前取一定量的土样分别按照要求的含水量配水拌和均匀, 置于密封塑料袋内养护24 h, 使土样中水气分布平衡。黄土制样采用静压压实法, 制样时根据试验所用容器体积及设计的干密度和含水量计算湿土用量。试验均采用重塑黄土, 制备了两种类型的土样:

1) 保持干密度ρd=1.4 g/cm3不变, 含水量w分别为7%, 9%, 11%, 13%, 15%, 17%, 19%, 21%。

2) 保持含水量w=16%不变, 干密度ρd分别为1.25 g/cm3, 1.3 g/cm3, 1.35 g/cm3, 1.4 g/cm3, 1.45 g/cm3, 1.5 g/cm3, 1.55 g/cm3, 1.6 g/cm3。

第二步:制备好重塑土样后, 采用LCR数字电桥测试不同类型的土样的阻抗|Z|, 阻抗测定均是通过对试验土样采用不同电流频率测得 (频率分别为50 Hz, 100 Hz, 500 Hz, 1 000 Hz, 5 000 Hz, 10 000 Hz, 50 000 Hz, 100 000 Hz, 500 000 Hz, 1 000 000 Hz) 。

第三步:将第二步测得的土样阻抗值|Z|通过ρ=|Z|·S/L换算出电阻率值。其中, ρ为黄土电阻率, Ω·m;|Z|为阻抗, Ω;S为电极片面积, m2;L为电极片之间的距离, m。通过对土样电阻率变化规律的分析得到其与含水量、干密度以及电流频率的变化规律。

2 试验结果分析

2.1 黄土电阻率与含水量的关系

图3为保持干密度为1.4 g/cm3不变, 不同电流频率下的电阻率和含水量关系曲线。

从图3可以看出, 黄土电阻率随着含水量的增大先快速减小, 而后保持稳定。在含水量范围为7%~11%时, 此阶段黄土电阻率随含水量增大而减小的幅度较大, 此后, 电阻率减小的幅度和速度都变缓, 最终保持稳定。

含水量是影响土电阻率的重要因素, 含水量的变化对土电阻率能够产生显著的影响。当含水量很小时, 土中孔隙水被孔隙分割未能形成较好连通, 孔隙水通道较少, 造成电阻率较大。增大含水量, 孔隙水增多, 饱和度增大, 孔隙水迅速贯通, 土中导电通路增加, 导电能力增强, 电阻率快速减小。继续增大含水量, 土电阻率减小幅度减缓并最终趋于稳定, 这是由于土中孔隙水充填率较高, 继续增大含水量对土电阻率影响不大。

2.2 黄土电阻率与干密度的关系

图4为保持含水量为16%不变, 在不同电流频率下黄土电阻率和干密度关系曲线。从图4可以看出, 黄土电阻率随着干密度的增大逐渐减小, 在干密度范围为1.25 g/cm3~1.4 g/cm3时, 此阶段黄土电阻率随干密度增大而减小的幅度较大, 超出这一范围后, 电阻率继续减小, 但是减小的幅度和速度都变缓, 最终保持稳定。

在含水量一定而干密度很小 (1.25 g/cm3~1.4 g/cm3) 时, 土颗粒之间的接触程度较差, 土中有较多孔隙, 孔隙水未能形成良好连通, 故电阻率较大。随着干密度的增大, 导致土中孔隙体积减小, 在含水量不变的情况下, 孔隙水的充填率也有一定的提高, 土中孔隙水的连通路径也增多, 导电通路增多, 故电阻率逐渐减小。干密度继续增大, 孔隙水已经形成连通最大化, 导电通路增加不明显, 因此电阻率保持稳定。

2.3 黄土电阻率与电流频率的关系

采用交流电测试黄土电阻率时, 电流频率对于实测值的影响不容忽视。图5为不同含水量下土电阻率和电流频率变化曲线, 图6为不同干密度下土电阻率和电流频率变化曲线, 图5中A直线 (50 k Hz) 和图6中B直线 (50 k Hz) 为电流频率分界线。由图5和图6可知, 在A, B直线左边的电流频率范围内 (即50 Hz~50 k Hz) , 黄土的电阻率随电流频率的升高而快速降低。当电流频率范围在A, B直线右边时 (即50 k Hz~1 MHz) , 电阻率随电流频率升高趋于稳定。因此, 基于该试验成果, 对于试验黄土的交流电阻率测试, 比较合理的电流频率应控制在50 k Hz~1 MHz, 此范围内, 电流频率对黄土电阻率实测值影响较小, 结果便于统一。

