桩锚支护结构中桩间土保护研究

桩锚支护结构中桩间土保护研究

陈建涛

中国一冶集团有限公司，湖北 武汉 430080

摘要：基坑工程采用桩锚支护结构时，桩间部分土体外露，若不对这部分外露的桩间土进行保护，则会对基坑施工产生较大影响。针对不同地下水情况、降水方案等，提出了桩间土的保护方法，以通过深基坑支护措施来保证工程及周边环境安全。

关键词：基坑；桩锚支护；桩间土

1前言

在深基坑工程中，桩锚支护结构应用十分广泛，但护坡桩有一定间距，桩间部分土体外露，若不对这部分外露的桩间土进行保护，则会对基坑施工产生较大影响。在工程实践中，随着支护结构设计和施工水平的不断提高，桩间土保护对支护结构的变形和安全影响日趋突出，但现行规范对桩间土保护要求较为简单，设计和施工人员对桩间土保护的重要性认识不足，近几年因桩间土保护不当而造成的工程问题不断发生。重视桩间土的保护，对不同工程地质条件和不同支护方案下桩间土保护问题进行研究，正确选择和实施桩间土保护措施，已成为一个亟待解决的问题。

2桩间土的概念

在桩锚支护结构中，桩间距L通常都大于护坡桩的直径d，桩和桩之间存在宽度为b的桩间土。桩锚支护工程施工中，桩间土很容易破坏或流失，特别是基坑降水时，坑内外产生的水头差使桩间土更容易破坏或流失，将给支护结构带来不利影响。但在支护结构设计中，有些设计人员对桩间土的保护不够重视，忽视对桩间土的保护或采取的措施不当，致使基坑开挖时造成一些问题或事故。

3桩间土流失机理

地质条件、地下水情况、降水方案等不同，桩间土遭受破坏和流失的情况也不相同，现针对不同情况分别进行讨论。

3.1地下水位以下地层

(1)基坑采用开放式降水时，桩间土流失情况。地下水位以下地层，如果采用开放式降水，降水不及时或其他原因，那么当坑外水位高出土方开挖面时，坑外地下水将会通过护坡桩之间的桩间土向基坑内渗流，同时，也会将桩间土和桩后土体大量冲刷带入基坑，淘空桩后土体，使坑外土体发生较大变形，甚至局部坍塌。在粉土、粉沙与隔水地层交互的地层条件下，虽然地下水位可以通过降水被控制在基坑开挖面以下，但是受隔水层的阻滞作用，粉土和粉沙层中的水被长时间大量隔存在土层中，基坑降水后，远处的地下水也将向临近的坑壁土层中补充。这些隔存或补充在粉土、粉沙层的水，将会不断携带土粒通过桩间土向基坑内流，最终形成流泥(沙)通道，使边坡产生较大变形。

近几年来，郑州郑东新区CBD外环建筑群和地下停车场开挖的深14～18m的建筑基坑，多采用桩锚支护结构和坑外敞开式降水。前期开挖的基坑，有些没有采取有效措施对桩间土进行保护，在基坑开挖过程中，几乎都遭受了桩间土流失，轻者局部基坑坡顶底面变形明显增加，重者桩间土和桩后土体大量掏空，局部护坡桩与土体脱离，边坡土体发生较大变形并造成周边道路路面开裂。在主体工程施工时，桩间土流失经常造成大片土体从高处坠落，对坑下施工人员安全带来严重威胁。

