第２９卷第５期 ２０１５年ｌＯ月 资源环境与工程 Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖ０１．２９．Ｎｏ．５ Ｏｃｔ．，２０１５ 膨胀土基坑回填处理方法 强鲁斌，李迷 （长江岩土＿Ｔ－程总公司（武汉），湖北武汉４３００１０） 摘要：南水北调中线总干渠工程穿渠建筑物布置较多，且设计类型各异多样。在膨胀土岩渠道长约４００ ｋｍ范围内，因其遇水膨胀、失水干缩及强度衰减的工程特性，加上复杂的土体结构、不同类型地下水、独 特的破坏机理、基坑的多样化及施工环境的影响等都会给基坑开挖、回填处理带来相当大的困难。鉴于上 述多种因素夹杂并存，设计对不同的基坑采用的工程处理措施及回填材料有所不同。若对基坑开挖、回填 处理不＂３，可能会对膨胀土渠坡或渠堤稳定产生不利影响，若不利现象的长期不断发展，甚至会引发渠坡 －失稳或渠堤不均匀沉降，最终给工程带来危害。以淅川段膨胀土渠道为例，对施工开挖基坑及其回填处理 进行了详细分析研究，为今后膨胀土地区基坑施工开挖、回填处理提供一定的参考借鉴。 关键词：膨胀土；开挖基坑；回填处理；渠坡稳定；南水北调中线工程 中图分类号：ＴＵ４４３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１—１２１１（２０１５）０５—０６４７—０４ Ｄ０Ｉ：１０．１６５３６／ｉ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ．１６７１—１２１ １．２０１５０５０２９ 南水北调中线工程总干渠渠线长约１ ２７６ ｋｍ，沿 渠线穿渠、跨越等建筑物布置较多，且种类、型式多样。 渠线所经不同的流域，地质条件复杂，其中渠线分布的 土体力学强度因其外在的反复胀缩性具易衰减难恢复 的特点，膨胀性随着埋深的增加而增强；内在原因是其 具有超固结性和多裂隙性特点，超固结性在土体减载 膨胀土岩长度比例约占总干渠长度的１／４ 。 卸荷后多以水平向膨胀力释放，同时多裂隙性促使土 降低了土体的力学强度，说明其 在中线工程淅川段工程建设区，分布有深挖方膨 体的完整性遭受破坏，４ Ｊ。膨胀 胀土渠道和高填方膨胀土渠基，最大挖深和最大填高 地质结构和力学强度具有分带性和时效性＿分别约为４７ ｍ和１７ ｍ ，渠道存在的工程问题中较 土工程特性还在于引起的滑坡具有独特的破坏机理特 为突出的也是最难解决的就是膨胀土（岩）问题 Ｊ。 征，形态上表现在后缘较陡，以受拉为主，中前缘较缓 因膨胀土自身特有的膨胀性、多裂隙性和超固结性工 程特性，开挖的基坑在施工过程中存在多方面因素可 能影响回填处理质量，尤其是可能引起对膨胀土边坡 或渠堤安全稳定的影响。作者有针对性地对开挖基坑 近于水平 Ｊ，破坏形式先是浅表层受环境影响变形，不 断往深处发展后，再以推移形式滑动破坏，并向两侧及 深部逐渐发展，不断牵引后部坡体，有的最后演变成滑 坡群。 施工回填过程存在的问题进行了详细地分析研究，提 出回填处理措施及注意事项，并强调类似膨胀土工程 区工作的侧重点。 ２膨胀土基坑类型 南水北调中线工程膨胀土渠道开挖或填方渠堤清 基时，渠坡及渠基会遇到与渠道相交的建筑物。所开 挖的基坑因建筑物设计类型的不同，基坑尺寸、形状及 场地限制，因基坑作业面多狭小，无法进行大范围的机 械化作业。根据不同类型的基坑，因设计要求处理措 施的不同 ，其基坑回填难易程度有所不同。应针对 １膨胀土工程特性 形被认为是顽症，“晴天一把刀，雨后一泡糟”说的就 是其工程特性。影响膨胀土工程特性的矿物成分主要 是土体含有遇水膨胀、失水干缩的蒙脱石和伊利石。 膨胀土是一种特殊性土。在工程建设中其胀缩变 开挖深度差异较大。基坑回填处理时，施工作业会受 收稿日期：２０１５—０６—２８；改回日期：２０１５—０８—１２ 基金项目：国家“十二五”科技支撑计划课题（２０１１ＢＡＢ１０Ｂ０３）。 作者简介：强鲁斌（１９７４一），男，高级工程师，水文地质与工程地质专业，从事水利水电工程地质勘察工作。