成都膨胀土基坑支护设计参数选取的多维度研究与实践

成都膨胀土基坑支护设计参数选取的多维度研究与实践一、引言1.1研究背景与意义随着城市化进程的加速，成都城市建设规模不断扩大，各类基础设施建设和房地产开发项目持续推进，基坑工程的数量与规模也日益增长。在成都地区，膨胀土分布较为广泛，尤其在东郊龙泉驿区等区域更为突出。膨胀土作为一种特殊的黏性土，具有显著的吸水膨胀、失水收缩特性，这一特性使得膨胀土基坑工程相较于一般土质基坑工程面临更多的挑战。在实际工程中，由于膨胀土的特殊工程性质，导致基坑支护结构失效的事故时有发生。据不完全统计，成都地区基坑事故中膨胀土地区约占65%以上。这些事故不仅造成了巨大的经济损失，如云南某项目基坑施工导致毗邻建筑受损，经济损失约4000万元，还严重威胁到了施工人员和周边居民的生命安全。同时，也可能对周边环境，如地下管线、道路等造成不同程度的破坏，影响城市的正常运行。当前，膨胀土基坑工程的支护结构设计大多沿用现行的基坑工程技术相关标准，按照一般土质或岩质基坑进行设计。然而，膨胀岩土的特殊性对基坑支护结构的作用及影响程度尚未形成统一的认识。在工程实践中，工程界通常采用对勘察提供的膨胀力或强度参数进行折减的方式来应对，但这种做法缺乏科学合理的依据，往往无法有效保障基坑的安全稳定。学术界的研究成果虽然在不断增加，但大多集中在膨胀土对地基基础的竖向作用问题上，对于水平向膨胀力作用以及膨胀土基坑支护设计参数选取的研究相对较少。因此，深入研究成都膨胀土基坑支护设计参数的选取具有至关重要的意义。准确合理地选取设计参数，能够有效提高膨胀土基坑支护结构的安全性和稳定性，降低基坑事故的发生概率，从而保障工程建设的顺利进行，减少经济损失和人员伤亡。同时，也有助于完善膨胀土基坑支护设计理论和方法，推动岩土工程领域的技术发展，为类似工程提供科学的参考和指导，具有显著的经济效益和社会效益。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状国外对于膨胀土的研究起步较早，在膨胀土的基本特性、工程危害以及地基处理等方面取得了一系列成果。美国、澳大利亚、印度等国家由于膨胀土分布广泛，对膨胀土的研究较为深入。在膨胀土的工程特性研究方面，国外学者通过大量的室内试验和现场观测，对膨胀土的胀缩性、强度特性、渗透性等进行了系统研究。例如，美国学者Fredlund等提出了非饱和土的吸力理论，为膨胀土的力学性质研究提供了重要的理论基础，该理论认为非饱和土的抗剪强度由有效应力和吸力共同决定，这对于理解膨胀土在不同含水率条件下的强度变化具有重要意义。在基坑支护方面，国外也有一些相关研究。例如，澳大利亚的一些学者通过对膨胀土基坑的监测和分析，提出了一些针对膨胀土基坑的支护设计建议，强调了在设计中考虑膨胀土的胀缩特性以及地下水的影响。在膨胀土基坑支护结构设计中，考虑膨胀土的膨胀力作用，采用合适的支护结构形式和参数，以确保基坑的稳定性。在一些膨胀土地区的基坑工程中，采用了土钉墙、排桩等支护形式，并通过现场监测来验证支护效果。然而，国外的研究成果在应用于成都地区膨胀土基坑支护设计时存在一定的局限性。不同地区的膨胀土由于其成因、矿物成分、地质条件等因素的差异，工程性质也有所不同。成都地区的膨胀土具有自身独特的特点，如主要矿物成份为伊利石，具中等偏低的膨胀性能，与国外一些地区的膨胀土在性质上存在差异。此外，国外的研究大多基于其本国的工程标准和规范，与我国的工程实际情况不完全相符。因此，不能直接将国外的研究成果应用于成都地区的膨胀土基坑支护设计。1.2.2国内研究现状国内对膨胀土的研究始于20世纪60年代，经过多年的发展，在膨胀土的特性研究、工程应用以及基坑支护等方面取得了丰硕的成果。在膨胀土的基本特性研究方面，国内学者对膨胀土的矿物成分、微观结构、胀缩机理等进行了深入研究。例如，通过X射线衍射分析、扫描电子显微镜等技术手段，对膨胀土的矿物成分和微观结构进行了分析，揭示了膨胀土的胀缩机理。在基坑支护方面，国内学者针对膨胀土基坑的特点，开展了一系列研究工作。一些学者通过对膨胀土基坑事故的调查和分析，总结了膨胀土基坑支护存在的问题，并提出了相应的改进措施。还有学者通过室内试验和数值模拟，研究了膨胀土的力学性质和基坑支护结构的受力特性，为膨胀土基坑支护设计提供了理论依据。例如，通过直剪试验、三轴试验等研究膨胀土的抗剪强度特性，通过有限元软件模拟基坑支护结构在膨胀土作用下的受力和变形情况。在设计参数选取方面，国内学者也进行了一些研究。一些学者提出了考虑膨胀土胀缩性的基坑支护设计参数折减方法，如根据膨胀土的膨胀等级、含水率等因素对土体的抗剪强度参数进行折减。也有学者研究了膨胀力的计算方法及其在基坑支护设计中的应用，提出将膨胀力等效为水平集中力作用于支护结构的计算方法。然而，目前国内对于膨胀土基坑支护设计参数选取的研究还不够完善，存在一些问题。一方面，对于膨胀土的一些关键参数，如膨胀力、抗剪强度参数等，其测试方法和取值标准还不够统一，导致在实际工程中参数的选取存在较大差异。另一方面，现有的研究大多是基于特定的工程案例或试验条件，缺乏系统性和通用性，难以形成一套完整的、适用于成都地区的膨胀土基坑支护设计参数选取方法。1.2.3成都地区研究现状成都地区膨胀土分布广泛，随着城市建设的快速发展，膨胀土基坑工程日益增多。然而，目前成都地区针对膨胀土基坑支护设计参数选取的研究相对较少。在工程实践中，大多沿用一般土质基坑的设计方法和参数，对膨胀土的特殊性考虑不足，导致基坑事故频发。虽然有一些学者和工程技术人员对成都地区膨胀土基坑支护进行了研究，但主要集中在工程案例分析和支护结构形式的选择上，对于设计参数选取的研究不够深入。例如，通过对成都地区一些膨胀土基坑工程的案例分析，总结了不同支护结构形式的应用效果和存在的问题，但对于如何合理选取设计参数以提高基坑支护的安全性和稳定性，缺乏系统的研究和探讨。在膨胀土的物理力学性质研究方面，虽然对成都地区膨胀土的基本特性有了一定的认识，但对于一些与基坑支护设计密切相关的参数，如膨胀力在不同工况下的分布规律、抗剪强度参数随含水率变化的关系等，研究还不够充分。