樁間土流失機(jī)理及支護(hù)辦法的探討

孫廣燦

(中國(guó)煤炭科工集團(tuán) 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(hù)中，樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)得到了廣泛的應(yīng)用，樁間土支護(hù)往往被忽視，而細(xì)節(jié)往往決定成敗，基坑開挖后，樁間土體暴露在外，容易發(fā)生樁間膨脹土嚴(yán)重流失，支護(hù)樁樁后土體逐漸坍落，樁體無(wú)法對(duì)樁后土體進(jìn)行可靠支撐，使樁體及背后土體受力條件發(fā)生改變，最終造成嚴(yán)重后果甚至是基坑事故。對(duì)樁錨支護(hù)體系的安全和變形產(chǎn)生嚴(yán)重的不良影響，而現(xiàn)行基坑支護(hù)規(guī)范對(duì)樁間土的支護(hù)措施介紹又較為簡(jiǎn)單，支護(hù)設(shè)計(jì)及施工人員對(duì)樁間土支護(hù)的重要性又認(rèn)識(shí)不足，造成了由于樁間土處理不當(dāng)而產(chǎn)生的工程問(wèn)題不斷發(fā)生。排樁樁間土應(yīng)采取防護(hù)措施［1］，根據(jù)基坑相應(yīng)的地質(zhì)條件，正確選擇和實(shí)施樁間土支護(hù)的方案，已成為一個(gè)急需解決的課題。

1 平頂山市典型工程地質(zhì)條件

1.1 工程地質(zhì)條件

在平頂山地區(qū)，存在膨脹土的地段主要由這幾個(gè)地層構(gòu)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(zhì)情況見(jiàn)表1。

1.2 水文地質(zhì)條件

場(chǎng)地地下水穩(wěn)定水位埋深在自然地面下1.7 m～3.0 m之間。場(chǎng)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(bǔ)給，以人工取水、蒸發(fā)及徑流等方式排泄。

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1.3 膨脹土的特性

膨脹土主要由強(qiáng)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(jiān)硬狀態(tài)，近垂直或水平的兩組裂隙發(fā)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(nèi)層仍是灰黃色，裂隙多呈閉合狀，當(dāng)其隨卸荷及松動(dòng)而張裂，在坡腳被開挖時(shí)，常沿裂隙面整體坐落呈“巖堆狀”。粘土層外觀堅(jiān)硬，但其遇水極易軟化，“干時(shí)一把刀，濕時(shí)一團(tuán)糟”是對(duì)其性質(zhì)的最好寫照。膨脹土具有三性，脹縮性，裂隙性，超固結(jié)性，這三性對(duì)工程影響很大，裂隙性是關(guān)鍵因素，脹縮性是產(chǎn)生裂隙的內(nèi)因，而超固結(jié)性則是促進(jìn)因素。脹縮性和超固結(jié)性的影響，在一定程度上是通過(guò)裂隙性作為載體表現(xiàn)出來(lái)的，其邊坡的穩(wěn)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(gè)顯著特性，膨脹土體浸水后，水進(jìn)入孔隙引起粒間公共水化膜增厚，導(dǎo)致土顆粒間連接減弱或消失，以致土體產(chǎn)生崩解。實(shí)際上崩解是土體膨脹的一種特殊形式或者是進(jìn)一步發(fā)展。試樣浸水后表層立即產(chǎn)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(chǎn)生。

根據(jù)土工試驗(yàn)資料可知，④層，⑤層土為膨脹土，特別是④層粘土，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，其自由膨脹率δef＜90，而且③層土正是含水層，④層，⑤層對(duì)基坑支護(hù)影響特別大。

2 平頂山地區(qū)樁間膨脹土的流失機(jī)理

由平頂山市的典型地質(zhì)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(shí)含水層底面高于開挖面，則通用的井點(diǎn)或深井是不能達(dá)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(shí)照常有水，其實(shí)，這已不是降低水位而是整個(gè)含水層的疏干問(wèn)題［3］。

由于平頂山市獨(dú)特的水文地質(zhì)條件，決定了基坑開挖時(shí)坡面膨脹土的流失機(jī)理，由于膨脹土具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，土方開挖應(yīng)力釋放后，網(wǎng)狀裂隙張開，會(huì)出現(xiàn)局部掉塊坍塌，同時(shí)局部滲水點(diǎn)滲水量大會(huì)對(duì)坡面產(chǎn)生浸泡，沖刷，在施工過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)做好排水防滲工作，保持膨脹土體內(nèi)水量穩(wěn)定，避免土體膨脹。