Ｅ—ｍａｉｌ：ｓｈｉｎｅ—ｑｌｂ ＠１６３．ｃｏｒｎ 数字出版网址：ｈｔｔｐ：／Ａ￣ｒｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔｉｌａ／４２．１７３６．Ｘ．２０１５０８１８．１００２．０５８．ｈｔｍｌ数宇出版日期：２０１５—０８—１８ １０：０２ 资源环境与工程 性地分别对待处理，可采用不同的方法回填处理，如采 用人工滩铺，配合小型蛙式打夯机进行碾压。 渠道开挖及渠堤基坑回填主要有以下类型。 坚硬碎块状或散粒状，加之基坑开挖边坡多较陡，雨季 降水沿风化干裂缝渗入坡体内部，反复胀缩后引起边 坡局部发生变形或坍塌。裸露过久的膨胀土边坡经历 ２．１ 穿渠、河渠倒虹吸建筑物基坑 雨淋日晒，多外硬内软，难于彻底清理干净。 ３．１．３地下水处理问题 依渠道方向分顺渠和穿渠两类基坑，或按照流域 面积大小亦可分左岸排水和河渠交叉基坑等。上述类 型建筑物管身段开挖基坑范围、深度一般较大；进、出 对于膨胀土基坑中的地下水来说，一般多为不连 续“鸡窝状”渗出，呈线状分布，且渗水量不大，无明显 失。基坑在回填处理后，“鸡窝状”地下水重新恢复， 口段设计结构冀墙背面基坑，因建筑物管身段先回填， 后期对进、出口段进行施工开挖，该部位形成的基坑形 渗流汇积，土体湿软，裸露不久渗出部位地下水多易消 状、尺寸复杂，空间狭小。 ２．２跨渠墩柱基础建筑物基坑 主要有两类建筑物公路桥和渡槽，均为墩柱基坑。 基坑开挖尺寸深浅、大小不一，以矩形狭长居多，且周 边边坡多较陡；部分建筑物因上部结构，施工大型机械 需要较大作业平台，墩柱基坑超范围开挖，形成较大的 基坑。 ２．３渠道、道路清基基坑 填方段渠道及道路引道施工前，一般对基面进行 清基处理，主要是清除基面表层一定厚度的耕植土。 清基过程遇到坟、井及鱼塘等低凹处形成基坑；公路桥 引道原路基两侧冲沟清基形成的基坑；在墩桩基础施 工过程中，清基面上挖有泥浆坑，人为形成一些基坑。 ３基坑存在的问题、形式及潜在影响 在工程建设过程中，很多方面会影响到工程建设 进度和质量，比如天气、施工组织及工程处理情况等。 对膨胀土来说，因其具有的工程特性，采用现代机械化 的施工开挖方式，给基坑处理带来一些工程问题，处理 难度增加。引起的问题不但会影响到工程建设进度， 若处理不善极有可能会影响到工程质量。 ３．１存在的问题 针对南水北调中线工程淅川段膨胀土来说，开挖 的各类基坑主要存在以下几方面问题。 ３．１．１边坡过陡问题 开挖产生的基坑边坡一般多较陡，坡度约５Ｏ。～ ７０。。较深的基坑施工处理前要求对边坡进行放坡处 理，这时受基坑大小的限制，造成边坡开蹬较困难，放 缓边坡条件也不允许，难于满足回填处理要求；部分桥 梁基坑因施工工序不当，上部结构施工完成后，造成基 坑上部空间比较矮小，不易施工作业。 ３．１．２土体风干碎裂问题 开挖成型基坑长时间放置过程中，在短期内就会 发生显著的结构破坏，基面表层土体失水风干碎裂。 风化碎裂现象随着时间加剧，厚度不断加深。土体呈 回填压实的水泥改性土因渗透性相对较小将成为隔水 层，致地下水没有渗出通道。地下水在回填界面处汇 积，该部位土体往往形成软弱带，对膨胀土基坑边坡稳 定构成威胁。 ３．１．４基坑积水问题 在雨季或地下水丰富时，已开挖基坑形成长期汇 积水现象。对膨胀土来说“水易进而难出”，基坑土体 浸泡后结构遭受破坏，软化而强度降低，引起土体性状 恶化。 ３．１．５开挖方法及工序不当问题 膨胀土基坑一般要求避开雨季进行开挖，避免开 挖后回填不及时。雨水的人渗及对基坑边坡的冲刷， 使土体强度降低，带来安全隐患。穿渠建筑物基坑两 侧边坡出现失稳现象多发生在汛期。 ３．１．６其它问题 对开挖较小基坑，所需回填用料一般较少。因回 填料多为残余剩料或削坡余料 ，存在用料含水量偏 低碾压不实问题，或使用过程中洒水保湿措施不到位 问题。 ３．２存在的形式 基坑存在的问题一般都是多样并存。对于不同的 基坑，问题的存在形式有所不同。 （１）墩柱基坑及其施工中基面上挖的泥浆坑，深 约１～５ ｍ。回填处理过程中，因施工队伍技术参差不 齐，没有按照回填处理技术要求作业，私下回填处理不 实，施工质量不能满足设计要求；回填材料中混有大量 建筑垃圾，或掺杂膨胀土进行拌料，或受降雨影响的软 土清理不彻底等。该类基坑边坡多较陡，开蹬处理和 墩柱周边碾压均较困难。 （２）高填方渠基及高填方道路引道清基，基面发 育的沟槽多为贯穿整个渠道的冲沟，是地表水系汇积 排泄通道，深约１～３ ｒｎ。沟底及两侧沟边多年杂草及 树根丛生，沟底含腐蚀质、有机质根系土堆积较厚。清 基后基面地势多低凹，起伏不平。存在的问题主要是 沟内较厚的含腐蚀质有机质土体清除不彻底，或道路 第５期 强鲁斌等：膨胀土基坑回填处理方法 ６４９ 绕行所需场地平整占压，冲沟被掩埋。 变土体的膨胀特性；对已破坏的膨胀土体如风干碎裂、 浸泡软化等多采用挖除法进行处理；对基坑边坡过陡 出口段基坑，因上下游侧渠堤及建筑物管身段的提前 现象采用开蹬处理时，夯实工序安排要跟紧。 （３）半挖半填渠段和高填方渠段穿渠建筑物进、 填筑，在进、出口段清基开挖后形成的基坑更加低凹， 与已填筑部位相接合处坡度较陡且基面狭小，空间形 态多样，回填处理困难，存在开蹬及碾压较困难；或因 放置时间较长基坑表层土体风干碎裂破坏，或在雨季 长期积水软化基面等。 （４）井、坟基坑多在高填方渠段清基面内出现，小 型水井基坑一般好处理，对大型机井、比较古老的空腔 坟基坑处理有难度，如古坟多用砖砌成空腔，埋深一般 １～２ ｍ，多三五成堆出现。例如在一段长８０ ｍ的渠 段，共发现该类坟基坑约１７处。工程建设前期，部分 古坟经非法人员私自采挖，形成的凹坑掩埋不实；水 井、坟基坑若发育在渠坡上，处理范围需按要求进行 扩大。 ３．３潜在影响 在工程建设过程中，若膨胀土基坑回填处理不当， 就难于满足工程设计要求。通过上述基坑存在的问题 和不同基坑情况的分析归纳，主要潜在影响因素有：回 填土与原基面土体间碾压不实、基坑内湿软土体清理 不彻底，以及回填前未进行放坡、开蹬处理。 多方面因素影响造成新老结合面结合不良，回填 土体部分易发生脱坡、不均匀沉降等，引起边坡变形破 坏、地基沉降变形问题；回填掩埋的风干碎裂土层成为 地表水人渗的通道和地下水的汇积区，进而引起土体 工程性状恶化，诱发边坡变形，最后失稳破坏，并不断 往深处及两侧发展。 ４ 回填处理及注意事项 ４．１回填处理 对膨胀土基坑的回填处理，设计上一般多采用掺 量３％～８％水泥的粘性土¨８ Ｊ，也可采用非膨胀土、弱 膨胀土、掺量５％砂或碎石的粘性土及掺量＞１０％水 泥的粘性土等进行回填，并碾压达一定密实度。膨胀 土基坑开挖成型后，多多少少总会受到内在和外在不 利于回填处理的多种因素掺杂的影响，使回填处理的 难度增大。因此，对膨胀土基坑的回填处理应侧重于 回填土体与原基面土体的结合部位，同时做好地下水 的疏排处理。 主要回填处理措施及对策： （１）基坑回填处理采用压实法，并根据基坑情况 选用机械碾压或人工夯实。此方法以增大土体干密 度，并减小土体含水量，掺水泥和碎石主要是减小并改 （２）对高地下水位基坑，先采用降水处理，埋设透 水管井，水位降低于基面１．０ ｍ左右时，确保干地施 工，保证基面土体结构不受明显破坏，再进行回填；当 回填高于地下水位０．５ ｍ时，对透水管井进行混凝土 封堵回填处理。 地下水处理一般在基坑周边布置盲沟导排，采用 集水井进行抽排；对基面土体下部微承压水渗出基坑， 采用轻型井点进行降水，并在基面布设盲沟导排。 （３）对土体含水量较高基坑，先采用翻晾晒，或换 填一定厚度水泥土或碎石土，再进行回填处理；对砂性 土基坑采用砂砾卵石土回填一定厚度；对滑坡清理形 成的基坑分两类处理：一是较小滑坡对滑体全部清除； 二是较大滑坡削坡减载后，对未清除的滑体中前部增 设抗滑加固处理措施。 ４．２注意事项 （１）对３—５ ｍ深基坑，边坡开蹬或放坡严禁一次 开挖到位，依据施工能力分区、分段处理。 （２）雨季基坑一般不得施工开挖。