3 结语

1) 保持重塑黄土的干密度不变, 其电阻率随其含水量的增加而先减小, 最终趋于稳定。保持重塑黄土的含水量不变, 其电阻率随其干密度的增加而先减小, 最终保持稳定。

2) 采用交流电阻率法测电阻率, 当电流频率低于50 k Hz时, 频率微小变化对电阻率测试结果会产生剧烈影响, 建议选用频率范围在50 k Hz~1 MHz。

3) 了解黄土电阻率的特性, 从而选择适当的基坑支护方式做地基处理, 进一步保证了建筑物的稳定性, 可供类似工程参考。

参考文献

[1]谢定义.试论我国黄土力学研究中的若干新趋向[J].岩土工程学报, 2001, 23 (1) :3-13.

[2]王兰民.西部大开发中的黄土地震灾害问题[J].地学前缘, 2001, 8 (1) :122-123.

[3]黄雪峰, 陈正汉, 方祥位, 等.大厚度自重湿陷性黄土地基处理厚度与处理方法研究[J].岩石力学与工程学报, 2007, 26 (S2) :4332-4338.

[4]查甫生, 刘松玉, 杜延军, 等.黄土湿陷过程中微结构变化规律的电阻率法定量分析[J].岩土力学, 2010, 31 (6) :1692-1697.

[5]缪林昌, 严明良, 崔颖.重塑膨胀土的电阻率特性测试研究[J].岩土工程学报, 2007, 29 (9) :1413-1417.

黄土地区某深基坑失稳分析 第3篇

关键词：黄土地区,深基坑,失稳分析,加固

0 引言

近年来, 在黄土地区随着高层建筑的大量兴建和人们对地下空间的不断开发利用, 基坑工程越来越多, 基坑开挖深度亦越来越深[1]。在基坑支护中, 往往会因设计不合理、施工质量差、施工过程不严格、周边环境变化而导致工程事故的出现[2,3]。在此情况下, 分析研究黄土基坑失稳的原因, 为今后类似工程提供经验, 尽可能的避免黄土基坑失稳破坏带来的人身伤害和财产损失。

1 工程概况

该工程为兰州市某单位拟建的三栋主楼、商铺及地下车库。基础形式为桩筏, 开挖至基底以后进行井桩施工。三栋主楼都为地下二层, 地上三十二层。其中主楼地下二层为人防层, 地下一层为管道层, 地下车库与三栋主楼为一整体, 商铺只有地上2层, 无地下层, 故商铺待主楼主体完成后再行施工, 主楼与车库基础同时开始施工。

该工程基坑长156.325m, 宽84.8m (主楼基坑深11.19m, 车库部分基坑深9.79m) , 综合分析该工程的场地条件、基坑形状、面积、开挖深度、地质条件及周围环境, 该基坑场地条件中等复杂, 开挖深度较深, 场地地基土质复杂, 开挖至基底时还要进行井桩施工。

场地施工大门设置在西侧北面, 场地东、北面现有围墙, 北侧主楼至围墙约17m, 东侧地下室外墙距离围墙约14m, 西、南侧为通行道路, 有重车通行, 南侧地下室外墙距离车行通道道牙约6m, 西侧地下室外墙距离车行通道道牙约7m。

2工程场地地质条件

拟建场地地形相对平坦, 地面高程介于1545.30-1546.78m, 相对高差为1.48m, 总体地形北高南低;地貌单元属黄河北岸Ⅱ级阶地。

根据勘察报告, 在勘察深度范围内, 场地地层自上而下依次为:

①层耕土:褐色, 松散, 大孔隙发育, 含有大量植物根系, 局部含有小碎石。本层在场地内大范围分布, 层厚0.3-1.2m。

①1层素填土:中密, 表层为素砼或砌砖, 之下为三七灰土, 本层仅分布于场地东北及东南角, 层厚0.8-1.2m。

②层中细砂:浅黄色, 中密, 主要成分为石英、长石以及少量云母, 本层局部发育有小型粉土透镜体, 本层在场地内均有分布, 层厚4.0-6.2m。

②1层粉质粘土:黄褐色~褐色, 土质均匀, 针孔状孔隙发育, 无摇震反应, 稍有光泽, 干强度中等, 韧性中等, 稍湿~湿, 坚硬~硬塑, 本层在场地内均有分布, 局部与粉土呈互层形式发育, 厚度0.8-7.2m。

