昆明某深基坑工程土體滲透破壞分析及治理

燕繼宇

摘要： 昆明某深基坑工程采用土釘墻作為支護(hù)形式，在基坑開(kāi)挖至粉土層時(shí)，局部坡體發(fā)生滑塌破壞。本文詳細(xì)介紹了該工程的特點(diǎn)和支護(hù)方案，分析粉土層發(fā)生滲透破壞的原因，并提出相應(yīng)的防治措施，供其它相類似工程參考。

Abstract： The soil-nailing wall was adopted as the pit-protection system of a deep foundation pit in Kunming. When pit excavation was taken in silt layer， slope collapse occurred locally. The characteristics of the project and the support scheme are introduced in detail. The reasons of seepage failure in silt layer are analyzed and related treatments are proposed to let other similar projects refer to.

關(guān)鍵詞： 土釘墻;粉土;滲透破壞

Key words： soil-nailing wall;silt;seepage failure

中圖分類號(hào)：U452.1+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）13-0093-02

0 引言

伴隨日益發(fā)展的城市經(jīng)濟(jì)，高層及超高層建筑物的數(shù)量正在不斷增加，深基坑工程變得越來(lái)越普遍。土釘墻作為一種常見(jiàn)的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，因其工藝簡(jiǎn)單、施工便捷、成本低廉等特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用[1]。邊開(kāi)挖、邊支護(hù)是土釘墻支護(hù)的一個(gè)顯著特點(diǎn)，該特點(diǎn)對(duì)土釘施工和開(kāi)挖施工提出較高的要求[2][3]。粉土層孔隙較多，透水性較強(qiáng)，是主要的含水層。在粉土層中開(kāi)挖時(shí)，滲流導(dǎo)致土體滲透變形常引起邊坡發(fā)生滑塌破壞。因此分析粉土層滲透破壞機(jī)制，提出相應(yīng)的防治措施，對(duì)于粉土層中土釘墻支護(hù)的設(shè)計(jì)和施工具有一定的指導(dǎo)意義。

1 某深基坑工程土體滲透破壞

1.1 工程概況及地質(zhì)條件

某工程位于云南省昆明市，主體結(jié)構(gòu)包括上部3幢33F高層住宅和下部2層整體地下車庫(kù)。場(chǎng)地原為當(dāng)?shù)卮迕褡≌玫丶案兀┕で耙堰M(jìn)行拆除。

場(chǎng)地所處區(qū)域?yàn)槔ッ髋璧刂袥_湖積形成的準(zhǔn)平原地貌，地形平坦開(kāi)闊。場(chǎng)地表層為人工填土，上部為沖洪積的粘土層，下部為沖湖積的粘性土、泥炭質(zhì)粘土、粉土（砂）互層局部夾圓礫層透鏡體等，土層主要物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。基坑底主要落在③粉質(zhì)粘土和③2粉土層。場(chǎng)地內(nèi)地下水主要為潛水，地下水位平均埋深約1m，③2粉土層為主要的潛水含水層，含水量較大。（表1）

1.2 基坑圍護(hù)

基坑平面形狀近似成方形，長(zhǎng)寬尺寸約為133m×123m，面積約15774m2，基坑深度為9.2m，局部挖深9.8m～13.1m。

基坑采用分級(jí)放坡+土釘墻支護(hù)，第一級(jí)放坡高度為4.5m，第二級(jí)放坡高度為4.67m，坡比為1：0.5，兩級(jí)邊坡之間設(shè)置2m寬平臺(tái)，坡面采用噴射混凝土防護(hù)。邊坡上部和下部各采用四道土釘支護(hù)，土釘成孔直徑110mm，土釘長(zhǎng)度9m，與水平面夾角15°，土釘水平間距1.4m，豎向間距1.2m，在坡面上呈梅花形布置，土釘材料采用φ22mm的HRB400鋼筋制作而成。土釘面層為100mm厚C20噴射混凝土，中間鋪設(shè)φ8@200×200mm鋼筋網(wǎng)片。基坑坡頂后方采用？準(zhǔn)850@600三軸水泥土攪拌樁做止水。

1.3 土體滲透破壞

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，基坑?xùn)|北側(cè)在第二級(jí)邊坡第三道土釘?shù)拈_(kāi)挖和打設(shè)過(guò)程中，多處坡面出現(xiàn)明顯的局部滑塌，如圖1和2所示。

由圖1和2可知，滑塌出現(xiàn)于坡體淺表層，滑塌體底邊界位于開(kāi)挖底面，距坑頂約8m，頂邊界主要位于第二級(jí)邊坡第二道土釘處，距坑頂約6m，則滑塌體豎向高度約2m，向坡體內(nèi)最大延伸厚度約0.5m，滑塌體形狀近似呈扇形。另外從剖面上可見(jiàn)，第二級(jí)邊坡第二道土釘上部土體為褐黃色粘土，下部土體為灰色粉土，新開(kāi)挖坡面處較潮濕，有水滲出。

