基坑施工中泥岩浸水强度变化的研究--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

基坑施工中泥岩浸水强度变化的研究

发表时间：2020/7/2 来源：《基层建设》2020年第6期作者：周文雯

[导读] 摘要：近年来，随着社会经济的不断进步与发展，加强对高边坡、深基坑的开挖支护，已经成为当前工程质量控制的一个重要性技术问题。

        南宁市勘察测绘地理信息院广西南宁 530021
        摘要：近年来，随着社会经济的不断进步与发展，加强对高边坡、深基坑的开挖支护，已经成为当前工程质量控制的一个重要性技术问题。泥岩在浸水之后，其强度将会发生一定的变化。这将对深基坑与高边坡的支护带来一定的影响。本文将对南宁地区的泥岩为例，对泥岩浸水之后的强度变化进行说明。
        关键词：泥岩浸水强度；基坑边坡支护
        0、前言
        这些年我国建筑工程行业取得快速发展，与同时在施工过程中施工难度不断增加，尤其是基坑施工期间，当遇到泥岩浸水后，会对基坑及整个工程对安全造成极大影响。所以需要对基坑施工中泥岩浸水强度变化进行研究，为深基坑施工的有序进行提供保障。
        1、泥岩浸水概述
        泥岩属于沉积岩中的一种，其中所包含的成分比较多且十分繁杂，其层理不是十分明显，主要构成部分是比较细小的颗粒沉积物。黑色的泥岩当中常常包含有机物质。依据泥岩中所包含的物质，对其进行划分，主要有炭质泥岩、钙质粉砂泥岩、水云母泥岩以及铁质泥岩等等。
        泥岩在浸泡到水之后，其宏观的裂缝将会出现崩塌软化且扩大增生。这主要是因为在水的作用下，泥岩的物质构成与微孔隙、微结构三者的改变是密切关联的，其中泥岩的内部出现微孔隙以及微结构的宏观的表现就是发生崩塌软化现象[1]。在泥岩施工期间具有下面几个特征：第一，雨水就会软化，增加施工的难度；第二，钻齿损耗低；第三，泥岩的整体强度不高，由于石英的含量较高，泥岩单轴抗压强度越大，硅质泥岩强度和其他泥岩相比，强度较大。
        2、泥岩遇水软化的性质
        泥岩遇到水出现软化的现象，在南宁地区较为常见，主要是由于在泥质结构下，胶泥会遇到水之后发生软化。一旦发生软化就会对基坑施工的安全性与可靠性造成极大影响，如果处理不好，会对整个工程项目的安全性造成影响。在遇到水之后，泥岩户迅速软化，影响设备的正常运行与工程的有序开展。就泥岩的特性来看，具有遇水软化、颗粒细腻、层理构造的特征，可以看出泥岩的整体特征是不利用工程施工的。泥岩的可塑性差，且遇水软化，在泥浆的润滑作用下，很容易发生下钻或者施工期间的打滑等问题。
        将泥岩的岩样放入水中，在四十八小时之后，泥岩发生软化现象且出现较为显著的宏观裂缝。由于泥岩裂缝的不断扩大与增多，这又将致使岩石的物理力学参数指标发生极为剧烈的变化，具体情况见下表1。
                                                                                      表1 软化与天然对比

        在软化实验条件下，发下当抗压强度为5.826 MPa，重度为2.495g•cm-3，软化系数
        为0.23；当实验条件为天然状态时，抗压强度为 26.096 MPa，粘聚力、抗拉强度、重度分别为0.116MPa、0.308MPa、2.352 g•cm-3。通过软化与天然的数据对比，发现在天然状态下，泥岩的各项数据较高，且抗压强度要远远高于软化后的泥岩。
        3、南宁地区泥岩的基本特点
        南宁地区泥岩的结构主要是泥质结构，且呈胶结状，泥岩形成的时间比较短，饱和单轴抗压的强度相对比较差。依据工程分类，该地区的泥岩属于软质岩石，其中矿物中含有大量的蒙脱石（即亲水矿物），通常情况下其胀缩性比较大，之前有些研究人员将其定为膨胀土。这种膨胀土具有以下特点：
        第一，岩石形成时间比较短，该岩石属于第三系，形成岩石的作用相对较差，具有低强度，岩性改变较大，容易出现风化，并且胶结状况不佳。该岩石处在饱和状态下，通常情况下，单轴抗压的强度约为1到4MPa，在一定状况下，强度会更低。而处于天然状态下，其单轴抗压强度大约是5到25MPa[2]。
        第二，超固结性比较高，与第四纪的超固结硬土相对比，前期的固结压力明显比较高。
        第三，裂缝发育通常情况下呈现为闭合，在遇水时，泥岩容易软化崩塌；在失水时，泥岩容易干燥且发裂。
        第四，风化带在划分时比较困难，泥岩从水平角度来看，泥岩岩性改变相对较大，从垂直角度来看，泥岩常常呈现出软硬相互交替的情况。
        第五，泥岩在进行实验样品制作的过程比较困难，实验的数据具有较大的离散性。泥岩在饱和状态时，因为软化崩解而使得泥岩的强度下降，通常情况下，工程上是不予使用的。泥岩处于干燥状态时，泥岩实验样品制作比较容易出现裂缝[3]。
        4、泥岩浸水的强度变化及其影响
        泥岩中所包含的物质成分比较特殊，且与其他的土体进行比较，泥岩的形态结构的特点以及强度特点是不一样的。泥岩的形成会受到几方面的作用，会由黏土经固压作用、脱水作用、微弱的重结晶作用形成泥岩，沉积岩是分布最广的一种，占到整个总量的60%。当泥岩在浸水之后，强度就会发生变化，直接影响到基坑边坡支护的安全性与可靠性。尤其是砂质泥岩，这种泥岩的重要构成物质是粘土矿物，并且包含少量的砂质，砂质泥岩的质感比较的细腻，在浸泡到水之后，泥岩的强度会降低，极易出现软化现象。以下为南宁市区岩芯图