③层粉质粘土:黄褐色~褐色, 土质均匀, 针孔状孔隙发育, 无摇震反应, 稍有光泽, 干强度中等, 韧性中等, 稍湿~湿, 坚硬~硬塑, 本层在场地内均有分布, 局部与粉土呈互层形式发育, 厚度0.9-7.6m。

③1层细砂:杂色, 中密, 主要矿物成分为石英、长石以及少量云母, 本层仅在ZK5中有所揭露, 层厚1.9m。

④1层中细砂:杂色, 中密~密实, 主要矿物成分为石英、长石以及少量云母, 本层在场地内局部分布, 层厚0.2-3.0m。

④2层圆砾:杂色, 中密~密实, 一般粒径10-20mm, 细砂充填, 骨架颗粒含量为65%左右, 泥质含量在3%以内。本层在场地内局部分布, 层厚1.0-2.8m。

④层卵石:杂色, 中粗砂砾充填, 分选性及级配中等, 磨圆度较好, 多呈亚圆状, 一般粒径20-60mm, 约占总质量的55-65%, 母岩主要成分由花岗岩、石英岩及变质砂岩等, 中密—密实, 该层部分未揭穿。

⑤层泥岩:强风化—中风化, 棕红色, 泥质结构, 表层0.2-0.3m为强风化状, 其下为中风化。岩芯呈短柱状~柱状, 锤击易碎, 无反弹, 表面经风干龟裂。本次勘察未揭穿本层, 最大揭露厚度3.9m, 层顶埋深18.9-20.6m。

场地内地下水类型为潜水, 稳定水位埋深15.4-16.1m, ④层卵石层为潜水含水层, 其渗透系数为50m/天。受补给源的影响, 水位随季节有一定变化, 地下水水位的升降幅度约为0.5-1.0m。

3 基坑支护设计

3.1 基坑降水设计方案

该场地地下水稳定水位15.4-16.1m, 对应高程为1529.80-1530.94m, 卵石层层顶标高1530.11-1533.37m, 地下水赋存于卵石层中, 该工程基坑开挖最深为11.19m, 坑底在地下水位以上, 故该基坑开挖时不受地下水位影响, 但该工程桩基为人工成孔灌注桩, 桩端进入卵石层1.0d (桩最大直径为1.2m) , 且不小于1m, 井桩施工时将受到地下水位影响, 故井桩施工时需进行人工降水, 将水位降低至井桩底标高以下500mm, 至井桩施工完毕后停止降水。根据地质勘察报告, 该工程基坑降水采用井点式降水, 降水井布置在基坑坑底, 土方开挖至筏板底标高时进行降水井施工。

3.2 支护方案选择

基坑开挖时周边有围墙道路无法自然放坡, 依据经济、合理的原则, 考虑对基坑周边边坡均采取土钉墙支护方案。针对主楼和车库的深度及周边建筑、道路的关系采取三种形式的边坡支护:①北侧主楼部分开挖深度为11.19m, 基坑边坡放坡1:0.3进行土钉墙支护;②基坑南侧、西侧地下车库部分, 基坑开挖深度9.79m, 基坑边坡放坡1:0.2, 进行土钉墙支护, 将第二层土钉设置为预应力锚杆, 详见图1支护剖面图;③基坑东侧地下车库部分开挖深度9.79m, 对基坑边坡放坡1:0.3进行土钉墙支护。

4 基坑失稳分析及处理措施

2012年12月13日13时, 基坑西南侧坡体 (2012年12月12日晚土方开挖-7.37m至-10.27m工作面时) 发生塌陷迹象, 施工单位立即采取应急措施, 阻止了基坑坡体破坏性的塌方, 造成基坑西南侧边坡坡面多处裂缝, 最大裂缝达到40mm, 坡体下沉约95mm。结合该案例工程地质条件、水文地质条件、基坑降水设计方案、基坑施工过程及基坑失稳塌陷特征, 可以分析得出基坑失稳塌陷原因如下。

