自贡市水利电力建筑勘测设计院 四川 自贡 643000
摘要：我国沿海省份深厚软土区域较多，在地铁、高层建筑地基等工程实践中经常会遇到基坑开挖工程地质问题。采用有针对性的措施优化软土区建筑物工程地质问题关系到建筑的质量和安全。随着我国工程建设质量要求不断提高，工程质量标准日益完善，对深厚软土地区基坑施工的可靠性要求也越来越高。为满足承载力及沉降标准，本文以东南沿海某施工工程软土边坡失稳、坑底隆起不足等主要地质缺陷为首要分析对象，提出相应的改进措施，为今后同类工程提供有益参考。
关键词：深厚软土地区；工程地质问题；基坑开挖；措施
1.引言
城市化的加快对居住条件和交通状况带来挑战，为节约土地资源，有越来越多的高层建筑和地铁进入了工程实践中，既改善了城市人口的居住环境和交通环境，又合理利用了地上地下空间。为了增强地基承载力和高层建筑工程的稳定性，对基坑开挖的工程量和施工范围越来大，施工深度越来越深，基坑工程正在向“深、大”发展。深厚软土地区多数分布在东南沿海地带，此区域地下水量较大，活动频繁，地下土层比较松软，容易对浅出土表层造成潜蚀、吸蚀、搬运效应，在软土层施工难度较大，对技术的要求较高，稍有不慎就会影响工程质量和施工安全。
2.深厚软土地区基坑开挖工程地质问题
2.1支护结构失效和基坑边坡失稳
流变性和触变性是软土的主要特点。基坑边坡的变形可分为坡面、坡边和坡体的变形，边坡破坏程度由弱到强。高边坡稳定性的影响因素起决定作用的方面主要是边坡的变形程度，而边坡的变形程度主要取决于外部因素和内部因素，这些因素都是物理力学变动和物理化学各因素综合作用的结果，使高边坡内部形成贯通性破坏面，进而发生液化、悬浮、流动和沉陷。在具体工程施工过程中会引起基坑支护结构倾覆失效，软土结构彻底破坏以及基坑边坡失稳等问题。
2.2渗透变形问题
软土地基硬度不足的主要原因是地下水位较浅，土体含水量大，主要土质为粉质黏土和淤泥，可塑性较强，压缩性较差，土层孔隙率比较高，结构十分不稳定。在基坑开挖过程中，基坑下存在饱水带中的有压渗流承压水，随着基坑开挖施工的深入，含水层上部隔水层厚度渐渐变小，由于隔水层隔水能力的渐渐降低以至无法抵住承压水压力时，承压水就会击穿底板形成土体突涌，造成基坑侧壁变形和坍塌破坏等渗透变形问题。
2.3地面沉降和地面沉陷
主要表现在受水土流失和潜蚀等作用的长期影响，基坑区域图层有不同程度的沉降，在土层与石芽间有裂隙出现。由于基坑抽排水易造成溶洞顶板坍塌，在动荷载作用影响下软土的触变性，当工程施工产生了相对集中的负荷时，溶洞上部将无法承载自上而下的负荷，造成地基失稳引发的地质坍塌，出现大规模降雨时会引发基坑周围地面沉降。
3.深厚软土地区基坑开挖工程地质解决措施
目前我国国内常见的地基软基处理方式包括：真空填土联合预压、强力夯实、堆载预压、反压护道、欠载预压、砂垫层处理、换填、水泥粉煤灰碎石桩、抛石挤游、土木布加固、塑料板等方法。
3.1深层拌合法
水泥将或石灰加水凝固后，加入软基中搅拌均匀，形成加固的土质，使土质的强度变硬，且抗变形和抗下沉的效果比较明显，可有效提高地基稳定性，减少下沉。
3.2使用土工织物法
浅层软基处理是将土工织物敷设在软基上，使施工机械可以顺利通过。通过土壤依托土工织物均匀受力，减少下沉和位移，进而提升软基的荷载。深层软基处理是将木桩依次打入软基，木桩最上段用钢筋连城蜘蛛网状，上部覆盖土工织物后填方。桩群承担了多数的重量，且土工织物有效避免了填方材料渗入地基，降低塌方和下沉量。
3.3注入化学药剂法
将水玻璃制剂注入土基，固化土壤，增强软基的牢固程度。近年来，我国科学人员还研发出以无污染、低成本的CO2和水玻璃气液反应砂浆等制剂。注入化学药剂法可作为长期软基硬化措施加以应用。
3.4真空联合堆载预压法
将真空预压法与堆载预压法综合运用，特点是硬度加固快、负载强度高，工期周期短，不易发生塌陷，该法由瑞典教授杰尔曼（Kjellman）于1952年首次提出，被我国住建部和相关科研院所进行了广泛深入研究，使该技术日趋完善。
3.5轻型填方施工法
将重量及轻的（只有0.02-0.04kg/cm3）、加大型号的（0.91×1.82×0.04m）苯乙烯块泡沫敷设在软基当中。
3.6加固填方施工法
将钢板与锚固钢筋敷入填方，原理是采用钢板与锚等加固材料与土壤之间的作用力，减少软土塌陷。
4.工程实例
4.1工程概况
