濕陷性黃土地區(qū)基坑支護的特性與支護類型分析

王嘉偉

陜西核地源實業(yè)有限公司 陜西 西安 710054

濕陷性黃土因為其特殊性，在欠壓密性、濕陷性以及結(jié)構(gòu)性上都有別于其他的土質(zhì)，是一種非飽和性質(zhì)的欠壓密土。其結(jié)構(gòu)上的特殊性使得濕陷性黃土在水和力的相互作用之下，將受到破壞導(dǎo)致強度的喪失；而欠壓密性和高孔隙度則會為浸水時所產(chǎn)生的的附加下沉提供了必要的體積變化條件。濕陷性黃土地區(qū)的深基坑極易遭受到外界環(huán)境的影響，因為其自身具有著一定的抗剪強度和濕度，所以在尚未浸水的情況中，一般是不會出現(xiàn)問題的。但是在深基坑的黃土出現(xiàn)含水量過多的情況下時，就會使?jié)裣菪渣S土的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，強度變低，極易發(fā)生增濕剪切破壞的情況，從而導(dǎo)致濕陷性黃土基坑工程發(fā)生一連串的事故。所以，增強對濕陷性黃土地區(qū)基坑支護的處理對于防患事故的發(fā)生是有著至關(guān)重要的意義的。

一、濕陷性黃土地區(qū)基坑支護的工程特性

黃土是指在地質(zhì)時代中的第四紀(jì)期間，以風(fēng)力搬運的黃色粉土沉積物，分為老黃土和新黃土。老黃土通常情況下是沒有濕陷性質(zhì)的，承載力也比較強；新黃土則是廣泛的被覆蓋在老黃土之下，與工程建筑有著密切的關(guān)系，一般都是具有濕陷性的特點。而濕陷性黃土?xí)谏细餐翆拥淖灾貞?yīng)力作用之下，或是在自重應(yīng)力以及附加應(yīng)力的聯(lián)合作用之下，在下沉穩(wěn)定之后，因為浸水土的結(jié)構(gòu)被快速破壞而導(dǎo)致明顯的附加變形，強度快速降低。這一特性在工程方面的體現(xiàn)則是：在框架結(jié)構(gòu)之中，相對上部結(jié)構(gòu)剛度較強的結(jié)構(gòu)物發(fā)生不均勻下沉的情況，會跟隨不均勻下沉的開始，極大可能的造成上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損毀，甚至是坍塌；而在磚混結(jié)構(gòu)之中，則主要會發(fā)生墻體的開裂并隨之產(chǎn)生不均勻沉降從而導(dǎo)致危險的發(fā)生[1]。因此，在濕陷性黃土的地基結(jié)構(gòu)上進行工程作業(yè)時，施工人員應(yīng)該首先明確建筑工程的特性，再根據(jù)建筑物的重要程度，地基被水浸濕的幾率的高低以及在使用的期間對不均勻沉降的限制程度來實施相適應(yīng)的地基處理辦法，防止因為地基濕陷而引發(fā)附加沉降的發(fā)生，對工程產(chǎn)生不利的影響。

二、濕陷性黃土地區(qū)基坑支護的安全等級劃分

基坑側(cè)壁在安全等級方面具體執(zhí)行的是JGJ1167-2009濕陷性黃土地區(qū)建筑基坑工程安全技術(shù)規(guī)程。而相對于有著特殊需求的基坑工程來講，可以跟隨具體的情況適當(dāng)?shù)奶岣咧匾灾笜?biāo)。并同時根據(jù)基坑的實際施工情況，如工程地質(zhì)的條件、水文地質(zhì)的條件以及實際的開挖深度等方面合理的對基坑側(cè)壁安全等級進行劃分，然后選擇相適應(yīng)的支護類型。

三、濕陷性黃土地區(qū)基坑支護的設(shè)計依據(jù)

在對基坑支護進行初步方案設(shè)計時，設(shè)計人員不僅要把設(shè)計方案的實用性和工程造價加入考慮范圍內(nèi)，還應(yīng)該考慮到工程的實施會對周邊環(huán)境所會產(chǎn)生的影響。不僅要對周圍建筑物的安全和穩(wěn)定有所保障，還要盡可能的削弱工程實施會對它們產(chǎn)生的不利影響。在實際的設(shè)計過程中，我們可以通過實地勘察對上述工程項目的周邊環(huán)境進行全面的調(diào)查和分析，并選擇不同基坑支護的設(shè)計方案加以運用。比如，在支護樁上加設(shè)混凝土的內(nèi)支撐、復(fù)合土釘墻支護方案和樁錨支護體系等，在將這些設(shè)計方案進行比較，結(jié)合以往的經(jīng)驗以及實際的情況，我們便能找出最適用的方案。

