桩间土流失机理及支护办法的探讨

孙广灿

(中国煤炭科工集团 北京华宇工程有限公司，河南平顶山 467002)

0 引言

在平顶山市深基坑支护中，桩锚支护结构得到了广泛的应用，桩间土支护往往被忽视，而细节往往决定成败，基坑开挖后，桩间土体暴露在外，容易发生桩间膨胀土严重流失，支护桩桩后土体逐渐坍落，桩体无法对桩后土体进行可靠支撑，使桩体及背后土体受力条件发生改变，最终造成严重后果甚至是基坑事故。对桩锚支护体系的安全和变形产生严重的不良影响，而现行基坑支护规范对桩间土的支护措施介绍又较为简单，支护设计及施工人员对桩间土支护的重要性又认识不足，造成了由于桩间土处理不当而产生的工程问题不断发生。排桩桩间土应采取防护措施［1］，根据基坑相应的地质条件，正确选择和实施桩间土支护的方案，已成为一个急需解决的课题。

1 平顶山市典型工程地质条件

1.1 工程地质条件

在平顶山地区，存在膨胀土的地段主要由这几个地层构成:①层表土;②层粘土;③层钙核;④层粘土;⑤层粘土，其工程地质情况见表1。

1.2 水文地质条件

场地地下水稳定水位埋深在自然地面下1.7 m～3.0 m之间。场地地下水类型为潜水，主要赋存于③层钙核中，主要接受大气降水及地面水、生活用水渗流补给，以人工取水、蒸发及径流等方式排泄。

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1.3 膨胀土的特性

膨胀土主要由强亲水性粘土矿物蒙脱石和伊利石组成，以灰黄色、褐黄色为主，硬塑～坚硬状态，近垂直或水平的两组裂隙发育，裂隙面上被次生青灰色粘土充填，土体表面呈青灰色或青灰色条带。裂隙面极光滑，油腻状，具蜡状光泽。切开粘土表面充填物，内层仍是灰黄色，裂隙多呈闭合状，当其随卸荷及松动而张裂，在坡脚被开挖时，常沿裂隙面整体坐落呈“岩堆状”。粘土层外观坚硬，但其遇水极易软化，“干时一把刀，湿时一团糟”是对其性质的最好写照。膨胀土具有三性，胀缩性，裂隙性，超固结性，这三性对工程影响很大，裂隙性是关键因素，胀缩性是产生裂隙的内因，而超固结性则是促进因素。胀缩性和超固结性的影响，在一定程度上是通过裂隙性作为载体表现出来的，其边坡的稳定性明显地受土体裂隙面或青灰色薄夹层的控制［2］。

显化崩解性是膨胀土的一个显著特性，膨胀土体浸水后，水进入孔隙引起粒间公共水化膜增厚，导致土颗粒间连接减弱或消失，以致土体产生崩解。实际上崩解是土体膨胀的一种特殊形式或者是进一步发展。试样浸水后表层立即产生裂缝迅速崩落，8 min后土样呈块状裂开，裂面多沿灰白色与黄色边沿产生。

根据土工试验资料可知，④层，⑤层土为膨胀土，特别是④层粘土，根据试验结果，其自由膨胀率δef＜90，而且③层土正是含水层，④层，⑤层对基坑支护影响特别大。

2 平顶山地区桩间膨胀土的流失机理

由平顶山市的典型地质剖面可以看到，平顶山市地下水为浅部地下水，属于潜水，基坑开挖时含水层底面高于开挖面，则通用的井点或深井是不能达到降水目的的，是疏不干的，井里的水一抽就干，不抽又有，开挖时照常有水，其实，这已不是降低水位而是整个含水层的疏干问题［3］。

由于平顶山市独特的水文地质条件，决定了基坑开挖时坡面膨胀土的流失机理，由于膨胀土具有网状结构，土方开挖应力释放后，网状裂隙张开，会出现局部掉块坍塌，同时局部渗水点渗水量大会对坡面产生浸泡，冲刷，在施工过程中应重点做好排水防渗工作，保持膨胀土体内水量稳定，避免土体膨胀。