某省省会城市地铁3号线二期工程下部深厚软土区域，土层主要由素填土、洪填土、粉质豁土、淤泥质粉质黏土等组成。基坑北侧临海，边坡临海岸线仅为6-8m，边坡体已紧邻海岸砂质岸滩，土体透水性强；边坡西侧6m外为厂区道路。基坑底标高为-1.5m，基坑顶自然地面高程约为3.0m，坡口线距沉井外壁水平距离约为8m。如基坑二次开挖仍采用放坡开挖，则考虑中间平台、上层坡比后，基坑坡口线至少需外扩4m。由岩土工程勘察报告可知，各工程地质层的设计参数如表1所示。
表1 地块基坑支护设计参数表
4.2地基测试
针对工程所在地的基坑基本情况，选择比较常用的地基压实质量检验法。压实度是指在处理地基过程中必须要掌握的地基干密度和室内土工击实。但其一般会受到周围环境、土石结构层次、地面材料的影响而出现多元化测试方法。干密度是指地基中没有任何水分时的密度，最大干密度就是指地基含水率接近峰值时，干密度变为最大值（即驼峰线最高处），这时对应的地基的含水量是最适宜的。地基修筑的高低与其承担的压力呈正相关关系，因此对地基压实度的试验参数应为孔隙率n和K30，前者的分布要求控制在9至27.5之间，采用核子密度仪测量法和灌水法，对于常见的两种方法，相应技术指标也要有明确要求，如K30要控制在150MPa以上，主要采用平板荷载法。动态变形模量EVD控制在43至106之间。
4.3软基处理措施
（1）地基稳定控制标准：最小稳定系数K≧1.2。（2）沉降控制标准：沉降控制标准≦30cm。（3）施工期填筑周期控制标准：地基施工期限制在5个月以内，施工期限制在2个月以内。（4）软基处理方案。自重预压加砂砾处理地基高度小于或等于3m、软土厚土小于或等于5m的位置，碎石桩加石渣处理地基高度大于3m、软土厚土大于5m的位置，塑料排水板加砂砾处理沉降变形仍达不到塌陷控制标准的位置。（5）做好帷幕灌浆，确保基坑防渗。按照设置灌浆孔-开挖成孔-冲洗缝隙及压水试验-灌浆施工-孔洞密封的顺序进行，采用高压喷射注浆法（图1）。设置灌浆孔时，灌浆孔的孔间距尺寸设置为2m，误差值不应超过5cm。开挖成孔是帷幕灌浆工艺流程中的核心之一，施工前要进行润湿和清扫，保持地层表面整洁、干爽，钻机平台、钻杆与灌浆孔的中心点保持在一条直线上，防止钻具、钻杆松动、扭曲，当完成温度控制、开展试机、试钻，且全面完成供水、供电系统调制后，方可开始钻孔施工。冲洗缝隙是为了用清水将附着在孔壁的岩粉和泥土冲刷干净，避免泥渣堵塞水泥浆顺利注入。取出岩芯，下入导管，以高压水流冲刷孔洞直道孔底，使孔内岩粉和泥土等污物冲出孔口以外，直到水流出现澄清状态，肉眼看不到污物为止。灌浆方法:①方向：自下而上、连续进行，避免中断。②厚度：下料后，下层振捣密实（三不：不冒泡、不下沉、不坑洼）后上层方能继续浇注，厚度与孔深基本一致。完成上述工序后，应运用全孔灌浆封堵法或置换等方法进行封孔。
图1 高压喷射注浆示意图
1-桩；2-射流；3-冒浆；4-喷射注浆；5-板；6-墙
4.4施工效果
通过在现场设置沉降板、土压力盒等检测设备，被测试断面的工后沉降量为3-12mm，碎石桩、自重预压、塑料插板和粉喷桩处理软基的工后沉降量各不相同。四种处理方式中，粉喷桩效果最好。该建筑施工结束5年后工后基本没有发生沉降，说明试验段的软基处理效果良好。
5.结语
通过研究发现，我国东南沿海地区有有分布比较广泛的深厚软土地带，深厚软土地带的土质主要以素填土、洪填土、粉质豁土、淤泥质粉质黏土等类型为主。在地铁、高层建筑地基等工程实践中常常会遇到软土地基问题，这些问题主要包括支护结构失效、基坑边坡失稳、渗透变形问题、地面沉降、地面沉陷等。基于此，为确保施工安全和施工质量，在充分调查并做好地基监测的基础上，采用碎石桩加石渣处理地基，并通过帷幕灌浆做好地基防水工作，在实际工程获得了比较好的效果。
参考文献
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作者简介：龚茉莉，（1986.4—），男，四川自贡人，工程师，本科，从事工程地质工作。
论文作者:龚茉莉
论文发表刊物:《防护工程》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/31
标签：基坑论文; 地基论文; 预压论文; 深厚论文; 土地论文; 工程论文; 土工论文; 《防护工程》2017年第28期论文;