軟粘土壩基深基坑開挖工程地質特征分析

【摘要】白鶴林水庫壩基基坑最大開挖深度17m，軟粘土，含水量高，孔隙率大，滲透性低，壓縮性高，具有弱至中等膨脹性，具有明顯的觸變性及抗剪強度低，圍繞上述特點，系統的概述了土體的特點及施工中主要的工程地質問題，旨在為類似工程設計提供有益的啟示。

【關鍵詞】白鶴林水庫；深基坑；軟粘土；工程地質問題

1 工程概述

白鶴林水庫為四川省蓬溪船山灌區工程的囤蓄水庫，位于蓬溪縣新星鄉雷樹堂村的白鶴林附近，水庫正常蓄水位418.00m，總庫容8828×104m3；壩高約62.0m，設計壩型為粘土心墻石碴壩。壩基基坑最大開挖深度約17m，基坑主要位于沖溝內坡洪積（Q4dl+pl）的粉質粘土層，褐灰、灰色，軟塑狀，粘粒含量為30.2～33.5%；天然含水量為27.6～35.5%；干密度1.39～1.55g/cm3；比重2.69；孔隙比0.736～0.935；飽和度100%；塑性指數14.1～20.4；壓縮系數av0.1～0.2=0.385～0.570MPa-1，；壓縮模量Es0.1～0.2=3.4～4.7MPa；滲透系數1.4×10-7～ 4.1×10-6cm/s，；自由膨脹率27～38%；靈敏度4.5。該土層具有承載低，壓縮變形大，存在不均勻沉降；抗剪強度極低，邊坡穩定性差，地下水位高，透水性微～極微，局部土體具弱膨脹性；局部土層欠固結并具觸變性，具有軟土工程特性，其工程地質特性如下：

2 軟粘土工程地質特性

（1）高含水量和高孔隙性：根據前期試驗資料，基坑各土層天然含水量為22.3%～60.0%，均值27%～45.6%，飽和度89%～100%，為飽和土，孔隙比0.6899～1.062，均值0.7992～0.8027。

（2）滲透性低：根據前期試驗資料，基坑各土層滲透系數K=4.5×10-8～2.9×10-5cm/s，均值5.5×10-7 ～2.0×10-6cm/s，以微透水～極微透水為主。

（3）壓縮性高：根據前期試驗資料，基坑各土層壓縮系數av0.1～0.2=0.265～0.612MPa-1，均值0.420MPa-1；壓縮模量Es0.1～0.2=3.4～6.1MPa，均值4.6Mpa，以高～中等壓縮性為主。

（4）弱～中等膨脹性：根據前期試驗資料，Ⅱ-③層自由膨脹率20～55%，均值33%，擾動樣膨脹力試驗，膨脹力19.7～35.2KPa，均值25Kpa；Ⅱ-②層自由膨脹率25～51%，均值40%，自由膨脹率大于40%的試驗組數占66.7%，擾動樣膨脹力試驗，膨脹力21.8Kpa；Ⅱ-①層自由膨脹率20～59%，均值38%；擾動樣膨脹力試驗：膨脹力36.2KPa，擾動樣膨脹力較低。綜上所述，基坑土體局部具有托膨脹性。

（5）抗剪強度低：根據前期試驗資料，飽和快剪、飽和固結快剪、固結排水剪、固結不排水剪、不固結不排水剪試驗中c和Φ值均較低。

（6）較顯著的觸變性：土體靈敏度為2.9～4.6，屬中～高靈敏度土，土體在經擾動后結構被破壞，土體的強度急劇的降低。

（7）具明顯的蠕變效應：軟粘土經擾動和開挖后，并未迅速的發生破壞，而是隨時時間效應的累積，逐漸的發生變形和破壞，特別是在外荷載或外圍水動力作用下，發生破壞的過程更明顯。

3 基坑的主要工程地質問題

（1）、基坑開挖時應充分考慮土體易變形、強度低、滲透性差等特性，應根據土體的力學特性進行穩定性計算以便采取相應的工程處理措施。

（2）基坑周邊地下水位高，開挖時地下水滲出時會產生動水壓力，易引起邊坡變形。土體的排水固結也易使基坑邊緣土體變形開裂，降雨或地表水沿裂縫會產生二次孔隙水壓力，對邊坡穩定不利。

（3）基坑土體具有軟土特性，屬中～高靈敏度土，，在震動荷載作用下，結構易破壞，易使強度迅速降低，施工中應充分考慮施工機械震動對土體的破壞及存在沉陷的可能，施工中應采取有效措施。

（4）基坑周圍附近其它堆載物產生外在何在，施工中應充分考慮其對基坑穩定的影響。

（5）基坑開挖前應完成周邊截排水措施施工，防止雨水等匯入基坑，影響邊坡穩定。

4 軟粘土基坑地基處理方法

（1）表層排水法：在地面開挖水溝，以排除地表水，同時降低地基表層的含水量，確保施工機械的作業條件，為了使開挖水溝在施工中發揮盲溝作用，常用透水性良好的砂礫回填。

（2）墊層法：就是在軟土地基頂面鋪設厚度為0.6m—1.0m的砂墊層或土工布等化學物質作為軟土層固結所需要的上部排水層，以加速沉降的發展，縮短固結過程。

（3）預壓排水固結法：預壓排水固結法地對天然地基，或先在地基中設置砂井、排水板等豎向排水體，然后利用建筑物本身重量分級逐漸加載，或是在建筑物建造以前，在場地先行加載預壓，使土整體的孔隙水排出，逐漸固結，地基發生沉降，同時強度逐步提高的方法，加速地基土的抗剪強度的增長，從而提高地基的承載力和穩定性。

（4）樁基法：采用單排或多排鉆孔灌注樁，樁頂設冠梁，使鉆孔灌注樁形成一整體。鉆孔灌注樁外側設雙或單排深層攪拌樁止水，若土壓力驗算鉆孔灌注樁不足以抵抗土壓力時，在冠梁及鉆孔樁內側設支撐梁。

5 結語

該深基坑支護工程雖然是臨時性工程，但涉及設計方案和施工管理等諸多影響因素，存在相當的風險性。為此，施工前應審慎選擇方案，深入進行分析調查，預測出基坑施工對周圍環境的影響程度，施工中加強監控，及時采取改進施工措施和應變措施，以保證達基坑邊坡的穩定性。

參考文獻：

[1]中國建筑科學研究院. 建筑地基基礎設計規范 （GB 50007-2011）.

[2]中國建筑出版社. 軟土地區巖土工程勘察規程（JGJ83-2011）.

[3]陸遙. 軟土地基處理方法概述[M].2005，2.