（一）工程地質(zhì)以及水文地質(zhì)的條件。地下障礙物的調(diào)查：目前大部分工程在進行支護設(shè)計時，對于建筑物的外圍變形范圍中，被支護土體的地層巖石性質(zhì)的情況很少提及到。大部分擬建筑物的深基坑會被周圍原有的建筑物所包圍，更甚還會被支護土體系原本基坑的回填土所包圍，使得這一部分的土體力學(xué)性質(zhì)相當(dāng)?shù)牟?，甚至?xí)苯訉拥陌踩a(chǎn)生威脅。所以，在進行勘察時，應(yīng)該把管道、廢棄的人防工程以及原有建筑物的基礎(chǔ)情況等加入考察的范圍之內(nèi)。

巖土工程勘探報告的剖面選取：相對建筑物對基坑來講，不盡相同的邊線應(yīng)該選擇不一樣的地質(zhì)剖面圖來明確相應(yīng)的土層分布、厚度、深埋以及物理力學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)。

物理力學(xué)參照標(biāo)準(zhǔn)的選擇：在對物理力學(xué)參照標(biāo)準(zhǔn)進行選取時，應(yīng)該充分關(guān)注到實驗的方法會對參數(shù)和結(jié)構(gòu)計算所產(chǎn)生的的影響，并注意到地下水和工程施工擾動的情況會對參數(shù)造成的影響[2]。

（二）周圍環(huán)境的勘察。在對基坑支護進行設(shè)計時，對周圍環(huán)境的勘察是必不可少的工作之一。第一，要明確周圍建筑的情況，查看周邊建筑物和基坑之間的存在的聯(lián)系，樓層高度、樓層數(shù)、埋深情況、基礎(chǔ)形式、荷載情況以及使用情況等；第二，明確周圍交通的情況，應(yīng)該充分的考慮到周圍臨近道路的交通狀況；第三，要考察周邊公共設(shè)施的分布情況以及地底構(gòu)建物的線管分布情況；第四，基坑工程的場地狀況以及周圍地層的巖石硬質(zhì)，尤其要關(guān)注周圍的黃土層是否曾遭受過浸水而發(fā)生濕陷的情況。

（三）主要建筑物的情況。在進行基坑支護設(shè)計時一定要充分考慮到施工的主要建筑物的情況。第一，施工建筑物的總體平面圖紙上應(yīng)該明確的用地紅線標(biāo)注出，地紅線以及基坑和周圍環(huán)境之間的方位關(guān)系；第二，準(zhǔn)備好基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與樁基設(shè)計的材料；第三，要明確基坑的幾何形狀、深度以及尺寸等數(shù)據(jù)，并把主體施工時所必要的腳手架或是在模板搭建上所使用的基坑列入考慮的范圍之內(nèi)，在極特殊的情況之下，還要充分考慮主體建筑物在進行地基處理時樁基施工設(shè)備需要的工作層面[3]。

四、黃土地區(qū)基坑支護的支護類型

在黃土地區(qū)基坑工程支護的實際情況中，應(yīng)該充分的考慮到周邊土層工程的地質(zhì)情況、基坑挖掘的深度以及周邊的環(huán)境等情況，從而選擇最適合的支護類型。而目前，在基坑開挖的情況中，支護的種類也越來越多：

（一）黃土基坑的深度小于10.0米。在這種情況之下，選取懸臂式支護結(jié)構(gòu)以及土釘墻支護是比較合適的。當(dāng)基坑的開挖深度符合設(shè)計要求時，可用磚砌筑成擋土墻，墻底應(yīng)盡可能的放寬，最好是欠到坑內(nèi)的一米處，確保墻背和壁坑之間形成一個緊密的銜接，分層進行填土夯實[4]，避免因為人工填土而造成土層的剝落以及表面的坍塌，同時也能起到一定的護面作用。

（二）基坑的深度介于10.0-15.0米之間。當(dāng)基坑的深度介于10.0-15.0米之間時，可以采用樁加單層錨桿支護以及土釘墻加錨桿支護的方式。在安全等級要求過高的情況之下，還可以采用樁架單層錨桿支護的方式。

