弱膨胀土土质基坑放坡支护条件下变形监测探讨

弱膨胀土土质基坑放坡支护条件下变形监测探讨

徐泽友1，李廷豪2

(1,2南京海河测绘科技有限公司,江苏南京211100)

摘 要 处于膨胀土场区的基坑工程，在放坡支护条件下因膨胀土的不良特性使基坑稳定性变差。本文结合某工程实例，在弱膨胀土土质基坑放坡支护条件下，对开挖过程中基坑各项变形监测指标进行分析评价，对弱膨胀土土质基坑在支护设计、施工开挖、变形监测方面提出需要注意的事项，供类似场地基坑工程参考。

关键词 膨胀土  基坑工程  放坡支护  变形监测

Discussion on Deformation Monitoring of Weak Expansive Soil Foundation Pit Under the Condition of Sloping Support

Xu ze-you1，Li ting-hao2

(Nanjing Haihe Surveying and Mapping Technology Co., Ltd,Nanjing Jiangsu 211100)

Abstract Foundation pit engineering in expansive soil field under the condition of sloping support，the stability of foundation pit is poor due to the bad characteristics of expansive soil.Combined with an engineering example，Analyze and evaluate various deformation monitoring indicators of foundation pit during excavation，Ｍatters need attention of foundation pit support in design，excavation，deformation monitoring in weak expansive soil area are put forwarded，for reference of foundation pit engineering in similar sites.

Key words  Expansive soil  Foundation pit  Slope support  Deformation monitoring

1　引言

南京城北某住宅小区，包括15幢6-8层住宅，设一层地下室，底板埋深约5.0m。因开挖深度不大，基坑采用一级自然放坡开挖，坡比1：0.7，坡面挂网喷浆处理。场地中普遍分布弱膨胀土，膨胀土在湿度变化时受土体体积和内应力变化影响，易发生滑坡，此种条件下对基坑的变形监测提出了很高的要求。本文以工程项目实践，分析弱膨胀土土质基坑放坡支护条件下的变形特征，结合监测数据对膨胀土土质基坑变形机理进行了探讨，为同类工程提供参考和借鉴。

2　场地工程地质条件

2.1工程地质条件

本场地地貌单元为山前丘陵地区，地形较平；拟建场区在勘察深度范围内为填土、粉质粘土。

各岩土层物理指标和力学指标如下表：

表1  岩土层物理指标和力学指标

基坑开挖深度不大，开挖涉及土层主要为①层素填土和③-1层粉质粘土，工程地质性能较好。但③-1层土自由膨胀率为43.1%，按《膨胀土地区建筑技术规范》（GB50112）判定该土层为弱膨胀土。

2.2 水文地质条件

地表水：场区及周边无地表水分布。但拟建场地开挖后地势相对较为低洼，易导致地表水的积聚。

地下水：根据勘探揭示的地层结构，场地地下水主要为潜水。潜水含水层由①层人工填土构成，相对隔水底板为③层粘性土。本场地中水量较小。①层人工填土结构松散，密实度差，渗透性较为良好，为弱透水层。潜水的补给来源主要为大气降水和生活用水，以蒸发和侧向径流为主要排泄方式，水位受季节性变化的影响，年变化幅度在1.0～1.5m。

3   基坑支护、施工及监测方案

3.1基坑支护方案

图1 基坑支护典型单元示意图

项目基坑开挖面积23889m2，周长约975m。开挖深度4.75m～5.90m。本工程基坑安全等级为二级，重要性系数为1.0，基坑设计使用年限为一年。

设计单位结合基坑深度、环境条件及周边场区工程经验，采用一级自然放坡进行支护，坡比1:0.7，坡面挂网喷浆处理。排水形式采用基坑内明沟排水。

3.2基坑施工方案

根据基坑设计单位提供的设计文件，对土方开挖施工提出了相关要求。

（1）土方开挖前应检查开挖条件，监理单位应按相关标准对围护结构的施工质量进行检查或验收；开挖应按照分层、分段、分块、对称、平衡、限时的原则开挖。

（2）基坑开挖的土方不得在临近建筑及基坑周边影响范围内堆放。

（3）基坑内部分层开挖厚度不应大于3m，基坑周边10米范围分层开挖厚度不应大于1.5m，临时边坡坡度不大于1：2.5。

（4）基坑边超载应控制在20kPa以内，并严格控制不均匀堆载。

（5）基坑开挖过程中密切关注基坑监测数据，并深入分析、研判，及时反馈，切实做到信息化施工。

3.3基坑监测方案

本场地全场分布弱膨胀土，膨胀土自身带有的胀缩性、崩解性、裂隙性等性质会直接影响到基坑的稳定性。而这些性质又与气候变化息息相关，最直接的影响是水的因素，膨胀土吸水膨胀，失水收缩，在多次反复胀缩变化后造成膨胀土土体强度降低，变形加大，进而引发基坑失稳。此外，基坑开挖形成临空面，土体暴露，会发生风化作用，风化后的土体易产生碎裂、脱落现象，使土体强度降低，土体结构遭到破坏，对基坑临时边坡稳定不利。针对本项目地基土特性，制定了严格的变形监测方案，与施工单位协作，排除因气候因素对膨胀土造成重大影响的前提下，加密监测点布置，提高监测频次，提高变形曲线绘制时效，实时掌控基坑变形，反馈于设计和施工，保证了项目的安全。基坑监测方案重点内容如下：

