湿陷性黄土地区基坑支护的特性与支护类型分析

王嘉伟

陕西核地源实业有限公司 陕西 西安 710054

湿陷性黄土因为其特殊性，在欠压密性、湿陷性以及结构性上都有别于其他的土质，是一种非饱和性质的欠压密土。其结构上的特殊性使得湿陷性黄土在水和力的相互作用之下，将受到破坏导致强度的丧失；而欠压密性和高孔隙度则会为浸水时所产生的的附加下沉提供了必要的体积变化条件。湿陷性黄土地区的深基坑极易遭受到外界环境的影响，因为其自身具有着一定的抗剪强度和湿度，所以在尚未浸水的情况中，一般是不会出现问题的。但是在深基坑的黄土出现含水量过多的情况下时，就会使湿陷性黄土的结构发生改变，强度变低，极易发生增湿剪切破坏的情况，从而导致湿陷性黄土基坑工程发生一连串的事故。所以，增强对湿陷性黄土地区基坑支护的处理对于防患事故的发生是有着至关重要的意义的。

一、湿陷性黄土地区基坑支护的工程特性

黄土是指在地质时代中的第四纪期间，以风力搬运的黄色粉土沉积物，分为老黄土和新黄土。老黄土通常情况下是没有湿陷性质的，承载力也比较强；新黄土则是广泛的被覆盖在老黄土之下，与工程建筑有着密切的关系，一般都是具有湿陷性的特点。而湿陷性黄土会在上覆土层的自重应力作用之下，或是在自重应力以及附加应力的联合作用之下，在下沉稳定之后，因为浸水土的结构被快速破坏而导致明显的附加变形，强度快速降低。这一特性在工程方面的体现则是：在框架结构之中，相对上部结构刚度较强的结构物发生不均匀下沉的情况，会跟随不均匀下沉的开始，极大可能的造成上部结构产生损毁，甚至是坍塌；而在砖混结构之中，则主要会发生墙体的开裂并随之产生不均匀沉降从而导致危险的发生[1]。因此，在湿陷性黄土的地基结构上进行工程作业时，施工人员应该首先明确建筑工程的特性，再根据建筑物的重要程度，地基被水浸湿的几率的高低以及在使用的期间对不均匀沉降的限制程度来实施相适应的地基处理办法，防止因为地基湿陷而引发附加沉降的发生，对工程产生不利的影响。

二、湿陷性黄土地区基坑支护的安全等级划分

基坑侧壁在安全等级方面具体执行的是JGJ1167-2009湿陷性黄土地区建筑基坑工程安全技术规程。而相对于有着特殊需求的基坑工程来讲，可以跟随具体的情况适当的提高重要性指标。并同时根据基坑的实际施工情况，如工程地质的条件、水文地质的条件以及实际的开挖深度等方面合理的对基坑侧壁安全等级进行划分，然后选择相适应的支护类型。

三、湿陷性黄土地区基坑支护的设计依据

在对基坑支护进行初步方案设计时，设计人员不仅要把设计方案的实用性和工程造价加入考虑范围内，还应该考虑到工程的实施会对周边环境所会产生的影响。不仅要对周围建筑物的安全和稳定有所保障，还要尽可能的削弱工程实施会对它们产生的不利影响。在实际的设计过程中，我们可以通过实地勘察对上述工程项目的周边环境进行全面的调查和分析，并选择不同基坑支护的设计方案加以运用。比如，在支护桩上加设混凝土的内支撑、复合土钉墙支护方案和桩锚支护体系等，在将这些设计方案进行比较，结合以往的经验以及实际的情况，我们便能找出最适用的方案。

（一）工程地质以及水文地质的条件。地下障碍物的调查：目前大部分工程在进行支护设计时，对于建筑物的外围变形范围中，被支护土体的地层岩石性质的情况很少提及到。大部分拟建筑物的深基坑会被周围原有的建筑物所包围，更甚还会被支护土体系原本基坑的回填土所包围，使得这一部分的土体力学性质相当的差，甚至会直接对基坑的安全产生威胁。所以，在进行勘察时，应该把管道、废弃的人防工程以及原有建筑物的基础情况等加入考察的范围之内。

岩土工程勘探报告的剖面选取：相对建筑物对基坑来讲，不尽相同的边线应该选择不一样的地质剖面图来明确相应的土层分布、厚度、深埋以及物理力学的标准。

物理力学参照标准的选择：在对物理力学参照标准进行选取时，应该充分关注到实验的方法会对参数和结构计算所产生的的影响，并注意到地下水和工程施工扰动的情况会对参数造成的影响[2]。

（二）周围环境的勘察。在对基坑支护进行设计时，对周围环境的勘察是必不可少的工作之一。第一，要明确周围建筑的情况，查看周边建筑物和基坑之间的存在的联系，楼层高度、楼层数、埋深情况、基础形式、荷载情况以及使用情况等；第二，明确周围交通的情况，应该充分的考虑到周围临近道路的交通状况；第三，要考察周边公共设施的分布情况以及地底构建物的线管分布情况；第四，基坑工程的场地状况以及周围地层的岩石硬质，尤其要关注周围的黄土层是否曾遭受过浸水而发生湿陷的情况。