4.1 管线受损漏水处理不及时

该工程虽有基坑防排水设计方案, 但在工程施工过程中没有做到施工信息化和动态化管理, 及时根据实际情况调整施工方案及措施。该基坑的破坏属于地下管线受损漏水引起的地层含水量过大, 土体处于连续性饱和状态, 造成局部区域内土质湿化及软化使得土体的、值发生了变化, 土体的有效应力也随之变化, 土体强度降低。基坑西侧、南侧-7.37m (左右) 地层以下连续性出现饱和软塑土, 下部连续性饱和土在开挖后, 受到上部土体的挤压下蠕动变形, 产生边坡土体整体滑移、塌陷。该破坏会在短时间内迅速发展并且破坏性很大, 在工程中需要做到足够重视。

4.2 周围环境的影响

场地施工大门设置在西侧北面, 东、北面现有围墙, 西、南侧为通行道路, 南侧地下室外墙距离车行通道道牙约6m, 西侧地下室外墙距离车行通道道牙约7m。施工期间频繁有重型车辆在此区域通行, 导致地基土受到不断扰动, 土体结构遭到一定程度的破坏, 土体强度降低, 成为基坑失稳发生塌陷的另一个影响因素。由于施工单位对西南侧支护的安全性重视程度不够, 随着土方开挖施工的进行, 最终导致基坑西南侧坡体发生塌陷迹象。

5 基坑失稳事故加固处理

根据国家现行标准, 对基坑支护设计、施工进行信息化、动态化管理, 随时调整基坑支护设计方案和施工措施。在基坑西侧、南侧-7.37m (左右) 连续性饱和软塑土地层以下, 一是增设二排注浆固结预应力锚杆槽钢腰梁;二是在连续性饱和软塑土地层增设竹胶挡泥板固定在土钉墙钢筋网片内的加固措施。注浆固结预应力锚杆是选用Φ48mm的钢管, 在钉入土体时锁定1根Φ25mm的螺纹钢作为锚杆随锚机一起钉入土体内, 利用Φ48mm的钢管在注浆泵的压力作用下使水泥浆液能与锚杆和周围的土体固结, 形成磨擦截面。在支护加固期间, 监测结果显示局部地段监测点的沉降和位移速率得到降低和减少, 整个基坑基本处于稳定状态。

6 结论与建议

综上所述, 对今后的黄土基坑支护设计及施工中提出几点建议, 尽大程度的降低由此带来的基坑失稳事故。

①做好施工场地工程水文地质条件的调查。尤其对于基坑支护范围内的不良地质现象及已有的地下管线应进行查明, 并及时分析制定出相应的解决方案。

②黄土地区很多基坑失稳事故的发生都是由于工程降水措施不到位或不及时而造成的。地下水一旦长时间侵入施工土层, 施工土层的物理力学指标就会发生变化, 土体强度降低、自稳性变差, 进而容易引起基坑坍塌。因此, 基坑降水工作在基坑工程中尤为重要, 它是保证基坑工程安全稳定的一个重要环节。

③很多工程事故的起源往往是由于现场技术人员的麻痹大意, 在施工过程中没有严格按照施工技术执行, 对施工质量监管没有正确认识, 导致了工程事故的发生。因此, 提高施工人员自身职业素质, 严格执行相关施工技术及加强施工现场管理是预防工程事故的重要环节。

④施工过程中应重视现场数据监测, 确保做到信息化、动态化施工, 做好施工应急方案。

参考文献

[1]何守业, 姚仰平.浸水造成黄土基坑工程事故及其分析[A].中国土木工程学会第九届土力学及岩土工程学术会议论文集 (下册) [C].2003.

[2]陈肇元, 崔京浩.土钉支护在基坑工程中的应用[M].二版.北京:中国建筑工业出版社, 2000.