综上所述，国内外在膨胀土基坑支护设计参数选取方面取得了一定的研究成果，但仍存在不足之处。对于成都地区而言，由于其膨胀土的特殊性以及工程建设的快速发展，迫切需要开展深入系统的研究，以建立一套科学合理的膨胀土基坑支护设计参数选取方法，保障基坑工程的安全稳定。1.3研究内容与方法1.3.1研究内容本研究主要聚焦于成都膨胀土基坑支护设计参数选取，具体内容如下：成都膨胀土特性研究：全面深入地研究成都膨胀土的基本特性，涵盖物理性质、矿物成分、微观结构、胀缩特性以及强度特性等多个方面。通过X射线衍射分析确定膨胀土的矿物成分，利用扫描电子显微镜观察其微观结构，采用室内试验测定其胀缩性和强度参数。研究成都膨胀土在不同含水率、不同应力状态下的力学性质变化规律，分析其胀缩机理，为后续的设计参数选取提供坚实的理论基础。例如，研究含水率对膨胀土抗剪强度的影响，明确含水率变化与抗剪强度参数之间的定量关系。影响参数选取的因素分析：详细分析影响成都膨胀土基坑支护设计参数选取的诸多因素。包括膨胀土的物理力学性质，如膨胀力、抗剪强度、压缩性等对参数选取的影响；基坑的开挖深度、形状、尺寸等几何因素对设计参数的要求；周边环境，如邻近建筑物、地下管线等对基坑支护的限制和影响。考虑施工过程中的因素，如开挖方式、施工顺序、降水措施等对设计参数选取的作用。例如，分析不同开挖方式（如分层开挖、分段开挖）对膨胀土基坑稳定性的影响，从而确定相应的设计参数。设计参数选取方法研究：基于对成都膨胀土特性和影响因素的分析，深入研究适用于成都膨胀土基坑支护的设计参数选取方法。探讨如何合理确定膨胀力、抗剪强度参数、土压力等关键设计参数。研究考虑膨胀土胀缩性的基坑支护设计参数折减方法，结合工程实际案例和相关理论，确定合理的折减系数。例如，通过对多个工程案例的分析，总结出不同膨胀等级下抗剪强度参数的折减规律。案例分析与验证：选取成都地区具有代表性的膨胀土基坑工程案例，运用研究得出的设计参数选取方法进行设计计算，并与实际工程情况进行对比分析。通过对案例的分析，验证设计参数选取方法的合理性和可行性，同时对方法进行优化和完善。例如，对某一具体基坑工程，采用研究方法选取设计参数进行支护结构设计，然后与该工程实际采用的参数和支护效果进行对比，评估研究方法的优劣。提出设计建议与措施：根据研究成果，提出针对成都膨胀土基坑支护设计的具体建议和措施。包括设计参数的取值范围、设计流程的优化、施工过程中的注意事项以及监测方案的制定等。为成都地区膨胀土基坑支护工程的设计和施工提供科学、合理、可行的指导，降低基坑事故的发生概率，保障工程的安全稳定。例如，明确在不同地质条件和基坑工况下，设计参数的推荐取值范围，以及施工过程中应采取的防止膨胀土失水收缩和吸水膨胀的措施。1.3.2研究方法本研究拟采用以下多种研究方法，以确保研究的全面性、科学性和可靠性：文献研究法：广泛收集国内外关于膨胀土基坑支护设计参数选取的相关文献资料，包括学术论文、研究报告、工程标准规范等。对这些资料进行系统的梳理和分析，了解国内外研究现状和发展趋势，总结已有研究成果和存在的问题，为本研究提供理论支持和研究思路。例如，通过查阅大量文献，掌握膨胀土特性研究的最新方法和成果，以及目前设计参数选取方法的优缺点。案例分析法：选取成都地区多个典型的膨胀土基坑工程案例，对其工程地质条件、基坑支护设计方案、施工过程以及监测数据等进行详细的调查和分析。通过对案例的研究，总结成功经验和失败教训，深入了解膨胀土基坑支护设计参数选取在实际工程中的应用情况和存在的问题，为研究提供实践依据。例如，对某基坑工程事故案例进行分析，找出导致事故的设计参数选取方面的原因，从而为改进设计提供参考。试验研究法：开展室内试验和现场试验，对成都膨胀土的物理力学性质进行测试和研究。室内试验包括常规物理性质试验、膨胀性试验、强度试验等，以获取膨胀土的基本参数和力学特性。现场试验则通过在实际基坑工程中进行原位测试，如旁压试验、扁铲侧胀试验等，获取更符合实际工程条件的参数。通过试验研究，为设计参数选取提供准确的数据支持。例如，通过室内直剪试验和三轴试验，测定膨胀土在不同含水率和应力状态下的抗剪强度参数。数值模拟法：利用有限元软件等数值模拟工具，建立成都膨胀土基坑支护的数值模型。通过模拟不同设计参数和工况下基坑的受力和变形情况，分析设计参数对基坑稳定性的影响规律。数值模拟可以弥补试验研究和实际工程监测的局限性，为设计参数选取提供更全面的分析和优化依据。例如，通过数值模拟研究不同膨胀力作用下支护结构的内力和变形，从而确定合理的膨胀力取值。二、成都膨胀土特性分析2.1矿物成分与粒度组成成都膨胀土的矿物成分对其工程性质起着关键作用。通过X射线衍射分析等手段研究发现，成都膨胀土主要矿物成分包含伊利石、蒙脱石等。其中，蒙脱石是一种具有显著亲水性的黏土矿物，其晶体结构由两层硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成，晶层间存在可交换阳离子，使得蒙脱石具有较大的比表面积和阳离子交换容量。当蒙脱石遇水时，水分子会进入晶层间，导致晶层间距增大，从而使土体产生膨胀现象。研究表明，蒙脱石含量较高的膨胀土，其膨胀潜势往往较强。在成都龙潭寺地区的膨胀土中，蒙脱石含量较高的灰白色黏土，自由膨胀率可达72%-96%，具有强膨胀潜势。伊利石也是成都膨胀土的重要矿物成分之一，其晶体结构与蒙脱石类似，但晶层间的结合力较强，亲水性相对较弱。然而，伊利石的存在仍会对膨胀土的性质产生影响，它会增加土体的黏性和塑性，在一定程度上影响膨胀土的胀缩特性和强度特性。从粒度组成来看，成都膨胀土的粒度变化相对不大。其粒度组成特点为砂粒组含量一般小于10%，粉粒组含量在45%-50%，粘粒组含量约为50%。这种粒度组成使得膨胀土具有较高的比表面积，颗粒间的相互作用较强，进而影响其物理力学性质。粘粒含量较高使得膨胀土的亲水性增强，更容易吸附水分子，导致土体的胀缩变形。粉粒的存在则在一定程度上影响了土体的结构和强度，使得膨胀土在受力时的变形特性更为复杂。这些矿物成分和粒度组成特性对基坑支护具有多方面的潜在影响。