膨胀土对深基坑稳定性影响的研究

摘要：本文主要结合自己多年从事岩土工程方面的工作，结合工程案例探讨膨胀土对深基坑稳定性的影响，供同行借鉴参考。

关键词：膨胀土；深基坑；稳定性

Abstract: this paper mainly according to many years engaged in geotechnical engineering, combined with engineering case discussion of expansive soil deep foundation pit stability, the influence of reference for the colleague.

Keywords: expansive soil; Deep foundation pit; stability

中图分类号：TV551.4 文献标识码：A 文章编号：

一、工程地质概况

(一)各层岩土工程特征

该工程线路地貌单元属二级阶地，工程地质III单元，除表层人工填土外，勘察深度范围地层最大深度为44m内，现在要对工程场地内的土层划分三层，各层岩土工程特征如下：

1．人工填土层（ ）① (“①”表示地层编号，以下相同)：灰褐色～褐色，松散～稍密，湿～饱和，是以黏性土为主，含灰渣、砖渣、植物根系，层底标高11.59m～18.44m。该层厚度变化较大，一般厚度0.30m～3.60m，土质不均，工程性质差。

2．第四纪沉积层：（ ）：粉质黏土②层：黄褐色～灰褐色，硬塑，中压缩性，含氧化铁、少量铁锰结核及灰白色高岭土，切面光滑、稍有光泽，干强度高。该层呈透镜体状只在局部钻孔揭露。该土层层底标高7.21m～14.73m。黏土③层：黄色～黄褐色，坚硬～硬塑，中低压缩性，含氧化铁、铁锰结核、钙质结核及灰白色高岭土，局部富集铁锰质结核，切面光滑、有光泽，干强度高。层底标高-6.22m～-1.33m。黏土④层：褐黄色～黄褐色，坚硬～硬塑，中低压缩性，含铁锰结核、钙质结核及灰白色高岭土，切面光滑、有光泽，干强度高，在该层局部夹粉质黏土透镜体，该土层层底标高-24.36m～-13.69m。

3．白垩纪基岩（K）：全风化泥质砂岩⑥1 层：棕红色，密实，湿，结构已完全破坏，呈砂土状，主要矿物成分为石英、云母，手捏易碎，遇水软化；强风化砂质泥岩⑥2层：棕红色，泥质胶结，岩芯呈短柱状，结构可辩，主要矿物成分为石英、长石等， 敲击易碎， 遇水易软化崩解； 中等风化砂质泥岩⑥3层：棕红色，泥质胶结，岩芯多呈长柱状，主要矿物成分为石英、长石等，局部夹泥质砂岩薄层，敲击易碎，遇水易软化崩解。

（二）特殊性岩土

该工程拟建场地分布的特殊岩土主要包括填土、膨胀土、软土和风化岩。对工程的影响如下：

填土：本场地填土厚度一般约为0.4 m～3.0m，属松散～稍密土层，填土的成分复杂，力学性质差异大，稳定性差，会对基坑支护产生不利影响，需重点考虑填土的分布对支护效果的不利影响。

膨胀土：依据《膨胀土地区建筑技术规范》（GB112-87）,大道站站址地分布的粉质黏土②层，黏土③层、④层具有弱膨胀潜势，自由膨胀率 在58%～71%。膨胀土具有显著的吸水膨胀和失水收缩的变形性能；即使在荷重作用下仍能浸水膨胀，产生膨胀力，同时膨胀土还具有胀缩变形的可逆性，在吸水膨胀、失水收缩后，有再吸水再膨胀、再失水再收缩的特性，在膨胀力及其反复胀缩变形条件下易造成基坑边坡失稳和建筑物结构发生开裂。在基坑施工过程中，由于施工揭露，边坡土体含水量发生变化，造成膨胀土变形加剧，容易在基坑边坡部位形成浅层滑坡，从而造成基坑边坡垮塌。因此，基坑施工过程中应采取有效措施，防止基底和边坡土体遭受长时间曝晒、风干、浸水等。各土层膨胀性指标见表1。