黄土基坑 第4篇

1 工程简介

1.1 工程概况

拟建地铁车站位于某市交通要道,沿南北向路中布置,北端离护城河130 m左右,为地下2层岛式站台车站。车站标准段结构宽20.5 m,高12.86 m,顶部覆土3.6 m左右,有效站台的中心里程为YDK14+611.962,中心轨面高程为390.215 m,长度为188.0 m。主体围护结构范围总长190.20 m,宽22.50 m,基坑的开挖深度为轨排段17.5 m～18.5 m,其余部分为16.5 m～17.0 m。按设计要求,车站轨排段及标准段围护结构安全等级为特级,加宽段为一级。在车站主体东西两侧共设4个出入口,以及1个风亭和1个隐藏式冷却塔。

1.2 工程地质及水文地质条件

车站位于黄土梁洼的黄土梁区,地表分布有厚薄不均的全新统人工填土(Qml4);其下为上更新统风积(Qeol3)新黄土(局部为饱和软黄土)及残积(Qel3)古土壤,再下为中更新统风积(Qeol2)老黄土、残积(Qel2)古土壤、冲积(Qal2)粉质黏土、粉土、细砂、中砂及粗砂等。场地内地下潜水位埋深在8.80 m～13.30 m之间,水位高程为392.45 m～396.39 m。2007年1月完成的附近省文化中心勘查项目实测地下水位标高为398.30 m,地下水径流方向为东南向北西方向。受降水影响,实测地下潜水位埋深大于自然地下水位埋深,勘察阶段建立的长期观测孔水位高程为398.29 m,地下水年变化幅度为1.5 m～2.0 m,抗浮设计水位为404.00 m。

2 围护结构比较选型

2.1 常见围护结构形式

常见的围护结构形式有四种,其优缺点及使用范围如表1所示。

2.2 常见围护结构支撑体系

支撑体系的作用是维持支护墙体的受力平衡,根据支撑(或拉锚)系统所处位置的不同,坑外称为拉锚系统,坑内叫作支撑系统,示意图分别如图1,图2所示,其特点和适用范围如表2所示。

3 围护结构设计

3.1 围护桩和钢支撑设计

车站深基坑标准段钻孔灌注桩直径1 000 mm,桩心间距1 200 mm,轨排段钻孔灌注桩直径1 200 mm,桩心间距1 400 mm,桩心间距在局部略有调整。车站主体标准断面及加宽断面自上而下设置三道钢支撑,第一道支撑设在基坑以下2.0 m的冠梁处,第二道支撑设在8.0 m处,第三道支撑设在13.0 m处。轨排段设置四道钢支撑。标准段的第一道支撑水平间距为8.0 m,其余为4.0 m;加宽段第一道支撑间距为6.0 m,其余为3.0 m;轨排段支撑水平间距均为2.5 m。第一道支撑均采用600,t=12 mm厚钢管,其余采用600,t=16 mm厚钢管。钢管支撑设活动端头,以便施加预应力,预加应力按不大于支撑设计轴力的40%～60%计。

3.2 围护桩入土深度及基坑稳定性验算

围护桩的入土深度主要综合考虑车站所处环境条件、地质条件以及围护结构的抗隆起、抗滑移、抗倾覆及稳定性等因素,并结合黄土地区深基坑的施工经验确定:车站主体标准段围护桩入土深度为加深段和轨排段分别为和桩底最深处位于粉土层。根据DGJ 08-109-2004城市轨道交通设计规范的有关规定进行基坑稳定性验算:1)围护桩底地基承载力验算:KWZ=3.23>2.5;2)基坑底部抗隆起验算:KL=1.5>1.1;3)围护桩体土体抗渗流稳定性验算:KS=2.6>1.5;4)围护结构抗倾覆稳定性验算:KQ=1.8>1.2;5)整体抗滑移稳定性验算:KZ=1.58;车站深基坑稳定性验算满足规范和施工要求。

4 结语

1)进行地铁车站深基坑围护结构设计前,应对基坑周边环境以及施工要求进行全面详细的调查,确定合理的围护结构设计方案。

2)钻孔灌注桩+止水帷幕形式是地铁车站深基坑常用的围护结构形式,而水平钢管支撑是常用的内支撑形式,施工简便,经济环保,应用较广。

3)基坑开挖时,由于坑内土体被挖出后,地基的应力场和变化场发生变化,可能会导致地基失稳,所以在地铁车站深基坑围护结构设计中,需要验算基坑的稳定性,必要时可以采取适当的加强防范措施,使地基的稳定性具有一定的安全度。

4)基坑开挖前进行坑内(或坑外)降水处理,使得地下水位位于开挖面以下0.5 m～1.0 m。开挖应严格按照“时空效应”理论,分层分段挖土,做到随挖随撑,减少无支撑暴露时间,并应加强信息化施工监测及时排除隐患保证施工安全。

参考文献

[1]刘均红,张保圆,冯超.地铁车站深基坑坑内降水方案设计[J].铁道勘察,2009,35(1):85-87.

