填土层对基坑支护的影响研究

杨弋涛，杨成斌，耿鹤良，卢刚

（1.合肥工业大学资源与环境工程学院，安徽 合肥 230009；2.安徽省金田建筑设计咨询有限责任公司，安徽 合肥 230009）

0 前言

伴随着城市的快速发展，地下空间的开发利用越来越受到重视，大量的基坑工程也随之出现。过去，作为新近填土的场地、各种垃圾的倾倒场地或山区土石混合场地现在也变成了建筑用地。城市中建筑工程以及市政工程的基坑施工都涉及到填土层，而填土层复杂的工程性质不可避免的带来了诸多基坑工程及周边环境的安全问题。

本文从填土工程性质、填土层基坑支护破坏形式以及基坑设计中关于填土的抗剪强度参数入手，通过基坑工程应用实例，对基坑工程填土层的问题进行分析，以期为相似基坑工程设计施工提供参考。

1 填土的工程性质

填土通常指由人类活动而堆积的土，该类土体组成原因和成分复杂。在城市建设过程中，填土分布在地层的顶部，一般不作为新建建（构）筑物的基础持力层，但经常作为基坑边坡的坡体结构与荷载[1]。

填土由于组成成分不均匀导致其性质的不均匀，同一场地的填土层也可能因为堆积条件、堆积时间不同而导致填土层的厚度以及密实度有较大差异。

填土场地基坑边坡稳定主要由填土的抗剪强度确定，而填土的抗剪强度参数主要是根据当地的工程经验或者通过室内外试验确定。由于填土的不均匀性使得我们很难得到具有代表性的强度参数。

2 常见基坑支护方式及施工易出现的问题

目前本地区基坑工程常采用的支护形式主要是：①自然放坡、②喷锚支护、③排桩支护。填土层放坡高度根据本地区填土厚度一般控制3m以内，放坡坡率一般选择为1∶1；喷锚支护主要分为在填土层中施工常用的注浆钢管土钉和在黏性土层中常用的钻孔钢筋土钉[2]。基坑在开挖过程中会对土体的物理性质及环境产生一定的影响，从而使基坑支护产生一系列的问题[3]。

图1为某工地一挖到底，该基坑接近90°，未进行任何支护体，填土层土坡渣土脱落。图2是某工地按1：0.3放坡时，起加固作用的钢筋网片出现了崩坏现象，基坑底部土体也出现散落。基坑开挖过程中，土体与空气中的水蒸气接触，喷射混凝土过程中，填土层的土体吸水变形，导致表层土体软化，使得钢筋网片、加强筋与坡面插筋、土钉连接效果不佳。

图1 未进行支护的坡体破坏

图2 自然放坡时的坡体破坏

图3 注浆不达标的基坑破坏

图4 降雨导致的基坑破坏

图3是某工地填土注浆质量缺陷导致的基坑破坏。喷锚支护体系主要取决于土钉的施工质量，而该基坑在施工过程中，注射的水泥浆强度不够，基坑范围内填土层土体加固强度达不到设计要求，同时由于该地区填土的工程性质差异较大，共同影响作用下基坑出现了破坏的现象。图4是连续降雨下某基坑受到大量雨水的冲刷，填土层土体从支护桩桩间流失，基坑支护受到影响导致发生破坏。

3 工程实例

3.1 工程概况

该项目位于合肥市北二环路南侧，公共卫生服务中心西侧。项目北侧为北二环路且道路下方有市政道路管线，西侧为拟建的市政道路，东侧为已修建完成的地下车库（见图5）。场地地形起伏较大，整体呈北低南高走势。拟建2层地下车库，地下室开挖深度约9.00m。

图5 拟建场地周边关系图

3.2 工程地质及水文条件

该基坑场地地貌单元为江淮丘陵地貌单元，微地貌为岗地。场地上部为新近回填土，局部填土下部为塘底淤泥质土。场地西南侧填土厚度极大，中间地段略低于场地四周。基坑开挖范围内分布填土层和黏土层。填土层厚6.00m～17.60m，平均8.82m。灰褐色、褐灰色、褐黄色，松散，湿，以黏性土为主,填土中含碎石，建筑垃圾等。黏土层厚3.20m～15.20m，平均7.23m。灰黄、褐黄色，硬塑，局部坚硬，稍湿，含少量铁氧化物、铁锰结核及高岭土，无摇振反应，切面光滑有光泽，干强度高，韧性高。

拟建场地地下水类型为杂填土中赋存的上层滞水及基岩裂隙水，该场地地下水埋深0.7～3.70 m，根据土层渗透性等级，填土层为弱透水层，黏土层为极弱透水层。

3.3 基坑设计

基坑支护有效深度为10.50～11.30m，开挖深度范围内土体为填土和黏土。考虑了经济和技术方面的因素，并结合本基坑工程的地区特征，本基坑采用钢管土钉支护、排桩支护、基坑内部斜撑组合支护。桩间加高压旋喷桩止水，放坡高度范围内采用压密注浆加固（典型支护形式见图6、图7）。根据勘察报告提供的土层和参数，并结合当地工程经验，设计时土体和实际取值详见表1。