(2)基坑设置止水帷幕时，桩间土流失情况。在地下水位以下，虽然基坑设置了止水帷幕，但桩间土保护仍然重要，特别是采用桩锚支护的基坑中，桩间土的保护更为重要。止水帷幕一般设置在护坡桩的外侧，当采用搅拌桩法施工时，护坡桩与止水帷幕之间留有约150mm的间隙，基坑开挖时，基坑外侧的地下水位较高。如果没有采取可靠的桩间土保护措施，在坑内外地下水位水头差的作用下，无论是止水帷幕自身渗漏，还是锚索施工时，锚孔打穿止水帷幕所造成的锚孔渗漏，都会将桩间土和桩与止水帷幕之间间隙内的土一起流失掉，使护坡桩与止水帷幕分离开。上述情况一旦出现，护坡桩无法对桩后土体进行可靠支撑，基坑边坡的土压力将由止水帷幕来承担。随着桩间土和桩后土流失越来越严重，止水帷幕受力必然越来越大，最终可能导致止水帷幕断裂破坏而失去作用，使坑外地下水大量涌入基坑，最终造成严重后果甚至事故。当采用高压旋喷法进行止水帷幕施工时，止水帷幕与护坡桩之间实现咬合，从而消除护坡桩与止水帷幕之间的间隙，但这种情况下，桩间土的保护依然值得重视。止水帷幕自身渗漏或锚孔渗漏都会在桩间土流失的同时，从桩后基坑边坡土体中将泥沙带入基坑，造成土体流失。渗漏发生后，如果不能迅速有效实施堵漏，将会增大基坑变形。基坑堵漏在护坡桩外侧的止水帷幕上进行，由于护坡桩占据一定的空间，因此堵漏时作业人员与止水帷幕渗漏点之间存在一定距离，作业人员很难抵达渗漏处进行堵漏，为堵漏带来了很大困难，不利于有效控制土体流失。基坑监测数据表明，一旦坑壁发生了明显的土体流失，基坑变形就会明显增加。因此，通过有效措施对桩间土进行保护，使得在桩间土上直接而迅速地实施堵漏成为可能，最大限度地控制土体流失，对保证基坑安全有重要意义。

3.2地下水位以上地层

地下水位以上的基坑，开挖时不受地下水的影响，这种情况下往往不对桩间土进行保护或者只是在基坑侧壁素喷40mm左右厚的混凝土，有时，也会在混凝土内设置一层钢板网。但在松散的粉土、粉沙和黏性土层中，如果不对桩间土进行保护，那么基坑侧壁桩间土在基坑开挖后便裸露出来，土中水分逐步散失，松散的粉土、粉沙不断向基坑内流失，黏性土也将不断开裂，最终呈块状向基坑内脱落，对后续施工和坑下作业人员安全带来威胁。若采用素喷混凝土或加钢板网喷射混凝土对桩间土进行保护，因混凝土与土体之间无法可靠黏结，加上混凝土干缩的影响，混凝土面层很容易呈大片脱落，坠入基坑，不仅失去了对桩间土的保护作用，而且也成为安全隐患。

4桩间土保护

综上所述，当采取桩锚支护结构进行基坑支护开挖时，桩间土的保护非常值得重视。桩间土的保护措施应根据基坑工程的具体情况区别对待。对于地下水位以上的基坑工程，当对边坡变形要求较高时，应挂钢筋网喷射混凝土来进行保护，而且钢筋网应与桩后土层所设的土钉或护坡桩上植筋所设的螺栓进行可靠连接。在气候不太干燥的地区，当基坑边坡变形控制要求不高时，若土层不是松散粉细沙或易干裂黏性土，可采用素喷混凝土来进行防护，但应采取可靠的防脱落措施或在坠落区进行隔离防护。地下水位以下不设置止水帷幕的工程，当坑外无特别软弱土层或敏感的粉土层，且这些土层下面无明显的隔水层时，可挂钢筋网喷射混凝土来进行保护，同时应采取措施防止混凝土面层破坏或脱落。当设置止水帷幕时，则应在桩间设置咬合高压旋喷桩进行桩间土加固，以便当基坑开挖时或在锚孔施工出现止水帷幕渗漏时，能立即采取堵漏和处理措施，避免桩间土和桩后土体长时间流失。

5结束语

近年来，桩锚支护结构被广泛应用，随着锚索施工技术水平的不断提高，单根锚索抗拔能力不断提高，使得护坡桩的直径越来越小，桩间距越来越大，这种发展趋势不利于桩间土的保护，工程实践表明，若不采取有效措施，由桩间土保护不当所引发的桩锚支护基坑问题必将越来越多。不同工程地质条件和不同支护方案下的不同工程，桩间土的流失机理和桩间土保护不当所造成的影响各不相同，桩间土的保护应当根据不同情况区别对待，通过深基坑支护措施来保证工程及周边环境安全。

参考文献

[1]李元勋.深基坑桩锚支护内力与变形分析方法及试验研究[D].兰州理工大学,2016.

[2]徐雅丽.深基坑桩锚支护结构的优化设计与模拟分析[D].内蒙古科技大学,2015.

[3]杨校辉,朱彦鹏,郭楠,黄雪峰.地铁车站深基坑桩锚支护结构内力试验研究[J].岩土力学,2014,35(S2):185-197.

[4]王一鸣.深基坑多支点桩锚支护结构优化设计[D].兰州理工大学,2014.

[5]许海勇,陈龙珠,刘全林.桩锚支护结构水平位移的简化算法[J].岩土力学,2013,34(08):2323-2328.