2.4.3 桩墙式支护结构
桩式围护墙的型式有：钢筋混凝土板桩、钢板桩等连续式排桩；钻孔灌注桩、人工挖孔桩、大孔径沉管灌注桩、钢筋混凝土预制桩、Η形钢桩、工字形钢桩等分离式排桩。分离式排桩在软弱含水地层中，应设置止水帷幕防渗。板式围护墙一般采用现浇地下连续墙或有加劲性钢筋的水泥土支护墙。
桩墙式支护结构按支撑系统的不同可分为悬臂式支护结构、内撑式支护结构和坑外锚拉式支护结构。悬臂式一般仅在桩顶设置一道连梁；内撑式有坑内斜撑、单层水平内撑和多层水平内撑，内支撑的材料可用钢筋混凝土、型钢或钢筋混凝土型钢混合。常用桩墙式支护结构桩墙式支护结构的破坏形式包括强度破坏和稳定性破坏。
1.拉锚破坏或支撑压曲
过多地增加了地面荷载引起的附加荷载，或土压力过大、计算有误，引起拉杆断裂，或锚固部分失效、腰梁（围檩）被破坏，或内部支撑断面过小受压失稳。为此需计算拉锚承受的拉力或支撑荷载，正确选择其截面或锚固体。
2.支护墙底部走动
当支护墙底部入土深度不够，或由于挖土超深、水的冲刷等原因都可能产生这种破坏。为此需正确计算支护结构的入土深度。
3.支护墙的平面变形过大或弯曲破坏
支护墙的截面过小、对土压力估算不准确、墙后无意地增加大量地面荷载或挖土超深等都可能引起这种破坏。为此需正确计算其承受的最大弯矩值，以此验算支护墙的截面。平面变形过大会引起墙后地面过大的沉降，亦会给周围的建（构）筑物、道路、管线等造成损害，在城市中心的建（构）筑物和公共设施密集地区施工，这方面的控制十分重要，有时支护结构的截面即由它控制。
桩墙式支护结构的稳定性破坏包括墙后土体整体滑动（圆弧滑动）失稳、坑底隆起和管涌等，如图2.20。其验算方法与重力式支护结构相似。
图2.20 桩墙式支护结构的破坏形式
在开挖基坑、地槽或其他土方工程施工时，土的含水层常被切断，地下水将会不断地渗入坑内。为保证基坑能在干燥条件下施工，防止边坡失稳、基坑流沙、坑底隆起、坑底管涌和地基承载力下降，必须做好地坑排水工作。地坑排水的方法有：集水井降水法、井点降水法、隔渗法等。
动水压力与流沙现象：流动中的地下水对土颗粒产生的压力称为动水压力。有关动水压力的性质，可通过水在土中流动的力学现象来说明。水由左端高水位（水头为h1），经过长度为l，截面积为F的土体，流向右端低水位（水头为h2）。
水在土中渗流时，作用在土体上的力有：
γw·h1·F——作用在土体左端a—a截面处的总压力，其方向与水流方向一致（γw为水的重度）；
γw·h2·F——作用在土体右端b—b截面处的总压力，其方向与水流方向相反；
T·l·F——水渗流时受到土颗粒的总阻力（T为单位土体阻力）。
由静力平衡条件（设向右的力为正）得
γw·h1·F-γw·h2·F+T·l·F=0
整理得
式中
为水头差与渗透路程之比，称为水力坡度，以I表示。即上式可写成
T=-I·γw
设水在土中渗流时对单位土体的压力为GD，由作用力与反作用力大小相等、方向相反的规律可知
GD=-T=I·γw
动水压力GD的单位为N/cm3或者kN/m3，动水压力GD的大小与水力坡度成正比，即水位差（h1-h2）愈大，则GD愈大；而渗透路程I愈长，则GD愈小；动水压力的作用方向与水流方向相同。当水流在水位差的作用下对土颗粒产生向上压力时，动水压力不但使土粒受到了水的浮力，而且还使土粒受到向上推动的压力。如果动水压力等于或大于土的浸水浮重度γ
，即：GD≥γ