由于膨胀土中蒙脱石等亲水性矿物的存在，在基坑开挖过程中，一旦土体暴露于外界环境，水分的变化会导致土体产生显著的胀缩变形。当土体吸水膨胀时，会对基坑支护结构产生额外的膨胀压力，可能导致支护结构的变形甚至破坏。若基坑周边存在建筑物或地下管线，膨胀土的膨胀变形还可能对其产生不利影响，如引起建筑物基础的不均匀沉降、地下管线的破裂等。而当土体失水收缩时，会产生收缩裂缝，这些裂缝不仅会降低土体的强度，还会为地表水的渗入提供通道，进一步加剧土体的软化和膨胀，增加基坑支护的难度和风险。膨胀土的粒度组成也会影响基坑支护的设计和施工。粘粒含量高使得土体的渗透性较差，在基坑降水过程中，排水难度较大，可能导致基坑内积水，影响施工进度和支护结构的稳定性。粉粒和粘粒的存在使得土体的流动性较差，在采用土钉墙等支护形式时，土钉的施工难度可能会增加，且土体与土钉之间的粘结力也会受到影响，从而降低支护结构的整体性能。2.2膨胀性与收缩性成都膨胀土的膨胀性和收缩性是其重要的工程特性，对基坑土体稳定性和变形有着显著影响。膨胀土的膨胀潜势是衡量其膨胀特性的重要指标之一，通常根据自由膨胀率来划分。在成都地区，灰白色粘土由于阳离子交换量大、蒙脱石含量高，自由膨胀率可达72%-96%，具有强膨胀潜势；而黄色夹少量灰白色粘土的自由膨胀率为41%-56%，膨胀潜势相对较弱。膨胀力也是膨胀土的关键指标，它是指原状土样在体积不变时，由于浸水膨胀产生的最大内应力。成都地区膨胀土的膨胀力在不同情况下有所差异，如灰白色粘土的膨胀力为50.4-101.3kPa，黄色夹少量灰白色粘土的膨胀力为12.7-63.1kPa。收缩系数则用于衡量膨胀土的收缩特性，它反映了收缩过程中与两点含水量之差对应的竖向线缩率之差。成都膨胀土的收缩系数一般在0.3202-0.6505之间。当膨胀土吸水时，由于亲水性矿物的作用，水分子进入土颗粒间，导致土体体积膨胀。这种膨胀会使基坑周围土体对支护结构产生额外的压力，增加支护结构的受力。若膨胀压力过大，可能导致支护结构发生变形、位移甚至破坏。当基坑周边存在建筑物或地下管线时，膨胀土的膨胀还可能对其产生不利影响，引发建筑物基础的不均匀沉降、地下管线的破裂等问题。当膨胀土失水时，土颗粒间的水分子逐渐减少，土体体积收缩。收缩过程中，膨胀土会产生收缩裂缝，这些裂缝不仅会降低土体的强度，还会为地表水的渗入创造条件。地表水的渗入进一步加剧了土体的软化和膨胀，形成恶性循环，增加了基坑支护的难度和风险。收缩裂缝还可能导致土体的不均匀沉降，对基坑的稳定性造成威胁。通过对成都轨道交通17号线威灵站深基坑的研究发现，膨胀土在无荷载作用下遇水后发生膨胀，膨胀主要发生在土体浸水后的0-6小时；6小时后，土体几乎处于稳定状态，膨胀速率很慢，膨胀变形很小，且无荷载膨胀率与土样的含水率有很大关系，随土样含水率的增加而降低。在基坑工程中，若未能充分考虑膨胀土的这种胀缩特性，就容易引发工程事故。某基坑工程在施工过程中，由于未对膨胀土的胀缩性采取有效的控制措施，在雨季时，膨胀土吸水膨胀，导致基坑支护结构变形，部分桩间土发生坍塌，严重影响了施工安全和进度。因此，深入了解成都膨胀土的膨胀性和收缩性，对于合理设计基坑支护结构、确保基坑工程的安全稳定具有重要意义。2.3水敏性与强度特性成都膨胀土具有显著的水敏性，其强度特性与含水率密切相关。膨胀土的水敏性主要源于其矿物成分，其中蒙脱石等亲水性矿物在遇水时会发生显著的物理化学变化。当膨胀土与水接触时，水分子会迅速被亲水性矿物表面吸附，导致土颗粒间的结合力发生改变。蒙脱石晶层间的阳离子会被水分子交换，使得晶层间距增大，土体产生膨胀。这种膨胀不仅改变了土体的结构，还对其强度产生了明显的影响。研究表明，随着含水率的增加，成都膨胀土的抗剪强度会显著降低。通过直剪试验和三轴试验等室内试验手段，对不同含水率下膨胀土的抗剪强度进行测试，结果显示，当含水率从较低值逐渐增加时，土的粘聚力和内摩擦角均呈现下降趋势。在某含水率为15%的膨胀土试样中，粘聚力为50kPa，内摩擦角为30°；当含水率增加到25%时，粘聚力下降至30kPa，内摩擦角减小至25°。这是因为含水率的增加会削弱土颗粒间的摩擦力和粘结力。水分子的存在使得土颗粒表面形成一层水膜，减小了颗粒间的直接接触和摩擦力。水分的增加还会使土中可溶盐溶解，进一步破坏了土颗粒间的胶结作用，导致粘聚力降低。膨胀土的水敏性导致强度衰减的机制较为复杂。除了上述土颗粒间物理化学作用的改变外，反复的干湿循环也是导致强度衰减的重要因素。在干湿循环过程中，膨胀土经历膨胀和收缩的交替变化，土体内部产生微裂纹。这些微裂纹在反复作用下逐渐扩展、贯通，破坏了土体的完整性，降低了其强度。有研究表明，经过5次干湿循环后，膨胀土的抗剪强度较初始状态下降了30%左右。地表水的入渗也会加剧膨胀土的强度衰减。在基坑开挖过程中，若未做好防水措施，地表水会通过土体裂隙渗入，导致局部含水率增加，强度降低，增加基坑坍塌的风险。强度特性在基坑支护设计中具有重要意义。基坑支护结构的设计需要准确考虑土体的强度参数，以确保支护结构能够承受土体的压力。在膨胀土基坑中，由于土体强度受含水率影响较大，若设计参数选取不当，支护结构在土体强度降低时可能无法提供足够的抗力，从而导致基坑失稳。在设计土钉墙支护结构时，需要根据膨胀土的强度特性确定土钉的长度、间距和直径等参数。若忽视含水率对强度的影响，土钉与土体之间的粘结力可能不足，导致土钉墙的整体稳定性下降。在计算土压力时，也需要考虑膨胀土强度特性的变化。由于强度降低会使土压力增大，因此需要合理确定土压力的计算方法和参数，以保证支护结构的安全性。三、影响成都膨胀土基坑支护设计参数选取的因素3.1工程地质条件3.1.1土层分布与特性成都地区膨胀土的土层分布呈现出一定的区域特征，在东郊龙泉驿区等地分布较为广泛。不同区域的膨胀土，其土层厚度、均匀性以及与其他土层的组合情况存在差异，这些因素对基坑支护设计参数的选取具有重要影响。土层厚度直接关系到基坑支护结构的受力和变形情况。在膨胀土厚度较大的区域，基坑开挖后，膨胀土的胀缩变形对支护结构产生的影响更为显著。