[2]刘建航,侯学渊.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.

[3]高大钊.深基坑工程[M].第2版.北京:机械工业出版社,1999.

[4]魏征.深达30 m的地铁车站深基坑围护结构设计与施工[J].建筑施工报,2005,27(12):1-2,5.

黄土基坑 第5篇

随着城市地下空间的开发利用、深基坑工程的不断发展, 面对竞争日趋激烈的市场环境, 一个合理的基坑支护方案应该同时考虑到安全和经济两个因素[1]。

SMW工法于1976年在日本问世, 20世纪80年代后期引入我国, SMW (Soil Mixing Wall) 工法是在不断生产实践中总结出的一套较为成熟的施工工法[2]。由于其显著的止水性、经济性、施工工期短等优点, 现今在上海、杭州、南京等地被广泛使用, 部分地区已发布地区性行业规范[3,5]。西安市的深基坑工程采用止水帷幕结合排桩支护、土钉墙支护、锚桩支护等方案较多, 成本相对较高。本文以西安某深基坑工程为背景, 通过工程实例介绍一种新的基坑支护方案, 即SMW工法桩与旋喷锚索联合支护体系, 其中工法桩兼作基坑支护结构和止水帷幕, 有效降低了基坑支护成本, 为SMW工法在西安地区的应用和推广提供参考。

2 工程概况

本工程拟建场地位于西安市东大街南侧, 马厂子西侧, 拟建建筑地上8层, 地下3层, 高36m, 框架剪力墙结构。拟建场地南高北低, 在基坑开挖前, 场地整平至405.50m (即为±0.000m高程, 比东大街高约0.5m) , 拟建建筑基坑北侧、东侧和西侧基坑开挖深度约为19m, 基坑南侧基坑开挖深度约为23.5m。

3 工程及水文地质条件

3.1 工程地质条件

根据现场勘察及室内土工试验成果, 拟建场地内地表分布有厚度不均匀人工填土、黄土、古土壤、粉质黏土、砂类土, 土层具体分布情况如下。

1) 杂填土:黄褐色、灰黑色。主要为建筑垃圾、灰渣, 含少量有机物及沙粒, 土质不均匀, 结构杂乱, 松散, 本层厚度0.50~4.9m。层底深度0.50~4.90m, 层底标高400.39~407.17m。

2) 素填土:黄褐色、灰黑色。主要为黏性土, 含少量有机物、灰渣及沙粒, 含少量砖瓦块, 土质不均匀, 结构杂乱, 松散, 多含水饱和、松软, 本层厚度1.90~5.30m, 层底埋深3.20~8.20m, 层底标高397.07~404.21m。

3) 黄土:褐黄色, 可塑, 土质不均匀, 针状孔隙发育, 具大孔隙, 含少量钙质斑点, 中等压缩性, 本层厚度1.70~3.10m, 层底埋深6.50~8.10m, 层底标高400.57~401.11m。

4) 黄土:褐黄色, 软塑、个别可塑, 土质不均匀, 含蜗牛壳及钙质斑点, 中等压缩性, 本层厚度1.90~7.10m, 层底埋深9.70~12.70m, 层底标高395.13~396.75m。

5) 古土壤:棕红色, 可塑, 个别土样软塑, 中等压缩性, 孔隙较发育, 含钙质结核, 本层底部有厚约30cm钙质结核富集层。本层厚度3.00~4.20m, 层底埋深13.00~16.60m, 层底标高391.59~392.97m。

6) 黄土:淡黄色, 可塑, 土质不均匀, 孔隙较发育, 含蜗牛壳碎片及铁锰质斑点, 含少量钙质结核。本层厚度1.60~3.80m, 层底埋深15.30~19.70m, 层底标高388.21~390.20m。

7) 黄土:褐黄色, 可塑, 土质不均匀, 孔隙较发育, 含少量钙质斑点, 本层厚度1.40~3.40m, 层底埋深18.20~22.20m, 层底标高386.61~386.95m。

8) 粉质黏土:灰黄色、褐红色, 硬塑到可塑, 土质较均匀, 含较多铁锰质, 呈斑状或条带状分布, 局部含钙质结核。本层厚度7.50~10.30m, 层底埋深27.50~31.00m, 层底标高376.37~379.10m。