（1）沿支护结构顶部每隔约16m布设一个水平/竖向位移监测点。

（2）深层水平位移监测：设置深层水平位移监测点，孔深不小于1.5倍挖深或桩长。

（3）周围道路每隔约16m布设一个沉降监测点。

（4）建筑四角、沿外墙每10～15m处或每隔2根柱的柱子上布点。对3倍挖深范围内构筑物均布设监测点。

（5）管线监测点：查明周边管线情况，在管线的节点、转折点、变坡点、变径点等特征点和变形曲率较大的部位，监测点水平间距宜为15m～25m，并宜向基坑边缘以外延伸1倍～3倍的基坑开挖深度设置观测点。

（6）监测频率根据现场情况随时调整，遇雨、雪天气或温度变化剧烈可能对膨胀土产生影响时加密观测，作好监测和相关特征状态记录，并会同有关人员进行分析评价。

（7）针对膨胀土收缩易造成开裂的性质，在基坑坡顶平台设置了一定数量的裂缝观测仪，裂缝观测与沉降观测同步进行，便于相互印证，综合分析，及时准确得出变形特点并快速采取相关措施。

图２　裂缝观测仪埋设示意图

4  监测数据分析评价

重点对基坑坡顶水平与竖向位移、深层水平位移、周边建筑与道路沉降、坑外地下水位、裂缝宽度监测数据进行分析评价。

（1）坡顶水平与竖向位移监测分析

基坑坡顶水平位移与竖向位移监测点共点。从监测成果来看，坡顶水平位移与竖向位移变化趋势相似，其中水平位移最大变化为17.0mm，竖向位移最大变化为18.9mm，均未超过报警值（28mm）。数据表明，基坑土方快速开挖期间变化量相对较大，呈现向基坑内位移及出现下沉现象。至土方开挖结束，底板施工完成、主体结构施工期间逐渐趋于稳定。基坑开挖期间有数次大雨，降雨期间监测数据稍有波动，但并不明显，表明喷射混凝土面层的致密性有效隔阻了坡面弱膨胀土遭受水体侵入，避免了土体胀缩从而造成监测数据的大幅变化。此外，膨胀土自身极低的渗透性（渗透系数通常在 10-8～ 10-7cm/s ）是一个有利因素，隔断了地表水的渗入。需要指出的是，膨胀土因内部存在较多裂隙，如果基坑开挖后喷射混凝土不及时，造成失水收缩，裂隙加宽，后期对地表水的隔阻能力减弱，则两个不利因素形成叠加，可能导致基坑变形量呈非线性急剧增大的严重后果。

裂缝观测仪记录的数据与沉降数据基本对应，印证了不均匀沉降（近坑位置沉降大、远坑位置沉降小）是造成开裂的主要原因。

（2）土体深层水平位移

从土体深层水平位移累计变化曲线来看，最大变化为13.0mm，未超过报警值（24mm），曲线形状与非膨胀土基坑变化曲线相近。这表明土体深层水平位移主要受基坑开挖卸载的影响，这是因为膨胀土渗透系数小，深层土体受水的影响小。加上深层土体受上覆土体荷载作用，胀缩受限，不因土体具有胀缩性质而表现出变形上的差异。

（3）周边建筑物与道路沉降监测分析

基坑开挖期间，周边建筑物与道路沉降变化量较小，沉降均匀，无异常情况。原因与前述相同，一是土体渗透性小，二是防水、降排水工作控制较好。

（4）坑外地下水位监测分析

场地为粘性土，无需降水，排水形式采用基坑内明沟排水，因此测得的坑外水位累计变化量非常小。

5 结束语

膨胀土对基坑稳定性不利，但是当开挖深度不大、切实采取防水护坡措施且加强基坑变形监测的前提下，选用最经济的放坡开挖方案是可行的。基坑监测数据表明，各项监测数据均达到一定的累积量，但都小于报警值。施工过程中，严防膨胀土被水浸入，周密安排基坑监测，随时根据监测成果调整开挖区域和施工进程，对项目建设的顺利推进发挥了积极作用。通过对弱膨胀土土质基坑放坡支护条件下的变形特征进行分析评价，表明支护方案可行，既保证了基坑作为临时性工程的安全，又取得了良好的经济效益，为类似工程积累了经验，具有一定的推广价值。

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[7]《岩土工程勘察规范》(GB50021-2009年版)[R].北京,中国建筑工业出版社，2009

作者简介：徐泽友，1975年8月生，四川泸县人，主要从事工程测量、地质勘察工作。

李廷豪，1982年12月生，河南省清丰县人，主要从事工程测量工作。

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