雨前对已开挖 成型的基坑，应组织力量抓紧回填处理；对施工无法完 成回填处理的基坑，应在雨水来临前进行有效覆盖保 护，避免受雨水影响，且确保外围水不进入基坑。 （３）严防基坑开挖成型后长期裸露遭受风吹 日晒。 （４）对清基后基坑存在较多青砖块部位，严禁选 用大型挖掘机进行处理，可采用扰动较小的洛阳铲探 明是否地基有坟等空腔，并人工配合进行清理。 （５）加强巡视，及时、定时对基坑积水进行抽排， 严防基面土体受浸泡。 ５结语 ｒ 膨胀土地区工程建设中，基坑从施工开挖到回填 处理，务必严格执行技术规定要求和相关规程规范。 只有真正把技术性工作落实到位，精心组织、科学施 工，才不会留有隐患。 （１）抓住开挖、回填时机，并做到排水、开蹬、及时 回填及结合人工夯实等施工措施，可确保基坑回填处 理质量取得效果良好； （２）基坑的防护工作要有效，即防风吹日晒失水 干裂，防雨淋冲刷土体结构破坏，防汇积水浸泡软化土 体，并保证地下水及地表水的有效抽排； （３）参建人员对膨胀土特性认识不足，易造成不 资源环境与工程 ２０１５生 按膨胀土工程特性进行施工。开工前进行专门培训学 习是非常有必要的； 社，１９９７． 阳云华，强鲁斌，龚壁卫，等．国家十一五科技支撑计划课题 （２００６ＢＡＢ０４Ａ１０）专题一膨胀土（岩体）基本特性研究报告［Ｒ］． 武汉：长江勘测规划设计研究有限公司，２０１０． （４）保证施工组织工序合理，避免施工造成工程 条件恶化，引起不必要的变形破坏，如作业面太多、战 蔡耀军，阳云华，赵曼，等．膨胀土边坡工程地质研究［Ｍ］．武汉： 长江出版社，２０１３． 线太长等施工现象。 参考文献： ［１］吴德绪，倪晖．南水北调中线工程设计与重大技术问题研究［Ｊ］． 人民长江，２００３，４５（６）：１—３． 陈尚发，倪锦初，阳云华，等．国家十一五科技支撑计划课题（课题 编号：２００６ＢＡＢ０４Ａ１０专题四）膨胀土（岩）渠坡的设计与施工研 究［Ｒ］．武汉：长江勘测规划设计研究有限公司，２０１０． ＮｓＢＤ—ｚ）【Ｊ—２—Ｏｌ，南水北调中线一期工程总干渠渠道膨胀土 ［２］ 阳云华，关沛强，李峰，等．南水北调中线一期工程总干渠淅川段 初步设计工程地质勘察报告［Ｒ］．武汉：长江勘测规划设计有限 责任公司，２００８． 处理施工技术要求［ｓ］． ＮｓＢＤ—ｚ）（Ｊ—２—３７，南水北调中线一期工程总干渠渠道水泥改 性土施工技术规定［ｓ］． ［３］刘特洪．工程建设中的膨胀土问题［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版 （责任编辑：陈文宝） Ｔｈｅ Ｂａｃｋｆｉｌｌ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｘｐａｎｓｉｖｅ Ｓｏｉｌ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｐｉｔ ＱＩＡＮＧ Ｌｕｂｉｎ，ＬＩ Ｍｉ （Ｃｈａｒ￣ｉａｎｇ Ｃ，ｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｗｕｈａｎ），Ｗｕｈａｎ，Ｈｕｂｅｉ ４３００１０） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｈａｎｎｅｌｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｉｄｄｌｅ ｌｉｎｅ ｏｆ ｈｅ ｓｔｏｕｔｈ—ｔｏ－ｎｏｒｔｈ ｗａｔｅｒ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｐｒｏｊｅｃｔ ｈａｖｅ ｍａｎｙ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ ｌａｙｏｕｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｅｓｉｇｎｓ．Ｉｎ ｔｈｅ ｅｘｐａｎｓｉｖｅ ｓｏｉｌ ａｎｄ ｒｏｃｋ ｃｈａｎｎｅｌ ｗｉｔｈｉｎ ４００ ｋｍ ｒａｎｇｅ，ｗａｔｅｒ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ，ｄｅｈｙｄｒａｔｉｏｎ ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ａｎｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｍａｋｅ ｉｔ ｄｉｉｃｕｌｆｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ａｎｄ ｂａｃｋｆｉｌｌ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｔｓ． Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ ｗｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｂａｃｋｆｉｌｌ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｅｓｉｇｎｓ．Ｉｆ ｔｈｅ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｏｒ ｔｈｅ ｂａｃｋｆｉｌｌ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｇｏｅｓ ｗｒｏｎｇ，ｉｔ ｍａｙ ｈａｖｅ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｅｘｐａｎｓｉｖｅ ｓｏｉｌ—ｂａｓｅｄ ｓｌｏｐｅｓ ｏｒ ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔｓ，ｔｈｅ ｓｌｏｐｅｓ ｍａｙ ｂｅ ｕｎｓｔａｂｌｅ，ｔｈｅ ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔｓ ｍａｙ ｇｅｔ ｇｒｏｕｎｄ ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ，ｗｈｉｃｈ ｅｖｅｎｔｕａｌｌｙ ｅｎｄａｎｇｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｗｅ ｕｓｅ ｔｈｅ ｅｘｐａｎｓｉｖｅ ｓｏｉｌ ｏｆ Ｘｉｃｈｕａｎ ｓｅｇｍｅｎｔ ｃｈａｎｎｅｌ ｆｏｒ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｏ ｇｉｖｅ ｄｅｔａｉｌｅｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ｆｕｔｕｒｅ ｅｘｐａｎｓｉｖｅ—ｓｏｉｌ—ｂａｓｅｄ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｂａｃｋｆｉｌｌ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｘｐａｎｓｉｖｅ ｓｏｉｌ；ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｔ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ；ｂａｃｋｆｉｌｌ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ ｓｌｏｐｅ；ｔｈｅ ｍｉｄｄｌｅ ｌｉｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｕｔｈ— ｔｏ．ｎｏｒｔｈ ｗａｔｅｒ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｐｒｏｊｅｃｔ