膨胀土对基坑的危害和防治措施

膨胀土对基坑的危害和防治措施

【摘要】随着城市建设的不断发展，建筑密度也不断加大，因而建筑施工空间受到了很大的限制，所以为了确保建设工程的进行和保障相邻建筑物、构筑物和地下管线等不受影响，经常需要对基坑进行基坑处理和支护。而在膨胀土分布区，当基坑的开挖深度超过膨胀土的埋深时，膨胀岩土会遇水膨胀或失水收缩，这将对基坑的稳定性构成很大的威胁，由此常常导致基坑失稳。本文就某膨胀土区的基坑支护工程进行实例讨论基坑处理和支护过程中将可能出现的问题，并分析问题产生的原因、想出解决的方法。

【关键词】基坑处理和支护；膨胀土；遇水膨胀；失水收缩

1.膨胀土的危害

膨胀土的矿物成分主要是蒙脱石，这是一种高塑性粘土，具有吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩变形、浸水承载力衰减、干缩裂隙发育等特性，性质极不稳定。

在膨胀土的构筑物会随季节气候的变化而反复产生不均匀升降，从而产生大量的裂缝。膨胀土的超固结特性不仅能使路堑边坡坡脚产生较大的剪应力，而且还带来强度的应变软化，造成基坑或边坡坍滑。所以处于膨胀土地区的基坑，如果不采取合理的支护和开挖方式，很容易产生滑坡事故，可能会危及到周边建筑的安全，也可能会危及施工人员的生命安全，因此处于膨胀土地区基坑的安全问题应引起各方的高度重视。

2.膨胀土基坑滑坡的特点

2.1浅层性

膨胀土基坑滑坡的滑面深度基本都不大，深度0.5m到3.0m者占53%，3.0m 到6.0m者29%，只有很少数超过6m。

2.2牵引性

较大的膨胀土基坑滑坡，在断面上常常不只是一个滑坡，而是由若干相连滑坡组成，呈阶梯状或叠瓦状，下部先滑，然后牵动上部跟着滑，由下向上地逐步发展。

2.3季节性

旱季时破坏形式主要表现为剥落、冲蚀和溜滑。剥落是指水分蒸发后土坡的表面土碎裂并且成片状脱落下来，冲蚀是指雨水不太大、时间不太长，而在土坡表面上带走部分土，形成淋沟，缩滑是指雨水使坡面产生了成片塑性流动且下滑，基本还在表面。在雨季时，雨水渗入到内部，位移显著增长从而发生滑坡，所以

滑坡主要发生在雨季。

2.4方向性

向阳的地方，由于日照时间长，温度变化比较大，所以蒸发引起的裂缝显著，滑坡可能性较大。

3.膨胀土基坑滑坡的原因

上述膨胀土基坑滑坡之所以具有这些特点，是膨胀土的特性所决定的。因为膨胀土的显著特性有：超固结、多裂隙和胀缩性。

3.1超固结

膨胀土在天然状态下是呈非饱和状态的，其颗粒很细，吸力非常高，所以呈现起固结性，且压缩性低和强度高。但一旦侵水，强度会显著的降低。这是引起滑坡的主要原因。

3.2多裂隙

在干旱的季节，由于水分蒸发，膨胀土会收缩而产生许多的裂缝，这一方面失去强度，且裂隙是没有抗剪强度的，另一方面，裂隙成了水的通道及水的存储器。雨季水通过裂缝可以注入内部，使得内部在一定范围内的强度有所降低。而内部没有裂缝的部分又渗入性又低，所以水就保持在裂隙中了，对裂缝的侧面作用有很大的水压力，引起滑坡的可能。

3.3膨胀性

膨胀不均匀从而产生剪应力，雨水顺着裂缝流入，并且渗入到裂隙中一定深度，而且由于天然状态下的无裂隙膨胀土的渗透性是很低的（10-8cm/s），所以在不长的时间中渗入到裂隙层中的深度是不大的。而裂隙层底部由于存在着不厚的含水量过度区，且下部天然含水量，很快就能过度到饱和的含水量，饱和区的土体会急剧膨胀，因此天然含水量原则没有膨胀，但变形急剧变化的薄层地带就会存在较大的剪应力，这种剪应力不是由荷载引起的，而是由变形引起的，但同样会使安全性有所降低，变形急剧变化地带就形成了危险滑动面。

上述所列的膨胀土滑坡的特点，都与膨胀土的这几个特性有关。膨胀土滑坡多在浅层是因为膨胀土土在深部仍是非饱和状态和超固结状态，强度比较高，而浅层则在阳光、大气作用下发生开裂，水流沿着裂隙渗入，土部分接近饱和的状态，强度将大大降低，加之浅层会吸水膨胀，而深部却没有膨胀，从而在深浅交界处就产生了很大的剪应力，形成滑裂面。所以膨胀土滑坡呈牵引状是与浅层性有关的，深部由于强度高，不能滑动，但浅层的应力状态是不一样的，因为土坡总是坡脚处的剪应力最高，容易形成滑裂面而产生滑动，因此会在下部先产生局部的滑动，等下部滑动后，上部所受支撑力会被消弱，侧向膨胀的阻力也会消弱，

所以就缓慢地牵动上部滑动，形成叠瓦状的滑坡。

宏观上来说膨胀土滑坡均比较平缓，1∶4到1∶5乃至更缓的边坡都是有可能引起滑动的，所以仅用非饱和土理论是难以解释的。就饱和土强度的计算，这样的缓坡是足够安全的，因而要从膨胀变干的角度来进行分析。由于膨胀土的渗透性低，所以其表面将存在一个由饱和突然变化到非饱和状态的薄层，显然上下膨胀变干不均，将造成了很大剪应力的存在，从而增加了滑动的可能性，并导致平缓土坡的失稳，所以叠瓦状也是导致平缓的另一个原因。

4.膨胀土基坑支护工程措施

因为膨胀土所具有的工程特性，所以在膨胀土地区工程建设时主要注意防止膨胀性、裂隙性和超固结性引起的基坑失稳滑坡，其主要的工程措施有：

4.1桩锚结构

在无放坡场地或者距离外围建筑物非常近的场地，工程上经常采用桩锚结构，此方法能有效地控制因膨胀土三个性质而引起的变形，且在桩锚计算时既需要考虑土压力，更要考虑膨胀力和超固结释放力，而且应该考虑到雨季时直达地表的裂缝水位。

4.2止滑桩

在放坡土钉墙或放坡护面下部，采用钢筋砼短桩或型钢形成止滑桩，防止坡脚处的土沿着某结构面坍塌。

4.3坡面防护

在膨胀土基坑的开挖过程中，应该边挖边护面，坡面防护的目的则是防御坡面的冲蚀或因湿胀干缩而引起的浅层坍滑。

【参考文献】

[1]JGJ120-99，建筑基坑支护技术规程[S].

[2]郑建龙，杨和平.膨胀土处理技术与实践[M].北京；人民交通出版社，2004.12.

[3]刘俊岩.建筑基坑工程监测技术规范实施手册[M].北京；中国建筑工业出版社，2010.6.

[4]GBK112-87，膨胀土地区建筑技术规范[S].