9) 粉质黏土:褐黄色, 硬塑到可塑, 含较多钙质结核, 局部夹粉砂或细砂薄层。本层厚度4.00~6.00m, 层底埋深32.50~36.10m, 层底标高371.91~373.49m。

10) 粉质黏土:褐黄色, 硬塑到可塑, 含蜗铁锰质斑点, 含少量钙质结核, 局部夹中砂层, 本层厚度1.20~5.30m, 层底埋深38.00~42.40m, 层底标高367.69~369.21m。

11) 中砂:灰黄色、密实、饱和, 颗粒矿物成分主要为石英、长石, 含云母及暗色矿物质, 分选性一般, 本层厚度0.50~3.60m。

3.2 水文地质条件

地下水位埋深5.00~8.85m, 赋存于黄土、古土壤、粉质粘土层中, 含水层厚度大于50m。其中黄土层透水性中等, 古土壤层透水性稍差, 古土壤底部的钙质结核层较上下黄土透水性差。粉质黏土层透水性较上为弱, 作为相对隔水层。地下水类型属孔隙潜水, 由于含水岩组透水性及富水性的差异, 在一定条件下古土壤层底部以下孔隙水表现出一定的承压性。地下水补给主要有大气降水入渗以及区外径流补给;潜水排泄方式主要为径流排泄、人工开采、潜水越流排泄及蒸发消耗等。

4 支护设计参数

结合本基坑深度较大 (19~23.5m) , 地下水位较浅, 降深较大 (约为14m) , 且位于西安市繁华的东大街, 地质条件及周边环境复杂等情况, 选用SMW工法桩与旋喷锚索联合支护体系, 并采取坑内降水方案, 基坑支护平面如图1所示。

围护墙体采用三轴水泥土搅拌连续墙, 桩直径为850mm, 间距600mm, 本幅内桩身搭接250mm, 二幅之间套孔施工。桩身采用P.C32.5级复合硅酸盐水泥, 水泥掺量20%, 外加15%的早强剂。内插H700×300×13×24型钢, 钢腰梁采用双拼18#工字钢[5]。

由于拟建场地地势南高北低, 基坑南侧开挖深度大 (约23.5m) , 基坑上部4.5m采用土钉支护。具体参数:锚杆 (土钉) 放坡系数1:0.2, 倾角15°, 长度12m锚固段长度8m, 孔径150mm, 水平间距1.8m;采用HPB335级钢, 注浆材料采用P.O.42.5普通硅酸盐水泥浆, 并掺入水泥用量7%的膨胀剂, 轴向拉力设计值为100k N, 张拉锁定值为80k N, 注浆压力不宜小于0.30MPa, 待注浆七天后进行张拉锁定;孔内浆体必须饱满, 当孔内浆体发生失水收缩后应进行二次补注砂浆。-4.5m以下采用SMW工法桩加旋喷锚索支护, 具体参数:预应力锚杆钢绞线规格为1×7股Φ15.2钢绞线, 强度为1860级。注浆材料采用P.O.42.5普通硅酸盐水泥浆, 水灰比0.7, 旋喷搅拌的压力为20~25MPa, 扩大头段 (2.0m) 旋喷搅拌的进退次数比桩身增加2次, 保证扩大头的直径。基坑东、西、北侧开挖深度约19m, 基坑上部1m左右采用放坡, 放坡系数1:0.5, 下部采用SMW工法桩结合旋喷锚索支护体系。H型钢与水泥土搅拌桩的布置、长度等参数如图1、图2、图3所示。

基坑内侧沿SMW工法桩身自上而下共设置6道旋喷锚索:基坑的东、西、北侧锚索设置在-1.300m, -4.300m, -7.300m, -10.300m, -13.300m, -16.300m处;基坑南侧锚索设置在-4.800m, -7.800m, -10.800m, -13.800m, -16.800m, -19.800m处 (如图3所示) 。

5 SMW工法的施工要点

由于SMW工法从未在黄土地区基坑支护工程中应用, 施工中可能存在一定的风险和不足, 在充分考虑施工中可能出现的状况后, 应重视以下几方面问题。

1) 为了确保桩身的位置、垂直度及成桩的连续性, 在施工前应根据支护平面图及相关尺寸测量定位, 桩定位偏差不得超过50mm, 桩径偏差不超过10mm, 垂直度偏差不超过0.5%。控制钻具的下沉和提升速度, 下沉速度不大于0.5m/min, 提升速度不大于1.0m/min。桩身施工必须保持连续性, 相邻桩的施工间隔不得大于12h;如遇特殊原因不可避免时, 则需补强并注明位置, 施工冷接缝应在外侧补桩, 确保止水效果。