表1 膨胀性指标

风化岩：本场地分布的风化岩主要为全风化泥质砂岩⑥1层，属弱胶结泥质岩，具有遇水易软化、崩解的特性，风化岩层顶板远低于结构底板，对基坑施工没有影响。整个车站全部处在膨胀土范围内。

大道站结构底板埋深约为16.9m～20.1m， 中心里程处顶板覆土厚度3.5 m。车站所处土层依次为：人工填土①层，粉质黏土②层、黏土③层、黏土④层共4层。底板位于黏土③层。

二、大道站水文地质概况

图1 大道站地质纵断面图

大道站车站影响范围内地下水类型为上层滞水。含水层主要为人工填土①层。上层滞水主要来源是大气降水、农田灌溉、管沟渗漏和绿化灌溉补给；排泄方式以蒸发为主。另外，上层滞水随季节性大气降水以及管道渗漏的情况变化而变化，而且也受到地面环境变化的影响。拟建该大道站的场地环境类别按Ⅰ类环境类型考虑，该工程环境条件特征为干湿交替环境，环境作用等级为I-C。本场地地下水对建筑材料的腐蚀性如下： 上层滞水对混凝土结构有微腐蚀性；对钢筋混凝土中的钢筋在长期浸水条件和干湿交替条件下有微腐蚀性。

三、膨胀土对深基坑稳定性的影响

1．胀缩性。膨胀土吸水后体积会加速膨胀，使其上面的建筑物或道路路面隆起， 如果膨胀过程中受阻会产生膨胀力；失水后体积会收缩，造成土体的开裂，并使其上面的建筑物下沉。

2．崩解性。膨胀土吸水后体积膨胀，在无侧限的条件下则吸水湿化，发生崩解。

3．超固结性。膨胀土的超固结特性，使土体中储存有较高的初始应力。当基坑土体开挖后，随即会引起土体超固结而造成应力释放、强度降低，产生卸荷膨胀；并常在坡脚形成应力集中区和塑性区，容易使边坡被破坏。

4．裂隙性。膨胀土的中发育有各种形态的裂隙，形成土体的多裂隙性。膨胀土的裂隙将土体分割成具有一定几何形状的块体，破坏了土体的完整性。由于反复的吸水膨胀、失水干缩，反复周期性变化，导致土体结构松散，而结构的松散使得雨水进入，又为膨胀创造了条件，容易造成土体崩塌。

5．风化特性。膨胀土受气候因素影响，极容易产生风化破坏作用。基坑开挖后的土体在风化作用下，很容易产生碎裂、脱落和泥化等现象，使土体强度降低，破坏土体结构，造成边坡失稳，从而影响基坑稳定性。

6．在基坑施工过程中，由于基坑施工是露天的，边坡位置土体含水量会发生变化，造成膨胀土变形加剧，容易在基坑边坡部位形成浅层滑坡，从而造成基坑边坡垮塌。因此，基坑施工过程中应采取有效措施，防止基底和边坡土体遭受长时间暴晒、风干、浸水。

四、膨胀土地区深基坑工程设计注意事项

1．围护结构计算时需要考虑膨胀土的膨胀力作用，土层物理力学性质指标见表2。膨胀力作为一种活荷载，参与荷载组合。内支撑轴力及结构抗浮计算时要考虑膨胀力的不利影响，膨胀力实际取值宜折减50%(平衡状态下)(地质勘察报告提供的一般为自由膨胀力)。考虑膨胀力的影响，基坑围护结构插入比一般为0.5～0.6。大气影响深度3.4 m 以上部分的主体结构板、墙需要考虑膨胀力的不利影响。

表2 土层物理力学性质指标表

注：表中提供的静止侧压力系数已经结合当地经验考虑膨胀土影响。

2．地铁基坑施工时宜选择在旱季进行，开挖后应及时施工主体结构；防止基底和边坡土体遭受长时间暴晒、风干、浸水。基坑周边地面应采取有效的防水、排水措施；顶部做截水沟，同时硬化地面以防止地表水渗入土体。

3．地铁基坑围护结构采用钻孔灌注桩+内支撑支护体系时，桩间应及时挂网喷射混凝土防止大气影响。