        图1 南宁地区古近系泥岩岩芯图
        当泥岩在浸泡水之后，强度大小的发生变化，将会对影响建筑物的基坑边坡的支护。
                                                                                         表2 浸水强度衰减表

        在表2中，发现不同的渗透率，浸水强度与最终浸水量也各不相同。当渗透率从0.030下降到0.009后，浸水强度在2MPa与5MPa下的都呈现出下降趋势，最终的浸水量也程序下降趋势。
        4.2泥岩浸水对基坑边坡支护的影响及应对措施
        泥岩浸水后对其抗剪力强度造成影响，当长时间浸水后，这种影响就变得十分明显，随着时间的推移，泥岩的粘聚力逐渐下降，毛细水作用力也会消失，同时也会造成颗粒间的咬合力下降。
        在实际工作中，由于基坑开挖改变了边坡地段岩土体的应力分布及地质环境：首先，开挖卸荷可引起土体回弹而产生回弹裂隙；同时，基坑开挖后边坡地段的岩土层直接裸露于地表，无保护层，裸露岩土层长时间遭受风吹、日晒、雨淋，在温差、湿度变化引起的风化作用下易形成风化裂隙，使岩土体的抗剪强度降低；此外，雨后雨水或地表水沿裂隙入渗地下也引起岩土体吸水软化，抗剪强度降低。
        尤其是泥岩等膨胀岩土分布区，具有胀缩性的岩土体更易失水干裂，遇水软化而形成风化裂隙，进而形成风化软弱带。随着裂隙的发育、延伸，风化裂隙会进一步延化为滑动面而诱发边坡失稳，从而引起崩塌及滑坡产生。
        因此，基坑直立开挖后侧壁边坡不宜长时间裸露，应采取放坡、锚杆加坡面挂网喷射混凝土、护壁桩等方法综合支护，以防诱发安全事故。
        考虑到泥岩的胀缩性，在进行基坑支护设计时，抗剪强度指标设计单位应根据工作经验予以折减。
        5、结束语
        泥岩在浸水之后的化学性质与物理性质以及水溶液浓度在周之后发生的一定的变化，且变化的幅度比较大，速率相对比较快。在一周之后，泥岩的变化趋于平稳，变化速率变慢，但依然存在一定的浮动。泥岩在浸水之后的三周后，变化逐渐变稳，速率则趋于零。
        泥岩在浸水之后，其宏观裂缝崩解变软，并且将在水的作用下而使微孔隙以及物质组成发生一定的变化，泥岩内部的微孔隙与微观结构的宏观反应就是崩解软化。
        基坑边坡的支护对整个建筑工程的防水系统具有十分重要的作用，处理好基坑边坡的支护工作能够极大提升建筑的防水、防渗功能。而基坑边坡的支护工作受到建筑工程所在地土体的影响，泥岩土体在浸泡水之后，其特性将会发生变化，强度下降，发生软化。
        参考文献：
        [1]周波，彭社琴，赵其华.基坑土钉墙的数值模拟[J].水土保持研究.2009（02）
        [2]宋云连，汲敏，张振国，冀光宏.开挖基坑支护稳定性的双安全指标分析[J].内蒙古农业大学学报（自然科学版）.2009（01）
        [3]龙智巍，赫峰，李绍富.土钉墙施工技术在哈尔滨地区深基坑支护[J].林业科技情报.2009（04）
        作者简介：
        周文雯--出生年：1985年--性别：女--籍贯：-广西南宁---职称：工程师---研究方向：岩土工程勘察