樁間土流失機理及支護辦法的探討

孫廣燦

(中國煤炭科工集團 北京華宇工程有限公司，河南平頂山 467002)

0 引言

在平頂山市深基坑支護中，樁錨支護結構得到了廣泛的應用，樁間土支護往往被忽視，而細節往往決定成敗，基坑開挖后，樁間土體暴露在外，容易發生樁間膨脹土嚴重流失，支護樁樁后土體逐漸坍落，樁體無法對樁后土體進行可靠支撐，使樁體及背后土體受力條件發生改變，最終造成嚴重后果甚至是基坑事故。對樁錨支護體系的安全和變形產生嚴重的不良影響，而現行基坑支護規范對樁間土的支護措施介紹又較為簡單，支護設計及施工人員對樁間土支護的重要性又認識不足，造成了由于樁間土處理不當而產生的工程問題不斷發生。排樁樁間土應采取防護措施［1］，根據基坑相應的地質條件，正確選擇和實施樁間土支護的方案，已成為一個急需解決的課題。

1 平頂山市典型工程地質條件

1.1 工程地質條件

在平頂山地區，存在膨脹土的地段主要由這幾個地層構成:①層表土;②層粘土;③層鈣核;④層粘土;⑤層粘土，其工程地質情況見表1。

1.2 水文地質條件

場地地下水穩定水位埋深在自然地面下1.7 m～3.0 m之間。場地地下水類型為潛水，主要賦存于③層鈣核中，主要接受大氣降水及地面水、生活用水滲流補給，以人工取水、蒸發及徑流等方式排泄。

?

1.3 膨脹土的特性

膨脹土主要由強親水性粘土礦物蒙脫石和伊利石組成，以灰黃色、褐黃色為主，硬塑～堅硬狀態，近垂直或水平的兩組裂隙發育，裂隙面上被次生青灰色粘土充填，土體表面呈青灰色或青灰色條帶。裂隙面極光滑，油膩狀，具蠟狀光澤。切開粘土表面充填物，內層仍是灰黃色，裂隙多呈閉合狀，當其隨卸荷及松動而張裂，在坡腳被開挖時，常沿裂隙面整體坐落呈“巖堆狀”。粘土層外觀堅硬，但其遇水極易軟化，“干時一把刀，濕時一團糟”是對其性質的最好寫照。膨脹土具有三性，脹縮性，裂隙性，超固結性，這三性對工程影響很大，裂隙性是關鍵因素，脹縮性是產生裂隙的內因，而超固結性則是促進因素。脹縮性和超固結性的影響，在一定程度上是通過裂隙性作為載體表現出來的，其邊坡的穩定性明顯地受土體裂隙面或青灰色薄夾層的控制［2］。

顯化崩解性是膨脹土的一個顯著特性，膨脹土體浸水后，水進入孔隙引起粒間公共水化膜增厚，導致土顆粒間連接減弱或消失，以致土體產生崩解。實際上崩解是土體膨脹的一種特殊形式或者是進一步發展。試樣浸水后表層立即產生裂縫迅速崩落，8 min后土樣呈塊狀裂開，裂面多沿灰白色與黃色邊沿產生。

根據土工試驗資料可知，④層，⑤層土為膨脹土，特別是④層粘土，根據試驗結果，其自由膨脹率δef＜90，而且③層土正是含水層，④層，⑤層對基坑支護影響特別大。

2 平頂山地區樁間膨脹土的流失機理

由平頂山市的典型地質剖面可以看到，平頂山市地下水為淺部地下水，屬于潛水，基坑開挖時含水層底面高于開挖面，則通用的井點或深井是不能達到降水目的的，是疏不干的，井里的水一抽就干，不抽又有，開挖時照常有水，其實，這已不是降低水位而是整個含水層的疏干問題［3］。

由于平頂山市獨特的水文地質條件，決定了基坑開挖時坡面膨脹土的流失機理，由于膨脹土具有網狀結構，土方開挖應力釋放后，網狀裂隙張開，會出現局部掉塊坍塌，同時局部滲水點滲水量大會對坡面產生浸泡，沖刷，在施工過程中應重點做好排水防滲工作，保持膨脹土體內水量穩定，避免土體膨脹。