（三）黃土基坑的深度大于15.0米。在黃土基坑的深度大于15.0米時，因為黃土?xí)嬖谥鲃油翂毫σ约盎泼婢^大的情況，導(dǎo)致在這種情況之下，不適合再使用土釘墻加單層錨桿支護的方式。這時，就可以把樁加多層錨桿結(jié)構(gòu)以及框架錨桿結(jié)構(gòu)的支護方式列入考慮范圍內(nèi)。

（四）土釘墻加單層錨桿支護。在施工的安全等級要求為二、三級時，可以使用土釘墻加單層錨桿支護。這種結(jié)構(gòu)的作用原理與樁加單層錨桿的原理基本相同，都是通過在土體上建立一個或是多個支點的方式，來填補土釘墻在基坑深度、滑移面較大以及土釘數(shù)量多且過長的劣勢。

（五）樁加單層錨桿支護。樁加單層錨桿支護適用于一級安全等級的要求。當(dāng)懸臂式灌注樁不能夠維持基坑穩(wěn)定性或是樁頂位移以及樁身彎矩較大的時候，就有必要采用錨拉式鋼筋混凝土排樁支護。樁加單層錨桿支護打造結(jié)構(gòu)是為了彌補懸臂式在強度和變形上的要求的，通過預(yù)應(yīng)力斜拉錨桿的使用建立一個合適的樁支點，對排樁受力結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，從而縮小樁身的彎矩，降低樁的截面以及配筋量[5]。

（六）土釘墻支護。土釘墻支護是一種通過被加固土體、土體內(nèi)部置入一定長度和密度的土釘和附著在坡面的混凝土面板的組成，形成一個同重力式墻相似的擋土墻，在土釘和土共同作用之下，形成提高原狀土的剛度與強度的復(fù)合體。在土釘墻支護中，土釘?shù)闹饕δ芫褪侵鲃蛹庸痰臋C制，它能夠通過對整體剛度以及強度的提高，從而提升邊坡的穩(wěn)定性能。這種方法的施工工具比較簡便靈巧，且施工的速度快、性價比高，工程的造價僅為排式灌注樁的1/3-2/3左右。但相對于安全等級要求來講，這種方法只能滿足二、三級的安全需求。在使用這種支護方法的時候還需注意一點，土釘墻支護的土體變形較大，在基坑與周邊建筑物的距離較近時，應(yīng)該謹慎使用。

（七）懸臂式鋼筋混凝土檔土排樁。懸臂式支擋的結(jié)構(gòu)，是在安全等級為一級的情況下時優(yōu)先選擇的方案。因為這種方式對于施工設(shè)備的要求相對簡單，且占地面積較小，并且在施工時可以同時使用多臺設(shè)備，施工效率高，樁體強度高且剛度大。但因為其樁身的彎矩、樁頂位移大且配筋量高，所以當(dāng)基坑和周圍建筑的距離比較近時，應(yīng)該謹慎使用。

五、結(jié)語

黃土的抗剪強度受到含水量的影響，飽和黃土的抗剪強度則會在自然狀態(tài)下有著大幅度的降低。由于黃土浸水情況的產(chǎn)生會使抗剪強度變低，從而導(dǎo)致基坑的穩(wěn)定性受到影響。因此，在對基坑進行工程設(shè)計時就應(yīng)該特別防范基坑邊土遭到浸水情況的發(fā)生。而在冬季時期經(jīng)常發(fā)生的黃土凍結(jié)化情況，對抗剪強度也有著一定程度的影響。由于黃土凍結(jié)后會使抗剪強度降低從而會影響到基坑的穩(wěn)定情況[6]。因此，在冬季時期進行工程作業(yè)時應(yīng)該十分關(guān)注基坑邊坡的凍結(jié)融化情況對基坑穩(wěn)定性所產(chǎn)生的影響。

在未遭遇浸水情況的狀態(tài)之下，濕陷性黃土的土質(zhì)較好，性能方面也比較穩(wěn)定，通常來講10米以內(nèi)的基坑通過做土釘墻就能很好的解決問題。而相對于深度達到15米以上且降水量超過10米的基坑，則應(yīng)該采用錨拉排樁的方式，并做好相關(guān)的止水帷幕結(jié)合井點降水以及回灌等措施，就可以把基坑變形以及坑外水位變化的情況有效地加以控制，從而杜絕濕陷性災(zāi)害的產(chǎn)生，滿足工程開展的需求。