一方面，基坑的开挖，致使内外侧水力梯度增大，加速了水向基坑渗流，是桩后土体保水，膨胀土体吸水膨胀，产生膨胀压力，有向各个方向拓展的要求［4］，而其竖向变形受土的自重压力限制，土体变形便向最薄弱的临空面发展，致使原状土体结构破坏。

另一方面，基坑开挖后，坑壁形成了临空面，原有的静水平衡条件遭到破坏，在动水压力下，上部水体顺着膨胀土裂隙向下流，桩间土一般的简单喷护阻止了水体向外流出，汇集于基坑开挖面，土体遇水膨胀崩解，形成了毫无粘聚力的块状土体，原有状态被破坏，等这种状况发展到一定程度，简单的桩间喷护面不能承担其侧压力，发生破坏，桩间土体开始流失，如图1所示。桩后土体也进一步脱落，随着水流及风的影响，桩后土体脱落进一步扩大，造成基坑临近地面塌陷，地面开始出现裂缝，桩后已不是原状土，桩后土体形成的临空面会进一步坍塌，原有的桩土受力模式发生变化，支护结构发生破坏。

3 桩间土的支护方法

3.1 一般的支护方法

修整桩间土，上下每隔0.5 m打入一列长500 mm的短钢筋，钢筋直径为12 mm～16 mm，上面焊接φ6的一级钢筋，然后喷射50 mm的混凝土面层。如图2所示由于土体具有膨胀性，桩间土经水体浸泡和应力释放后，形成毫无粘聚力的碎块状土体，桩间打入钢筋不能与桩间土形成有力连接，桩间支护面层不能与两侧桩和原有土体形成良好的连接。在平顶山市一工地开始施工时采用该方法，面层喷射后没几天就出现脱落现象，随着时间的推移脱落现象越来越严重，给坑下施工人员及边坡造成安全隐患，而且，经现场监测，坡顶沉降变形较大，个别点超过60 mm。

3.2 修正

由于原有的设计不适合该场地土层，随后对其进行了改进［6］(如图3所示)。

1)修整坡面，编钢筋网片(φ8@200);

2)在两桩之间打入1.5 m长，直径为12 mm～16 mm的钢筋，上下间距1.0 m;

3)在桩上植入挂网钢筋，直径为12 mm～16 mm，长0.4 m，L形，上下间距1.0 m;

4)放置水平加强筋，水平加强筋与钢筋钉、挂网钢筋进行焊接，单面焊接长度不小于10d(d为钢筋直径);

5)喷射混凝土面层，其厚度不小于50 mm。

该方法使桩与桩间土、面层形成了一个良好有效的连接，现场按该方法施工后，桩间土得到了有效的保护，施工后未出现面层脱落现象，而且，根据现场监测可知，坡顶上部沉降变形得到了有效控制，沉降变形都在规范允许范围内，也可用48×3.5钢管，2 m长代替钢筋钉，在其他工地也取得了良好的效果。

4 结语

实践证明，对桩间土采取有效的支护措施是必要的，在平顶山膨胀土地段进行基坑施工时，要尽量保持土体的原始物理性质，应密切注意地表水和地下水的分布及活动状况，以免水土相互作用，给工程带来极大危害。桩间土支护中，桩间水平加强筋要与支护桩有可靠连接，确保桩间土体保持原有的结构整体性和原有应力状态，从而遏制了膨胀土的膨胀潜势，保证基坑的安全;在深基坑施工过程中，施工监测必须做到:实施动态化信息管理，及时调整施工方案，使施工管理更加科学化、合理化。

［1］ JGJ 120-2012，建筑基坑支护技术规程［S］.

［2］ 王国强.安徽省江淮地区膨胀土的工程性质研究［J］.岩土工程学报，1999，21(1):119-121.

［3］ 张治晖，伍 军，张治昊，等.“疏不干含水层”的辐射井降水技术［J］.岩土工程技术，2000(3):159-162.

［4］ 李林生，秦素娟，薄遵昭，等.中国膨胀土地质研究［M］.南京:江苏科学技术出版社，1992:8-92.

［5］ 陈 艳，王守伟.膨胀土边坡失稳治理方案设计［J］.山西建筑，2011，37(14):58-59.

［6］ 11SG814，建筑基坑支护结构构造［S］.