当膨胀土厚度达到5m以上时，其膨胀力可能会使支护结构承受较大的侧向压力，从而需要加大支护结构的强度和刚度。若土层厚度不均匀，在基坑开挖过程中，由于土体应力分布不均匀，容易导致支护结构的局部受力过大，增加支护结构的破坏风险。在某基坑工程中，膨胀土厚度在不同位置相差较大，从2m到8m不等，在施工过程中，较厚土层处的支护结构出现了明显的变形，甚至局部出现了开裂现象。膨胀土与其他土层的组合情况也会影响支护设计参数。如果膨胀土与砂土层等透水性较好的土层相邻，在地下水作用下，水分容易在土层间渗透，导致膨胀土的含水率发生变化，进而影响其膨胀性和强度。膨胀土与软弱土层组合时，会降低土体的整体稳定性，需要在支护设计中采取相应的加强措施。在成都某工程场地，膨胀土下部为淤泥质土，这种组合使得基坑开挖后土体的稳定性较差，在支护设计中，不仅增加了支护结构的入土深度，还采用了加强型的支撑体系，以确保基坑的安全。此外，土层的均匀性对支护设计也至关重要。均匀性好的土层，在受力时变形较为均匀，支护结构的受力也相对较为均匀，设计参数的选取相对较为简单。而均匀性差的土层，存在土性差异较大的区域，在这些区域，支护结构的受力和变形情况复杂，需要根据具体情况对设计参数进行调整。对于存在局部土性突变的土层，可能需要增加支护结构的局部强度，或者采用特殊的支护形式，以适应土体的不均匀性。3.1.2地下水条件地下水条件是影响成都膨胀土基坑支护的重要因素之一，其水位、水位变化以及含水层渗透系数等方面对膨胀土基坑支护具有多方面的影响。地下水水位的高低直接关系到膨胀土的含水率状态。当水位较高时，膨胀土处于饱水状态，其抗剪强度会显著降低。研究表明，水位上升导致膨胀土含水率增加，使得土的粘聚力和内摩擦角减小，从而降低了土体的抗滑稳定性。在成都某基坑工程中，由于地下水位较高，基坑开挖后，膨胀土的抗剪强度降低，导致基坑边坡出现了局部坍塌现象。水位变化也会对基坑支护产生不利影响。地下水位的频繁升降会使膨胀土经历干湿循环，加剧土体的胀缩变形。干湿循环过程中，膨胀土内部产生微裂纹，随着循环次数的增加，裂纹不断扩展，土体结构被破坏，强度逐渐降低。某基坑工程在施工过程中，由于地下水位受季节性降雨影响波动较大，经过多次干湿循环后，基坑周边的膨胀土出现了明显的裂缝，支护结构的稳定性受到威胁。含水层渗透系数影响着地下水的流动速度和补给情况。渗透系数较大时，地下水在土体中的流动速度较快，容易导致基坑内积水，增加基坑支护的难度。若基坑周边存在补给水源，渗透系数大会使基坑内的水位迅速上升，对支护结构产生较大的浮力和侧向压力。在成都某地铁基坑工程中，由于含水层渗透系数较大，基坑开挖过程中，地下水涌入速度快，导致基坑内积水严重，不得不采取紧急降水措施，并加强支护结构，以防止基坑坍塌。渗透系数还会影响土体的强度和变形特性。地下水的流动会带走土体中的细颗粒，导致土体的孔隙结构发生变化，进而影响土体的力学性质。在渗透系数较大的区域，土体的抗剪强度可能会因为颗粒流失而降低，需要在支护设计中充分考虑这一因素。3.2基坑周边环境条件3.2.1周边建筑物周边建筑物的基础形式、距离基坑远近以及结构类型等因素对成都膨胀土基坑支护设计参数选取有着重要影响。在成都地区的膨胀土基坑工程中，若周边存在建筑物，首先需考虑建筑物基础形式。不同基础形式对土体变形的承受能力不同，如浅基础对土体变形较为敏感，而桩基础相对具有更好的稳定性。某基坑工程周边建筑物采用浅基础，由于膨胀土的胀缩变形，导致建筑物基础出现不均匀沉降，墙体产生裂缝。在这种情况下，基坑支护设计参数的选取需更加严格，以控制土体变形，减小对周边建筑物的影响。为了保护采用浅基础的建筑物，在基坑支护设计时，可能需要增加支护结构的刚度，如采用地下连续墙等刚度较大的支护形式，以限制基坑周边土体的位移。还需对基坑周边土体进行加固处理，提高土体的稳定性，减少因土体变形对建筑物基础的影响。建筑物距离基坑的远近也是关键因素。距离越近，基坑开挖和膨胀土变形对建筑物的影响越大。当建筑物距离基坑小于5m时，基坑支护结构的设计需充分考虑建筑物的荷载作用以及土体变形对建筑物的影响。在这种情况下，可能需要加大支护结构的强度和刚度，增加支撑的数量和强度，以确保基坑和建筑物的安全。可以通过设置加强型的支撑体系，如增加支撑的间距或采用更大型号的支撑材料，来提高支护结构的承载能力。还需对建筑物进行实时监测，及时发现并处理可能出现的问题。建筑物的结构类型也会影响基坑支护设计参数。框架结构的建筑物相对较为灵活，对土体变形的适应能力较强；而砌体结构的建筑物则对变形较为敏感，容易受到破坏。在某膨胀土基坑工程中，周边砌体结构建筑物因基坑开挖导致土体变形，墙体出现多处裂缝。因此，对于周边为砌体结构建筑物的基坑，在设计参数选取时，要更加注重控制土体的变形。可以通过优化支护结构的设计，如采用预应力锚索等方式，对基坑周边土体进行有效的约束，减少土体变形对砌体结构建筑物的影响。还可以对建筑物进行适当的加固处理，提高其抗变形能力。3.2.2地下管线地下管线的类型、埋深、材质等因素对成都膨胀土基坑支护设计参数选取构成限制，在设计过程中需采取有效措施避免对管线造成破坏。成都地区的膨胀土基坑工程中，地下管线类型多样，包括供水、排水、燃气、电力、通信等。不同类型的管线对变形的敏感程度不同，供水和燃气管道对变形较为敏感，一旦发生较大变形，可能导致管道破裂，引发安全事故。在某基坑工程中，由于未充分考虑地下供水管线的变形要求，基坑开挖后，供水管线因土体变形而破裂，造成了严重的停水事故。因此，在基坑支护设计时，对于供水和燃气等敏感管线，需要更加精确地控制土体变形。可以通过增加支护结构的刚度，采用刚度较大的支护桩或地下连续墙，减少土体的侧向位移，从而保护管线的安全。管线的埋深也会影响基坑支护设计。埋深较浅的管线更容易受到基坑开挖和土体变形的影响。当管线埋深小于3m时，在基坑支护设计中，需要采取特殊的保护措施。可以采用在管线周围设置隔离桩或隔离墙的方式，阻止土体变形对管线的影响。还可以对管线进行加固处理，如采用套管保护等措施，提高管线的抗变形能力。对于埋深较深的管线，虽然受到的影响相对较小，但也不能忽视，需要根据具体情况进行分析和处理。管线的材质也在一定程度上决定了其对变形的承受能力。金属材质的管线相对具有较好的强度和韧性，而塑料材质的管线则对变形较为敏感。在某膨胀土基坑工程中，地下通信塑料管线因土体膨胀变形而被挤压损坏，导致通信中断。因此，在设计参数选取时，对于塑料材质的管线，需要更加谨慎。可以通过减小基坑开挖引起的土体变形范围，优化开挖顺序和方法，减少对塑料管线的影响。还可以在管线周围设置缓冲材料，如铺设砂垫层等，缓解土体变形对管线的压力。3.3施工因素3.3.1开挖方式与顺序在成都膨胀土基坑工程中，开挖方式与顺序对基坑土体应力应变和支护结构受力有着显著影响。不同的开挖方式，如分层开挖、分段开挖等，会导致土体应力的不同分布和释放，进而影响基坑的稳定性。分层开挖是一种常见的开挖方式，它将基坑开挖分为若干层，每层按照一定的厚度进行开挖。这种方式能够有效控制土体的变形和应力分布，因为在每一层开挖后，土体的应力能够得到一定程度的释放，从而减小了对支护结构的压力。在某成都膨胀土基坑工程中，采用分层开挖方式，每层开挖厚度为3m。通过监测发现，随着开挖层数的增加，基坑周边土体的水平位移逐渐增大，但增长速率较为稳定。在开挖到第三层时，基坑周边土体的水平位移达到了15mm，此时支护结构的受力也相应增加，但仍在安全范围内。这是因为分层开挖使得土体的应力能够逐步释放，避免了一次性开挖过大导致的应力集中，从而减小了对支护结构的冲击。分层开挖还便于及时对开挖面进行支护，如在每一层开挖后及时进行土钉墙支护或喷锚支护，能够增强土体的稳定性，进一步保障基坑的安全。分段开挖则是将基坑按照一定的长度或区域进行分段，逐段进行开挖。这种方式适用于基坑长度较长或周边环境复杂的情况。通过分段开挖，可以减少一次开挖的土体面积，降低对周边土体和环境的影响。在成都某地铁基坑工程中，由于基坑周边存在建筑物和地下管线，采用了分段开挖方式。将基坑分为若干段，每段长度为20m。在每段开挖时，先进行该段的支护结构施工，然后再进行土体开挖。通过这种方式，有效控制了基坑开挖对周边建筑物和地下管线的影响。监测数据显示，在分段开挖过程中，周边建筑物的沉降量控制在5mm以内，地下管线的变形也在允许范围内。这是因为分段开挖减少了土体开挖对周边土体的扰动范围，使得周边土体能够保持相对稳定，从而保护了周边建筑物和地下管线的安全。开挖顺序也对基坑土体应力应变和支护结构受力产生重要影响。合理的开挖顺序可以使土体的应力分布更加均匀，减少支护结构的受力不均。在一些基坑工程中，采用先开挖基坑中心部分，再开挖周边部分的顺序。这种顺序可以使基坑中心部分的土体先卸载，周边土体的应力向中心转移，从而减小周边土体对支护结构的压力。在某膨胀土基坑工程中，采用这种开挖顺序，在开挖中心部分土体后，通过监测发现周边土体的水平位移明显减小，支护结构的受力也得到了改善。而不合理的开挖顺序则可能导致土体应力集中，增加支护结构的负担。如果先开挖基坑周边部分，可能会使周边土体的应力突然释放，导致支护结构承受较大的侧向压力，增加支护结构破坏的风险。3.3.2施工工期与季节施工工期长短和不同施工季节对成都膨胀土基坑支护设计参数选取具有重要影响。施工工期的长短会影响膨胀土的工程性质和基坑支护结构的受力情况。若施工工期较长，膨胀土在长时间的暴露过程中，会受到外界环境因素的影响，如降雨、蒸发等，导致其含水率发生变化，进而影响其膨胀性和强度。长时间的降雨会使膨胀土吸水膨胀，增加土体的体积和压力，对基坑支护结构产生更大的侧向压力。某膨胀土基坑工程施工工期长达1年，在雨季时，由于连续降雨，膨胀土含水率大幅增加，导致基坑支护结构出现了明显的变形，部分区域的支护结构甚至出现了开裂现象。长时间的蒸发会使膨胀土失水收缩，产生收缩裂缝，降低土体的强度和稳定性。施工工期还会影响基坑支护结构的耐久性。如果施工工期过长，支护结构长期承受土体的压力和外界环境的侵蚀，其材料性能可能会下降，从而影响支护结构的安全性。一些支护结构采用的钢材，在长期潮湿的环境中容易生锈，导致其强度降低。在某基坑工程中，由于施工工期拖延，支护结构的钢材生锈严重，经检测，其强度降低了20%左右，对基坑的安全构成了威胁。不同施工季节对膨胀土基坑支护设计参数选取也有显著影响。在雨季施工时，由于降雨量较大，地下水位上升，膨胀土含水率增加，土体的抗剪强度降低，膨胀性增强。在这种情况下，基坑支护设计参数需要进行相应调整。需要增加支护结构的强度和刚度，以抵抗土体增加的侧向压力。可以加大支护桩的直径和长度，增加支撑的数量和强度。还需要加强排水措施，降低地下水位，减少膨胀土的含水率。可以设置更多的降水井，提高排水能力。在某膨胀土基坑雨季施工时，通过增加支护桩的直径和长度，并加强排水措施，有效保障了基坑的安全。在旱季施工时，膨胀土的含水率相对较低，土体较为干燥，收缩性增强。此时，基坑支护设计需要考虑膨胀土的收缩变形对支护结构的影响。可以适当减小支护结构的间距，以适应土体的收缩变形。还需要采取保湿措施，防止膨胀土过度失水收缩。可以在基坑周边设置洒水设施，定期对土体进行洒水保湿。在某基坑工程旱季施工时，通过减小支护结构的间距，并采取保湿措施，有效控制了膨胀土的收缩变形，保证了基坑的稳定性。四、成都膨胀土基坑支护设计参数选取的理论与方法4.1抗剪强度参数取值4.1.1试验方法与影响因素在测定成都膨胀土抗剪强度时，直剪试验和三轴试验是常用的室内试验方法。直剪试验是一种较为简单的测定抗剪强度的方法，其原理是利用剪切装置将试样分割成两部分，在水平方向进行切割，测定最大应力和最大变形下的抗剪强度。在进行直剪试验时，将试样放置在剪切盒中，通过施加垂直压力和水平剪力，使试样沿预定的剪切面发生剪切破坏。该试验方法具有试验过程简单、操作方便、数据捕捉容易等优点。由于直剪试验不能量测孔隙水压力，也无法控制排水条件，只能采用总应力法表示土的抗剪强度。而且其剪切面是人为固定的，不一定是土样的最薄弱面，剪切面上的应力分布也不均匀，这些因素都会影响试验结果的准确性。对于粘性较高的成都膨胀土，直剪试验的误差相对较大。三轴试验则是一种更为完善的试验方式，它将试样置于三维应力状态下，能够模拟真实工况中的变形模式，从而更准确地测试土体的强度和变形特性。在三轴试验中，将圆柱形土样用薄橡皮膜包裹后放入压力室，先向压力室压入液体，使土样在三个轴向受到相同的周围压力，然后通过活塞对土样施加竖向压力，使土样产生剪应力，直至剪坏。通过测量不同周围压力下土样的破坏应力，可以绘制出抗剪强度包线，进而得到抗剪强度指标。三轴试验能够有效模拟土壤的变形与稳定性，更全面地反映土体抗力学特性的变化。该试验方法也存在一些缺点，如试验设备复杂、操作难度大、试验周期长等。除了试验方法本身的影响外，含水率是影响膨胀土抗剪强度试验结果的重要因素之一。成都膨胀土具有显著的水敏性，其抗剪强度随含水率的变化而显著改变。当含水率增加时，土颗粒表面的水膜变厚，颗粒间的摩擦力和粘结力减小，导致抗剪强度降低。通过对成都膨胀土的直剪试验研究发现，当含水率从15%增加到25%时，粘聚力从50kPa下降到30kPa，内摩擦角从30°减小到25°。这表明含水率的变化对膨胀土的抗剪强度有较大影响，在试验过程中需要严格控制含水率。土体结构也会对试验结果产生影响。成都膨胀土的土体结构较为复杂，存在原生结构和次生结构。原生结构是在土体形成过程中自然形成的，而次生结构则是在后期的地质作用和环境因素影响下形成的，如干湿循环、风化等。次生结构的存在会导致土体中出现裂隙等缺陷，降低土体的强度。在进行抗剪强度试验时，若试样中存在裂隙，会使试验结果出现偏差。在三轴试验中，裂隙的存在可能会导致试样在较低的应力下就发生破坏，从而使测得的抗剪强度偏低。4.1.2取值原则与建议根据成都膨胀土的特性和工程经验，在选取抗剪强度参数时，需遵循一定的取值原则。要充分考虑安全储备。由于膨胀土的工程性质复杂，且在基坑开挖和使用过程中可能受到多种因素的影响，为确保基坑支护结构的安全稳定，在取值时应适当考虑一定的安全储备。在确定抗剪强度参数时，可以采用统计分析的方法，对大量试验数据进行处理，选取具有一定保证率的值作为设计参数。可以选取95%保证率下的抗剪强度参数值，以提高基坑支护的安全性。需要结合实际工况进行取值。不同的基坑工程，其开挖深度、周边环境、施工方法等实际工况存在差异，这些因素都会影响膨胀土的力学性质和抗剪强度。在某基坑工程中，由于周边存在建筑物，对基坑变形控制要求较高，在选取抗剪强度参数时，需要更加保守，以确保基坑开挖不会对周边建筑物造成影响。对于开挖深度较大的基坑，由于土体的自重应力较大，也需要适当调整抗剪强度参数。考虑到成都膨胀土的水敏性和强度随含水率变化的特性，在取值时应充分考虑含水率的影响。可以通过室内试验，建立抗剪强度参数与含水率之间的关系模型。在实际工程中，根据现场监测得到的含水率，利用该模型对抗剪强度参数进行修正。若现场监测到膨胀土的含水率高于试验时的含水率，应适当降低抗剪强度参数的值。对于存在裂隙等土体结构缺陷的膨胀土，在取值时应考虑结构缺陷对强度的影响。可以通过现场勘察和试验，评估裂隙的发育程度和分布情况。对于裂隙较为发育的区域，适当降低抗剪强度参数。还可以采用数值模拟等方法，分析裂隙对土体强度和变形的影响，为参数取值提供参考。在某膨胀土基坑工程中，通过数值模拟分析发现，裂隙的存在使土体的抗剪强度降低了20%左右，在设计时根据模拟结果对参数进行了相应调整。4.2膨胀力参数确定4.2.1膨胀力测试方法膨胀力是成都膨胀土的关键参数之一，其准确测定对于基坑支护设计至关重要。室内膨胀力测试方法中，固结仪法是较为常用的一种。该方法利用单轴固结仪，通过加荷平衡法测定试样在体积不变时由于膨胀所产生的最大内应力。在试验过程中，将试样安装在固结仪中，施加1kPa的预压力使试样与仪器各部接触，随后自下而上地向容器注入纯水。当土体开始膨胀，百分表指针顺时针转动时，立即往盛砂桶加适量铁砂，使百分表指针仍回到初读数。通过及时称余砂重，计算平衡荷重，进而确定膨胀力。膨胀力计算公式为P_e=\frac{W×m}{A}，其中P_e为膨胀力（kPa），W为总平衡荷重（N），A为试样面积（cm^2），m为加压设备的杠杆比。固结仪法的优点是试验设备相对简单，操作较为方便，能够较为准确地测定膨胀力。该方法也存在一定的局限性，试验过程中无法模拟现场的复杂应力状态，试验结果可能与实际情况存在一定偏差。现场测试方法对于获取更符合实际工程条件的膨胀力参数具有重要意义。旁压试验是一种常用的现场测试方法，它通过在钻孔中放入旁压器，向旁压器内充水，使旁压器膨胀，对周围土体施加压力，从而测定土体的变形和压力关系，进而推算膨胀力。在某膨胀土基坑现场，采用旁压试验进行膨胀力测试，通过记录旁压器膨胀过程中的压力和土体变形数据，利用相关理论公式计算得到膨胀力。旁压试验能够较好地反映现场土体的原位特性，测试结果更接近实际情况。其测试过程较为复杂，需要专业的设备和技术人员，测试成本也相对较高。扁铲侧胀试验也是一种有效的现场测试方法，它将扁铲形探头贯入土中，然后通过向探头内充气，使探头侧面的圆形钢膜向外扩张，根据钢膜扩张过程中的压力和位移关系，分析土体的力学性质，包括膨胀力。在成都某膨胀土场地，运用扁铲侧胀试验，通过测量钢膜扩张时的压力和位移，结合相关经验公式，估算出膨胀力。扁铲侧胀试验具有测试速度快、对土体扰动小等优点。其测试结果的准确性受到多种因素的影响，如探头的安装质量、土体的不均匀性等。4.2.2膨胀力分布与计算膨胀力在基坑土体中的分布呈现出一定的规律。在基坑开挖过程中，由于土体的应力状态发生改变，膨胀力的分布也会随之变化。一般来说，基坑周边土体的膨胀力相对较大，随着距离基坑边缘的增加，膨胀力逐渐减小。在基坑深度方向上，膨胀力也会有所变化，通常在一定深度范围内，膨胀力随着深度的增加而增大，达到一定深度后，膨胀力趋于稳定。通过对成都某膨胀土基坑的现场监测发现，在基坑边缘处，膨胀力可达80kPa左右，而在距离基坑边缘5m处，膨胀力减小至50kPa左右。在基坑深度为3m处，膨胀力为60kPa，而在深度为8m处，膨胀力稳定在70kPa左右。膨胀力作为附加土压力，在基坑支护结构设计中具有重要的应用。目前，膨胀力的计算方法主要有经验公式法和数值模拟法。经验公式法是根据大量的试验数据和工程经验，建立膨胀力与其他参数之间的关系公式。某经验公式认为膨胀力与土体的含水率、孔隙比等因素有关，通过对这些因素的测定，利用公式计算膨胀力。这种方法计算简单，但由于经验公式的局限性，计算结果的准确性可能受到一定影响。数值模拟法则是利用有限元软件等工具，建立基坑土体和支护结构的数值模型，通过模拟土体的膨胀过程，计算膨胀力的分布和大小。在数值模拟中，考虑土体的本构关系、边界条件以及地下水等因素，能够更全面地反映膨胀力的作用。通过有限元软件模拟某膨胀土基坑，分析不同工况下膨胀力的分布情况，为支护结构设计提供了详细的参数依据。数值模拟法能够较为准确地计算膨胀力，但对计算模型的建立和参数选取要求较高，计算过程也较为复杂。在实际工程中，可根据具体情况选择合适的计算方法，或者将多种方法结合使用，以提高膨胀力计算的准确性和可靠性。4.3支护桩锚固段有效长度确定4.3.1影响因素分析支护桩锚固段有效长度的确定受到多种因素的综合影响，其中土体强度是一个关键因素。成都膨胀土的土体强度具有复杂性，其强度不仅取决于土颗粒间的摩擦力和粘结力，还与土体的矿物成分、结构以及含水率等因素密切相关。当土体强度较高时，桩与土体之间能够产生较大的摩擦力，从而使锚固段的锚固效果更好，有效长度可以相对较短。若土体强度较低，为了保证支护桩的稳定性，就需要增加锚固段的有效长度，以提供足够的锚固力。在成都某膨胀土基坑工程中，通过现场试验和理论分析发现，当土体的抗剪强度指标粘聚力从30kPa提高到50kPa时，支护桩锚固段有效长度可从8m缩短至6m。膨胀力对支护桩锚固段有效长度的影响也不容忽视。膨胀土的膨胀力会对支护桩产生额外的作用力，当膨胀力较大时，会增加支护桩的受力，从而需要更长的锚固段来抵抗这种作用力。若锚固段有效长度不足，在膨胀力的作用下，支护桩可能会发生位移、倾斜甚至拔出等破坏现象。在某膨胀土基坑工程中，由于膨胀力较大，导致支护桩锚固段较短的区域出现了明显的位移，严重影响了基坑的稳定性。因此，在确定锚固段有效长度时，必须充分考虑膨胀力的大小和作用范围。支护结构形式也会对锚固段有效长度产生影响。不同的支护结构形式，其受力特点和工作机理不同，对锚固段有效长度的要求也不同。排桩支护结构主要依靠桩身的抗弯能力和锚固段的锚固力来抵抗土体的侧压力。对于排桩支护，锚固段有效长度需要根据桩的直径、间距、桩身强度以及土体的力学性质等因素来确定。在桩径较小、间距较大的情况下，为了保证支护结构的稳定性，可能需要增加锚固段的有效长度。而地下连续墙支护结构具有较大的刚度和整体性，其对锚固段有效长度的要求相对较为灵活。在一些工程中，地下连续墙可以通过自身的刚度来抵抗部分土体压力，从而在一定程度上减小对锚固段有效长度的依赖。4.3.2确定方法与计算实例确定支护桩锚固段有效长度的理论方法主要基于土力学中的锚固原理。根据土力学理论，锚固段的锚固力由桩与土体之间的摩擦力和粘结力提供，其计算公式为：F=\pidLf+\pidLc，其中F为锚固力，d为桩的直径，L为锚固段有效长度，f为桩与土体之间的单位摩擦力，c为桩与土体之间的单位粘结力。在实际工程中，由于土体性质的复杂性和不确定性，f和c的值通常需要通过现场试验或经验数据来确定。经验公式也是确定锚固段有效长度的常用方法之一。一些经验公式是根据大量的工程实践和试验数据总结得出的，具有一定的实用性。某经验公式为L=kH，其中L为锚固段有效长度，H为基坑开挖深度，k为经验系数，其取值与土体性质、支护结构形式等因素有关。在成都膨胀土基坑工程中，对于一般的排桩支护结构，当土体为中等强度的膨胀土时，k值可取值为0.5-0.8。以成都某膨胀土基坑工程为例，该基坑开挖深度为8m，采用排桩支护结构，桩径为0.8m。根据上述经验公式，取k=0.6，则锚固段有效长度L=0.6×8=4.8m。为了验证该计算结果的合理性，采用理论方法进行计算。通过现场试验测得桩与土体之间的单位摩擦力f=50kPa，单位粘结力c=20kPa。根据锚固力计算公式，假设锚固力F需要抵抗的土体侧压力为1000kN，则有1000=\pi×0.8×L×50+\pi×0.8×L×20，解方程可得L\approx5.6m。通过对比经验公式和理论方法的计算结果，可以发现两者存在一定的差异。这是因为经验公式是基于大量工程经验总结得出的，具有一定的局限性，而理论方法虽然考虑了更多的因素，但在实际应用中，由于土体参数的不确定性，也会导致计算结果存在一定的误差。在实际工程中，通常会综合考虑多种因素，结合经验公式和理论方法的计算结果，最终确定锚固段有效长度。在该工程中，综合考虑后将锚固段有效长度确定为6m，在施工过程中，通过对支护桩的监测发现，支护桩的变形和位移均在允许范围内，证明了该锚固段有效长度的合理性。五、成都膨胀土基坑支护设计参数选取的案例分析5.1案例一：某超高层项目基坑支护5.1.1工程概况某超高层项目位于成都市成华区，处于膨胀土分布区域。该项目基坑开挖深度为15m，基坑形状近似矩形，面积约为8000m²。基坑周边环境较为复杂，东侧紧邻一栋20层的居民楼，基础形式为桩基础，距离基坑边缘约8m；南侧为城市主干道，地下埋设有供水、燃气、通信等多种管线，距离基坑边缘最近处约5m；西侧和北侧为空地，但场地内存在一些临时建筑物和施工材料堆放区。场地地层主要由第四系全新统人工填土、膨胀土以及下伏白垩系泥岩组成。其中，膨胀土厚度约为8m，呈褐黄色，具中等膨胀潜势，自由膨胀率为45%-55%，膨胀力为30-60kPa，粘聚力为35-45kPa，内摩擦角为20-25°。地下水位埋深约为3m，水位年变幅为1-2m，含水层渗透系数为5-10m/d。5.1.2支护方案与参数选取根据场地工程地质条件、周边环境以及基坑开挖深度等因素，该基坑采用了排桩+锚索的支护方案。排桩选用钻孔灌注桩，桩径为1.2m，桩间距为1.5m，桩长为20m，嵌入中风化泥岩深度为5m。桩身混凝土强度等级为C30。锚索采用高强度低松弛钢绞线，每根锚索由3束钢绞线组成，锚索长度为15m，水平间距为2m，竖向间距为2.5m，倾角为15°。锚索锁定力为150kN。