2) 搅拌桩施工完成后应立即插入H型钢, 间隔时间不得大于30min, 型钢插入必须采用牢固的定位导向架, 在插入过程中应采取措施保证型钢的垂直度, 型钢插入到设计位置后用悬挂构件控制型钢顶标高, 并与已插好的型钢固定连接, 型钢宜依靠自重插入, 插入有困难时采用辅助措施下沉。当锚桩与型钢冲突时, 应通过缩小锚桩的水平距离避开型钢。

3) 为了确保搅拌桩的质量, 水泥土试块宜现场取样制作, 进行无侧限抗压强度试验, 要求28天龄期的抗压强度不小于1.0MPa, 取样位置与数量根据规范要求确定。

4) 为了确保周边环境安全, 基坑回填至压顶梁顶面后可拔出H型钢, 型钢分两次跳拔, 拔出后的孔隙应及时注浆。

5) H型钢的回收是SMW工法节约成本的关键, 同时也是施工的难点。由于围护结构的侧向位移, 型钢会有不同程度的弯曲, 故H型钢插入前必须涂抹减摩剂, 以确保型钢能顺利拔出;H型钢宜采用整材, 当必须分段焊接时, 应采用坡口焊接, 焊缝质量等级不低于二级。

6 工程效果

目前该基坑支护工程已结束, 由于设计时各种影响因素考虑的比较全面, 基坑围护的效果比较理想。整个基坑施工过程的监测结果显示:围护结构土体深层水平位移最大值为26.65mm, 基坑顶部最大水平位移值为2.8mm, 满足水平位移控制要求。本工程邻近建筑物主要分布在基坑西侧及南侧, 从监测结果来看, 邻近建筑物沉降最大值达到为12.95mm, 最小值为1.29mm, 主要是由于降水后软黄土的压缩固结造成的。其他各建筑物沉降较为均匀, 没有出现裂缝现象。周边道路及地面沉降量最大值为12.16mm, 最小值为0.33mm, 远小于预警值, 处于安全状态。另外, 止水情况比较理想, 基坑内部基本没有出现漏水现象, 确保了基坑的安全开挖, 提高了基坑的施工速度。

SMW工法施工效率高, 缩短工程建设周期, 支护结构成本低。相对密排钻孔灌注桩、地下连续墙等, SMW工法简单, 施工速度快, 可大幅缩短工期。另外, SMW工法用于支护墙体, 其成本约为上述支护结构的60%~70%, 在现有围护结构中是最低的。在满足安全及工程技术要求的前提下, 选用SMW工法作为支护结构, 具有其他支护结构不可比拟的优势。

7 结语

1) SMW工法桩作为基坑支护结构在软土地区应用较广泛, 在西安地区从未使用, 本工程的成功应用说明SMW工法在西安地区具有一定的适用性, 可进一步推广。

2) 将SMW工法应用在西安地区基坑支护中, 可以同时满足基坑支护和止水防水的要求, 且施工速度快, 可有效缩短工期, 型钢的回收利用大大降低了工程造价, 与传统支护方式相比, 具有较大的优势。

3) 型钢的回收是SMW工法的一大优势, 但是实际工程中由于围护结构的侧向变形使型钢弯曲, 在拔出时存在一定困难。因此, 在型钢拔出方法、减摩涂料等方面还需进一步研究。

摘要：西安地区对于复杂环境下的深基坑工程支护结构通常采用止水帷幕结合排桩、土钉墙或桩锚支护等。论文以西安地区首个采用SMW工法桩为支护结构的基坑工程为依托, 通过对该基坑支护结构设计、施工及工程效果进行分析与探讨, 得出SMW工法桩在西安地区具有一定的适用性, 与传统支护方式相比, 具有较大的优势, 值得进一步推广。

关键词：深基坑,支护结构,SMW工法桩,适用性

参考文献

[1]李哲琳, 倪晓荣.北京地区深基坑支护SMW工法的创新应用[J].施工技术, 2013 (1) :47-49.

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