一方面，基坑的開挖，致使內(nèi)外側(cè)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(chǎn)生膨脹壓力，有向各個(gè)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(fā)展，致使原狀土體結(jié)構(gòu)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(dòng)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(jiǎn)單噴護(hù)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(wú)粘聚力的塊狀土體，原有狀態(tài)被破壞，等這種狀況發(fā)展到一定程度，簡(jiǎn)單的樁間噴護(hù)面不能承擔(dān)其側(cè)壓力，發(fā)生破壞，樁間土體開始流失，如圖1所示。樁后土體也進(jìn)一步脫落，隨著水流及風(fēng)的影響，樁后土體脫落進(jìn)一步擴(kuò)大，造成基坑臨近地面塌陷，地面開始出現(xiàn)裂縫，樁后已不是原狀土，樁后土體形成的臨空面會(huì)進(jìn)一步坍塌，原有的樁土受力模式發(fā)生變化，支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。

3 樁間土的支護(hù)方法

3.1 一般的支護(hù)方法

修整樁間土，上下每隔0.5 m打入一列長(zhǎng)500 mm的短鋼筋，鋼筋直徑為12 mm～16 mm，上面焊接φ6的一級(jí)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(jīng)水體浸泡和應(yīng)力釋放后，形成毫無(wú)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(hù)面層不能與兩側(cè)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(shí)采用該方法，面層噴射后沒(méi)幾天就出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，隨著時(shí)間的推移脫落現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重，給坑下施工人員及邊坡造成安全隱患，而且，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，坡頂沉降變形較大，個(gè)別點(diǎn)超過(guò)60 mm。

3.2 修正

由于原有的設(shè)計(jì)不適合該場(chǎng)地土層，隨后對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)［6］(如圖3所示)。

1)修整坡面，編鋼筋網(wǎng)片(φ8@200);

2)在兩樁之間打入1.5 m長(zhǎng)，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(wǎng)鋼筋，直徑為12 mm～16 mm，長(zhǎng)0.4 m，L形，上下間距1.0 m;

4)放置水平加強(qiáng)筋，水平加強(qiáng)筋與鋼筋釘、掛網(wǎng)鋼筋進(jìn)行焊接，單面焊接長(zhǎng)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(gè)良好有效的連接，現(xiàn)場(chǎng)按該方法施工后，樁間土得到了有效的保護(hù)，施工后未出現(xiàn)面層脫落現(xiàn)象，而且，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)可知，坡頂上部沉降變形得到了有效控制，沉降變形都在規(guī)范允許范圍內(nèi)，也可用48×3.5鋼管，2 m長(zhǎng)代替鋼筋釘，在其他工地也取得了良好的效果。

4 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，對(duì)樁間土采取有效的支護(hù)措施是必要的，在平頂山膨脹土地段進(jìn)行基坑施工時(shí)，要盡量保持土體的原始物理性質(zhì)，應(yīng)密切注意地表水和地下水的分布及活動(dòng)狀況，以免水土相互作用，給工程帶來(lái)極大危害。樁間土支護(hù)中，樁間水平加強(qiáng)筋要與支護(hù)樁有可靠連接，確保樁間土體保持原有的結(jié)構(gòu)整體性和原有應(yīng)力狀態(tài)，從而遏制了膨脹土的膨脹潛勢(shì)，保證基坑的安全;在深基坑施工過(guò)程中，施工監(jiān)測(cè)必須做到:實(shí)施動(dòng)態(tài)化信息管理，及時(shí)調(diào)整施工方案，使施工管理更加科學(xué)化、合理化。

［1］ JGJ 120-2012，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程［S］.

［2］ 王國(guó)強(qiáng).安徽省江淮地區(qū)膨脹土的工程性質(zhì)研究［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，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(shù)［J］.巖土工程技術(shù)，2000(3):159-162.

［4］ 李林生，秦素娟，薄遵昭，等.中國(guó)膨脹土地質(zhì)研究［M］.南京:江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，1992:8-92.

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

［6］ 11SG814，建筑基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造［S］.