在设计参数选取过程中，抗剪强度参数取值充分考虑了成都膨胀土的特性和工程经验。通过室内直剪试验和三轴试验，测定了不同含水率下膨胀土的抗剪强度参数。考虑到基坑开挖过程中土体含水率可能会发生变化，以及工程的安全性要求，最终选取粘聚力为30kPa，内摩擦角为20°作为设计参数。这是因为在基坑开挖后，膨胀土可能会因失水而导致强度降低，为保证支护结构的稳定性，选取相对保守的参数值。膨胀力参数的确定采用了室内固结仪法和现场旁压试验相结合的方式。通过固结仪法测定了膨胀土的基本膨胀力，再结合旁压试验结果，考虑土体的原位应力状态和边界条件，确定膨胀力在基坑土体中的分布情况。在支护结构设计中，将膨胀力作为附加土压力考虑，根据膨胀力的分布计算支护结构所承受的侧向压力。根据计算，在基坑边缘处，膨胀力产生的附加土压力约为40kPa。支护桩锚固段有效长度的确定综合考虑了土体强度、膨胀力以及支护结构形式等因素。根据土力学理论和工程经验，通过计算锚固段的锚固力与支护桩所承受的拉力，确定锚固段有效长度为8m。在计算过程中，考虑到膨胀土的强度较低，且膨胀力会增加支护桩的受力，适当增加了锚固段长度，以确保支护桩的稳定性。5.1.3监测结果与分析在基坑施工过程中，对支护结构的位移、沉降以及锚索拉力等进行了实时监测。监测结果表明，在基坑开挖初期，支护结构的位移和沉降较小，随着开挖深度的增加，位移和沉降逐渐增大。在开挖至10m深度时，支护桩顶部水平位移达到15mm，竖向沉降为10mm；锚索拉力也随着开挖深度的增加而逐渐增大，在开挖至15m深度时，锚索拉力达到180kN，略超过设计锁定力。通过对监测结果的分析，发现支护结构的位移和沉降均在允许范围内，说明支护方案和设计参数选取基本合理。支护结构的位移和沉降变化趋势与理论分析结果相符，在开挖过程中，随着土体的卸载和膨胀土的胀缩变形，支护结构承受的侧向压力逐渐增大，导致位移和沉降增加。锚索拉力的变化也反映了支护结构与土体之间的相互作用。在开挖初期，土体的侧压力较小，锚索拉力也较小；随着开挖深度的增加，土体侧压力增大，锚索拉力也相应增大。在监测过程中也发现了一些问题。在基坑南侧靠近城市主干道的区域，由于地下管线的存在，对基坑变形的控制要求较高。虽然支护结构的位移和沉降在允许范围内，但仍需密切关注，以防止对地下管线造成影响。在雨季时，由于地下水位上升，膨胀土含水率增加，导致支护结构的位移和沉降有一定程度的增大。这表明在设计参数选取时，虽然考虑了含水率对膨胀土强度的影响，但在实际工程中，还需要进一步加强对地下水的控制和管理。针对这些问题，采取了加强对基坑南侧区域的监测频率、增加临时支撑等措施，以确保基坑的安全和周边环境的稳定。5.2案例二：成都自然博物馆基坑支护5.2.1工程背景与难点成都自然博物馆基坑支护工程位于成都市成华区成华大道十里店路88号，作为市校共建的文化项目，总投资约9.7亿元，是成都市“幸福美好生活十大工程”的有机组成部分，填补了西南地区综合类自然博物馆的空白。该项目基坑开挖最大深度10.40m，属膨胀土地区深基坑。场地范围内广泛分布有膨胀性粘土和新近回填的杂填土，其中杂填土最大厚度达9m，地层力学性能差。膨胀性粘土具有吸水膨胀、失水收缩的特性，在基坑开挖过程中，其胀缩变形会对支护结构产生额外的压力，增加支护结构的受力和变形风险。新近回填的杂填土结构松散，密实度低，自稳能力差，容易导致基坑边坡失稳。项目周边环境复杂，基坑西侧紧邻在建地铁8号线十里店站，距离地铁附属结构（已建成）边墙最近约为10.00m，距离地铁主线22m。地铁结构对变形极为敏感，基坑支护结构的变形可能会影响地铁的正常施工和运营安全。基坑变形与地铁变形之间的定量关系至今仍是困扰工程界的难题，如何准确控制基坑支护结构变形，确保地铁结构的安全，是本工程面临的一大挑战。基坑东南侧紧邻成都理工大学博物馆拆除后剩余部分的建筑，该建筑地上三层，采用独立承台基础+CFG桩，紧邻基坑边线，对变形控制及施工要求极为严格。在施工过程中，稍有不慎就可能导致该建筑基础的不均匀沉降，影响建筑的结构安全。项目西侧邻地铁区域存在基坑深度突变问题，对支护结构选型极具挑战。在基坑深度突变处，支护结构需要承受不同的土压力和变形，如何选择合适的支护结构形式，确保支护结构在不同工况下的稳定性，是需要解决的关键问题之一。5.2.2设计参数确定与创新支护形式针对工程中的膨胀土和深厚填土地层，采用了挡土墙+支护桩（也称为“桩基托梁挡墙”）支护结构。在冠梁与挡墙交界处设置卸荷平台，通过卸荷平台的作用，有效减小了桩后的主动土压力。根据现场试验和理论分析，卸荷平台的宽度设置为2m时，可使桩后主动土压力减小约20%。结合科学合理的降、排水方案，成功解决了膨胀土、深厚填土地层基坑支护以及原博物馆剩余建筑变形控制的问题。在降、排水方案中，设置了间距为10m的降水井，有效降低了地下水位，减少了膨胀土因含水率变化而产生的胀缩变形。为严格控制地铁及其附属设施变形，创新采用排桩+预留土台支护结构。经过数值模拟分析和现场试验验证，确定在桩前预留高4米，顶宽7米，坡比1：1的土台可经济合理、安全有效地减小支护结构变形和位移。在基坑开挖过程中，通过对支护结构变形和位移的监测，发现采用该支护结构后，支护结构的水平位移和竖向沉降均控制在允许范围内，确保了基坑和地铁施工的顺利进行。在标高突变位置采用了椅式双排桩（桩径1.2米，前后桩净间距2.8米，桩顶高差3-5米）的创新支护形式。椅式双排桩通过前后排桩的协同工作，有效提高了支护结构的抗弯和抗剪能力，解决了基坑高差及支护结构衔接问题。通过对该支护结构的受力分析和变形计算，结果表明在基坑深度突变处，椅式双排桩能够有效承受不同的土压力和变形，保证基坑的安全。在充分保证基坑安全的前提下，大幅节约了工程造价和施工周期。经核算，采用椅式双排桩支护形式相比传统支护形式，工程造价降低了约15%，施工周期缩短了约1个月。5.2.3实施效果与经验总结基坑支护实施后，通过对基坑变形的动态监测，结果显示基坑支护结构的位移和沉降均在设计允许范围内。基坑周边建筑物和地铁结构也未出现明显变形，表明支护方案和设计参数选取合理，有效保障了基坑及周边环境的安全稳定。在基坑开挖至最