则土粒失去自重，处于悬浮状态，土的抗剪强度等于零，土粒能随着渗流的水一起流动，这种现象称为“流沙现象”。细颗粒（粒径为0.005～0.05 mm）、颗粒均匀、松散（土的天然孔隙比大于75%）、饱和的土容易发生流沙现象，但是否出现流沙现象的重要条件是动水压力的大小。如果采用降低地下水的方法，使动水压力方向朝下，增大土颗粒间的压力，则不论是细砂、粉砂都不可能出现流沙现象。当然并不是只有降低地下水一种方法才能防治流沙现象，其方法还有水下挖土法、打钢板桩法、地下连续墙法等多种，可根据不同条件选用。
4.集水井降水法
这种方法是在基坑或沟槽开挖时，在坑底设置集水井，并沿坑底的周围或中央开挖排水沟，使水由排水沟流人素水并区用水泵抽出坑外。四周的排水沟及集水井应设置在基础边线0.4 m以外流的上游。根据地下水量、基坑平面形状及水泵能力，集水井每隔20～40 m设置一个。
集水井的直径或宽度一般为0.7～0.8 m。井壁可用竹、木或砌筑等简易加固。排水沟底宽一般不小于300 mm，沟底纵向坡度一般不小于3%，排水沟至少比基坑底低0.3～0.4 m，集水井底应比排水沟底低0.5 m以上。随着基坑开挖逐步加深，沟底和井底均保持这一高度差当基坑挖至设计标高后，井底应低于坑底1～2 m，并铺设0.3 m碎石滤水层，以免在抽水时将泥沙抽出，并防止井底的土被搅动。
5.井点降水法
在基坑开挖前，预先坑四周埋设一定数量的滤水管（井），利用真空原理，通过抽水泵不断抽出地下水，使地下水位降低到坑底以下，从根本上解决地下水涌入坑内的问题；井点降水尚可防止边坡由于受地下水流的冲刷而引起的塌方可使坑底的土层消除地下水位差引起的压力，防止坑底土的上冒，由于没有了水压，可使支护结构减少水平荷载。各种井点的适用范围如表2.7所示。
表2.7 各种井点的适用范围
（1）—般轻型井点设备。
轻型井点设备由管路系统和抽水设备组成管路系统包括滤管、井点管、弯联管及总管等。滤管为进水设备，通常采用长1.0～1.2 m，直径38 mm或50 mm的无缝钢管，管壁钻有直径为12～19 mm的呈星棋状排列的滤孔，滤孔面积为滤管表面积的20%～25%。钢管外面包扎两层孔径不同的铜丝布或纤维布滤网。滤网外面再绕一层8号粗铁丝保护网，滤管下端为一锥形铸铁头。滤管上端与井点管连接。井点管为直径38 mm或51 mm、长5～7 m的钢管，可整根或分节组成。井点管的上端用弯联管与总管相连。端用弯联管与总管相连。干式真空泵和离心泵根据土的渗透系数和涌水量选用。常用的干式真空泵为W1、W3型其抽气速率分别为370 m³/h、200 m3/h。常用离心泵为BA型水泵，有各种型号（从2BA-6到8BA-25），根据需要选用。
射流泵抽水机组由喷射扬水器（亦称喷嘴混合室）、BA型（或BL型）离心
泵和循环水箱组成，射流泵能产生较高真空度，但排气量小，稍有漏气则真空度易下降，因此它带动的井点数较少。
（2）轻型井点的布置井点系统的布置，应据基坑大小与深度、土质、地下水位高低与流向、降水深度要求等而定。
平面布置：当基坑或沟槽宽度小于6 m，且降水深度不超过5 m时，可用单排线状井点布置在地下水流的上游一侧，两端延伸长度以不小于槽宽为宜。如宽度大于6 m或土质不良，则用双排线状井点。面积较大的基坑宜用环状井点。
高程布置：井点降水深度，考虑抽水设备的水头损失以后，一般不超过6 m。井点管埋设深度H按下式计算：
H≥H1+h+IL
式中 H1——井点管埋设面至基坑底面的距离（m）；
h——基坑底面至降低后的地下水位线的最小距离，一般取0.5～1.0 m；
I——水力坡度，根据实测：双排和环状井点为1/10，单排井点1/4～1/5；
L——井点管至基坑中心的水平距离，单排井点为至基坑另一边的距离。
当一级井点系统达不到降水深度要求时，可采用二级井点，即先挖去第一级井点所疏干的土，然后再在其底部装设第二级井点。