1.4 土體滲透破壞原因分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，滑塌主要發(fā)生在③2粉土層中，其孔隙率n=0.41，土顆粒級(jí)配曲線如圖3所示，查得d85=2mm，d15=0.005 mm。

國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者都提出過(guò)土體滲透破壞類型判別方法，其中毛昶熙[4]在對(duì)前蘇聯(lián)學(xué)者提出的判定方法進(jìn)行歸納總結(jié)后，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)提出填料的最大粒徑df法則：

基坑?xùn)|北側(cè)第二級(jí)邊坡第二道土釘至坑底間分布③2粉土，雖然止水帷幕切斷粉土層中潛水與外部的水力聯(lián)系，但由于未事先在坑內(nèi)進(jìn)行井點(diǎn)降水，僅利用抽水泵對(duì)坑內(nèi)滲水進(jìn)行疏干，因此③2粉土中仍存在一定量的潛水。當(dāng)開(kāi)挖至該層土?xí)r，在水頭差作用下坡內(nèi)剩余潛水向坑內(nèi)滲流，且坡面處滲流路徑最短，滲流坡降最先達(dá)到臨界值，隨即發(fā)生滲透變形即流土。

開(kāi)挖后土體側(cè)向約束消失，坡體向臨空面發(fā)生側(cè)向變形，邊坡表層土體內(nèi)出現(xiàn)較多拉裂隙，促進(jìn)滲流，加劇滲透變形，而滲透變形不斷擴(kuò)大使得土體強(qiáng)度不斷降低，最終導(dǎo)致土體發(fā)生剪切破壞，引起坡體表層滑塌破壞。

1.5 治理措施

坡體發(fā)生局部滑塌后，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)及時(shí)采取有效措施防止滑塌進(jìn)一步向坡內(nèi)發(fā)展而引起上部坡體大規(guī)模滑動(dòng)破壞，應(yīng)急措施主要為：

①及時(shí)回填，增加坡底反壓;

②平臺(tái)處打孔降水，疏干粉土層中剩余潛水。同時(shí)對(duì)于已發(fā)生滑塌破壞的局部坡體，應(yīng)將原土釘墻支護(hù)改為鋼板樁支護(hù)。

基于本工程實(shí)例，在粉土層中開(kāi)挖基坑時(shí)應(yīng)注意滲透變形，建議事先采取如下預(yù)防措施：

①開(kāi)挖前坑外設(shè)止水帷幕，坑內(nèi)做井點(diǎn)降水;

②當(dāng)開(kāi)挖至粉土層時(shí)，減小單次挖深，且離開(kāi)坡面一定距離開(kāi)挖，保留部分土體作為反壓;

③觀察坡面滲水情況，若滲水嚴(yán)重應(yīng)靜置一段時(shí)間用于排水。

2 結(jié)論

在粉土層中采用土釘墻支護(hù)進(jìn)行基坑開(kāi)挖時(shí)，應(yīng)注意粉土層的滲透變形。特別是基坑內(nèi)未采取井點(diǎn)降水，開(kāi)挖至粉土層時(shí)，水沿坡面滲流，易引起坡面表層土體發(fā)生滲透變形，降低土體強(qiáng)度，土體發(fā)生剪切破壞而導(dǎo)致滑塌。

為避免滲透變形引起滑塌破壞，應(yīng)先降水后開(kāi)挖，或開(kāi)挖至粉土層時(shí)，減小單次挖深，預(yù)留部分土體作為反壓，觀察坡面滲水情況，若滲水嚴(yán)重應(yīng)靜置一段時(shí)間用于排水。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳東，黃博，劉興旺，曹國(guó)強(qiáng). 土釘墻支護(hù)技術(shù)在杭州某深基坑工程中的應(yīng)用[J]. 巖土工程學(xué)報(bào)，2006（S1）：1748-1751.

[2]胡琦，凌道盛，陳仁朋，陳云敏，賈官偉.粉砂地基深基坑工程土體滲透破壞機(jī)理及其影響研究[J].巖土力學(xué)，2008（11）：2967-2972.

[3]陳仁朋，陳云敏，蔡袁強(qiáng). 粉砂性土體中基坑開(kāi)挖工程實(shí)踐[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2001（04）：90-95.

[4]毛昶熙.管涌與濾層的研究：管涌部分[J].巖土力學(xué)，2005，26（2）：209-215.

[5]TERZAGHI K. Simple tests determine hydrostatic uplift [J]. Engineering News Record， 1936， 116： 872-875.