岩土层参数表 表1

图6 典型支护形式一

图7 典型支护形式二

该基坑设计计算采用北京理正软件设计研究院的“理正深基坑计算软件”软件进行，基坑稳定性安全系数计算结果见表2。

在MG发病中，T淋巴细胞扮演着非常重要的角色，T细胞的发育及成熟主要是在胸腺中进行，胸腺是机体的重要的免疫性器官，胸腺也是免疫系统维持自身内环境稳定以及自身免疫耐受的主要免疫器官，所以MG的发生发展与胸腺组织异常有非常密切的关系。胸腺组织异常在MG发病中起非常重要的作用，MG中有80%以上的患者伴随发生胸腺组织的增生，伴发胸腺瘤(thymoma，TT)的患者大约有15%～20%。据报道33%～50%胸腺瘤患者合并MG[13]。WHO组织分型B2型胸腺瘤合并MG的发生率最高[14-15]。

计算结果表 表2

3.4 设计中关于抗剪强度指标

填土强度参数的选取确定是基坑设计中的难点，由于填土复杂的工程特性，勘察单位无法给出准确的粘聚力c值和内摩擦角φ值，通常给出的参数多为经验值，从而无法设计出最经济安全的基坑支护方案。

本基坑工程原勘察单位提供的填土和参数建议值为c=8KPa，φ=8°，若按勘察报告提供的c和φ参数进行设计计算，所需支护材料较多，支护成本较高，有一定的优化空间。

国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011）第5.2.5条指出：当偏心距小于或等于0.033倍基础底面宽度时，可根据土的抗剪强度指标确定地基承载力特征值，其承载力特征值按下式计算，并应满足变形条件[4]：

式中相应参数的含义参见《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011）。

通过假定粘聚力c值和内摩擦角φ值带入公式（1）试算，若结果相符，则说明假定合理。通过查阅资料和现场标准贯入试验，该填土层承载力特征值可取100kPa。

勘察报告提供该填土层岩土参数建议值为c=8kPa，φ=8°。则由《建筑地基基础设计规范》表5.2.5查得 Mb=0.14、Md=1.55、Mc=3.93。

假定 c=8KPa，φ=10°，同样由《建筑地基基础设计规范》表5.2.5查得Mb=0.18，Md=1.73、Mc=4.17。

3.5 施工中应注意的关键点

基坑开挖卸荷作用下会引起基坑坑底土体发生回弹和周边土体产生沉降的现象，从而导致基坑周边部分土体的物理性质等指标也随着产生改变，这将同时引发其他问题的出现；开挖过程应严格按照“超前支护、分层分段、逐层操作、限时封闭、严禁超挖”的原则进行。

土钉注浆材料采用水泥净浆，注浆体设计强度为10MPa，遇土质较差时每米注浆量不小于成孔体积。所有普通土钉必须进行二次注浆，注浆压力控制在1.5MPa。水泥净浆须拌和均匀，随伴随用，一次拌和的水泥净浆须在初凝前用完。压密注浆孔孔距1m，排距1m，孔深以进入老土0.5m为准，注浆材料采用P.O 42.5级水泥，注浆量不小于50kg/m注浆压力为0.2～0.4MPa，水泥水灰比为 0.4～0.55。

面层施工时，钢筋网片规格选用φ8.0@200×200。钢筋网片应牢固固定在边壁上并符合规范所要求的保护层厚度要求，钢筋网片、加强筋与坡面插筋、土钉连接应牢固可靠。

根据本工程地质条件，支护桩选用钻孔桩施工工艺，必要时进行泥浆护壁或钢套筒辅助施工。基坑开挖及喷射砼遇下雨天气，应采用塑料薄膜覆盖，防止雨水冲刷。

4 结论

目前该基坑已回填，基坑施工过程中未出现险情，基坑周边冠梁、深层水平位移、放坡部位水平位移、周边建筑物及道路附加位移、均满足现行规范要求，说明原设计、施工是安全、可行的。

①填土层的岩土工程性质较为复杂，即使同一场地内不同位置的填土工程性质都可能存在不同，也很难有效的对其进行评价。通常情况下，勘察机构会将现场填土成分与当地经验相结合对填土进行取值，没有有效的试验手段获得准确的参数。故勘察机构一般不提供填土层的和，或者提供的和较保守。基坑设计时采用勘察所提供的和，不符合实际土层情况，加大了支护结构的造价成本，极大的浪费了资源。

②本文关于填土抗剪强度参数的反演方法具有一定的可行性，应待更多工程实践的检验，以便更符合各地区的实际情况。

③基坑施工过程中应严格按照规范和设计进行，不抢挖乱挖，偷工减料。本文施工过程的关键点值得类似工程借鉴。