（三）主要建筑物的情况。在进行基坑支护设计时一定要充分考虑到施工的主要建筑物的情况。第一，施工建筑物的总体平面图纸上应该明确的用地红线标注出，地红线以及基坑和周围环境之间的方位关系；第二，准备好基础结构与桩基设计的材料；第三，要明确基坑的几何形状、深度以及尺寸等数据，并把主体施工时所必要的脚手架或是在模板搭建上所使用的基坑列入考虑的范围之内，在极特殊的情况之下，还要充分考虑主体建筑物在进行地基处理时桩基施工设备需要的工作层面[3]。

四、黄土地区基坑支护的支护类型

在黄土地区基坑工程支护的实际情况中，应该充分的考虑到周边土层工程的地质情况、基坑挖掘的深度以及周边的环境等情况，从而选择最适合的支护类型。而目前，在基坑开挖的情况中，支护的种类也越来越多：

（一）黄土基坑的深度小于10.0米。在这种情况之下，选取悬臂式支护结构以及土钉墙支护是比较合适的。当基坑的开挖深度符合设计要求时，可用砖砌筑成挡土墙，墙底应尽可能的放宽，最好是欠到坑内的一米处，确保墙背和壁坑之间形成一个紧密的衔接，分层进行填土夯实[4]，避免因为人工填土而造成土层的剥落以及表面的坍塌，同时也能起到一定的护面作用。

（二）基坑的深度介于10.0-15.0米之间。当基坑的深度介于10.0-15.0米之间时，可以采用桩加单层锚杆支护以及土钉墙加锚杆支护的方式。在安全等级要求过高的情况之下，还可以采用桩架单层锚杆支护的方式。

（三）黄土基坑的深度大于15.0米。在黄土基坑的深度大于15.0米时，因为黄土会存在主动土压力以及滑移面均较大的情况，导致在这种情况之下，不适合再使用土钉墙加单层锚杆支护的方式。这时，就可以把桩加多层锚杆结构以及框架锚杆结构的支护方式列入考虑范围内。

（四）土钉墙加单层锚杆支护。在施工的安全等级要求为二、三级时，可以使用土钉墙加单层锚杆支护。这种结构的作用原理与桩加单层锚杆的原理基本相同，都是通过在土体上建立一个或是多个支点的方式，来填补土钉墙在基坑深度、滑移面较大以及土钉数量多且过长的劣势。

（五）桩加单层锚杆支护。桩加单层锚杆支护适用于一级安全等级的要求。当悬臂式灌注桩不能够维持基坑稳定性或是桩顶位移以及桩身弯矩较大的时候，就有必要采用锚拉式钢筋混凝土排桩支护。桩加单层锚杆支护打造结构是为了弥补悬臂式在强度和变形上的要求的，通过预应力斜拉锚杆的使用建立一个合适的桩支点，对排桩受力结构进行调整，从而缩小桩身的弯矩，降低桩的截面以及配筋量[5]。

（六）土钉墙支护。土钉墙支护是一种通过被加固土体、土体内部置入一定长度和密度的土钉和附着在坡面的混凝土面板的组成，形成一个同重力式墙相似的挡土墙，在土钉和土共同作用之下，形成提高原状土的刚度与强度的复合体。在土钉墙支护中，土钉的主要功能就是主动加固的机制，它能够通过对整体刚度以及强度的提高，从而提升边坡的稳定性能。这种方法的施工工具比较简便灵巧，且施工的速度快、性价比高，工程的造价仅为排式灌注桩的1/3-2/3左右。但相对于安全等级要求来讲，这种方法只能满足二、三级的安全需求。在使用这种支护方法的时候还需注意一点，土钉墙支护的土体变形较大，在基坑与周边建筑物的距离较近时，应该谨慎使用。

（七）悬臂式钢筋混凝土档土排桩。悬臂式支挡的结构，是在安全等级为一级的情况下时优先选择的方案。因为这种方式对于施工设备的要求相对简单，且占地面积较小，并且在施工时可以同时使用多台设备，施工效率高，桩体强度高且刚度大。但因为其桩身的弯矩、桩顶位移大且配筋量高，所以当基坑和周围建筑的距离比较近时，应该谨慎使用。

五、结语

黄土的抗剪强度受到含水量的影响，饱和黄土的抗剪强度则会在自然状态下有着大幅度的降低。由于黄土浸水情况的产生会使抗剪强度变低，从而导致基坑的稳定性受到影响。因此，在对基坑进行工程设计时就应该特别防范基坑边土遭到浸水情况的发生。而在冬季时期经常发生的黄土冻结化情况，对抗剪强度也有着一定程度的影响。由于黄土冻结后会使抗剪强度降低从而会影响到基坑的稳定情况[6]。因此，在冬季时期进行工程作业时应该十分关注基坑边坡的冻结融化情况对基坑稳定性所产生的影响。

在未遭遇浸水情况的状态之下，湿陷性黄土的土质较好，性能方面也比较稳定，通常来讲10米以内的基坑通过做土钉墙就能很好的解决问题。而相对于深度达到15米以上且降水量超过10米的基坑，则应该采用锚拉排桩的方式，并做好相关的止水帷幕结合井点降水以及回灌等措施，就可以把基坑变形以及坑外水位变化的情况有效地加以控制，从而杜绝湿陷性灾害的产生，满足工程开展的需求。