一方面，基坑的開挖，致使內外側水力梯度增大，加速了水向基坑滲流，是樁后土體保水，膨脹土體吸水膨脹，產生膨脹壓力，有向各個方向拓展的要求［4］，而其豎向變形受土的自重壓力限制，土體變形便向最薄弱的臨空面發展，致使原狀土體結構破壞。

另一方面，基坑開挖后，坑壁形成了臨空面，原有的靜水平衡條件遭到破壞，在動水壓力下，上部水體順著膨脹土裂隙向下流，樁間土一般的簡單噴護阻止了水體向外流出，匯集于基坑開挖面，土體遇水膨脹崩解，形成了毫無粘聚力的塊狀土體，原有狀態被破壞，等這種狀況發展到一定程度，簡單的樁間噴護面不能承擔其側壓力，發生破壞，樁間土體開始流失，如圖1所示。樁后土體也進一步脫落，隨著水流及風的影響，樁后土體脫落進一步擴大，造成基坑臨近地面塌陷，地面開始出現裂縫，樁后已不是原狀土，樁后土體形成的臨空面會進一步坍塌，原有的樁土受力模式發生變化，支護結構發生破壞。

3 樁間土的支護方法

3.1 一般的支護方法

修整樁間土，上下每隔0.5 m打入一列長500 mm的短鋼筋，鋼筋直徑為12 mm～16 mm，上面焊接φ6的一級鋼筋，然后噴射50 mm的混凝土面層。如圖2所示由于土體具有膨脹性，樁間土經水體浸泡和應力釋放后，形成毫無粘聚力的碎塊狀土體，樁間打入鋼筋不能與樁間土形成有力連接，樁間支護面層不能與兩側樁和原有土體形成良好的連接。在平頂山市一工地開始施工時采用該方法，面層噴射后沒幾天就出現脫落現象，隨著時間的推移脫落現象越來越嚴重，給坑下施工人員及邊坡造成安全隱患，而且，經現場監測，坡頂沉降變形較大，個別點超過60 mm。

3.2 修正

由于原有的設計不適合該場地土層，隨后對其進行了改進［6］(如圖3所示)。

1)修整坡面，編鋼筋網片(φ8@200);

2)在兩樁之間打入1.5 m長，直徑為12 mm～16 mm的鋼筋，上下間距1.0 m;

3)在樁上植入掛網鋼筋，直徑為12 mm～16 mm，長0.4 m，L形，上下間距1.0 m;

4)放置水平加強筋，水平加強筋與鋼筋釘、掛網鋼筋進行焊接，單面焊接長度不小于10d(d為鋼筋直徑);

5)噴射混凝土面層，其厚度不小于50 mm。

該方法使樁與樁間土、面層形成了一個良好有效的連接，現場按該方法施工后，樁間土得到了有效的保護，施工后未出現面層脫落現象，而且，根據現場監測可知，坡頂上部沉降變形得到了有效控制，沉降變形都在規范允許范圍內，也可用48×3.5鋼管，2 m長代替鋼筋釘，在其他工地也取得了良好的效果。

4 結語

實踐證明，對樁間土采取有效的支護措施是必要的，在平頂山膨脹土地段進行基坑施工時，要盡量保持土體的原始物理性質，應密切注意地表水和地下水的分布及活動狀況，以免水土相互作用，給工程帶來極大危害。樁間土支護中，樁間水平加強筋要與支護樁有可靠連接，確保樁間土體保持原有的結構整體性和原有應力狀態，從而遏制了膨脹土的膨脹潛勢，保證基坑的安全;在深基坑施工過程中，施工監測必須做到:實施動態化信息管理，及時調整施工方案，使施工管理更加科學化、合理化。

［1］ JGJ 120-2012，建筑基坑支護技術規程［S］.

［2］ 王國強.安徽省江淮地區膨脹土的工程性質研究［J］.巖土工程學報，1999，21(1):119-121.

［3］ 張治暉，伍 軍，張治昊，等.“疏不干含水層”的輻射井降水技術［J］.巖土工程技術，2000(3):159-162.

［4］ 李林生，秦素娟，薄遵昭，等.中國膨脹土地質研究［M］.南京:江蘇科學技術出版社，1992:8-92.

［5］ 陳 艷，王守偉.膨脹土邊坡失穩治理方案設計［J］.山西建筑，2011，37(14):58-59.

［6］ 11SG814，建筑基坑支護結構構造［S］.