基坑圍護(hù)中深層攪拌水泥土樁的應(yīng)用
2012-03-06 來源：天工網(wǎng)
一、深層攪拌水泥土樁作基坑圍護(hù)概述
1、適用地質(zhì)條件
深層攪拌樁適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土和含水量較高且地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值不大于120ｋＰa的粘性土等地基。當(dāng)用于處理泥炭土或地下水具有侵蝕性時(shí)，宜通過試驗(yàn)確定其適用性，冬季施工時(shí)應(yīng)注意負(fù)溫度對處理效果的影響。
2、深層攪拌水泥土樁復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值確定
（1） 通過現(xiàn)場復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定
（2） 按以下計(jì)算式確定
fsp，k=m×Rdk/Ap+β（1-m）fs，k
式中 fsp，k——復(fù)合地基的承載力標(biāo)準(zhǔn)值；
m——面積置換率；
Ap——樁的截面積；
fs，k——樁間天然地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值；
β——樁間土承載力折減系數(shù)，當(dāng)樁端土為軟土?xí)r，可取0.5-1.0，當(dāng)樁間土為硬土?xí)r，可取0.1-0.4，當(dāng)不考慮樁間軟土作用時(shí)，可取零。
Rdk————單樁堅(jiān)向承載力標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)通過現(xiàn)場單樁載荷試驗(yàn)確定
基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)為臨時(shí)擋土支護(hù)結(jié)構(gòu)，在保證施工期間安全、適用的前提下，應(yīng)盡可能降低基坑圍護(hù)工程造價(jià)。
深層攪拌水泥土樁擋土墻是通過相鄰水泥土樁搭接而成，采用水泥作為固化劑，通過專用攪拌機(jī)械，將軟土和水泥強(qiáng)制攪拌形成水泥土，利用水泥與軟土之間所產(chǎn)生一系列物理、化學(xué)作用，使水泥土強(qiáng)度增長，成為水泥土樁，硬化后形成具有一定強(qiáng)度的水泥壁狀擋墻。
水泥土樁擋墻圍護(hù)坑內(nèi)無須支撐，既能擋土又成為隔水帷幕，工程造價(jià)較低，施工工期短，穩(wěn)定性好，適用于處理淤泥，淤泥質(zhì)土，粉土和含水量較高且地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值不大于120kPa的粘性土等地基基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)。
近年來，深層攪拌水泥土樁擋土墻在處理淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土等含水量高的地基基坑圍護(hù)中得到廣泛推廣和應(yīng)用。
二、工程實(shí)例
1、工程概況
該工程為汕頭市某水廠送水泵房吸水井和水泵室基坑工程，其外邊緣尺寸分別為49.63×5.80米和56.45×12.50米；開挖深度自室外自然地面標(biāo)高至坑底分別為6.30米和4.20米；吸水井與水泵室距離為4.00米，吸水井東面有DN1820和DN2220兩條管道通過，西、北面為道路和臨建，水泵室東、南、西面為空曠地。
2、地質(zhì)條件
根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，從室外自然地面自上而下可分為：
回填土層：厚1.1～1.3米，松散狀；
粉質(zhì)粘土層：厚0.9～1.1米，呈可塑～硬塑狀態(tài)；
淤泥層：厚1.2～1.8米，呈流塑狀態(tài)，屬高壓縮性土層；
中粗砂層；厚2.5～3.2米，主要成分為石英質(zhì)中砂、粗砂組成，含少許礫石，間或夾淤泥或粘土薄層，局部地區(qū)相變?yōu)橹猩埃鶆蛐暂^差；
淤泥層：厚2.5 ～6.6米，呈流塑狀態(tài)，含有機(jī)質(zhì)及大量貝殼碎屑，為超高壓縮性土層；
場內(nèi)地下水位標(biāo)高為室外自然地面標(biāo)高下-2.400米。
3、基坑支護(hù)方案選擇
根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告及本地區(qū)實(shí)際情況和施工現(xiàn)場周圍環(huán)境條件，并參照類似工程的施工經(jīng)驗(yàn)，整個(gè)送水泵房基坑采用放坡與水泥土攪拌樁擋土墻相結(jié)合的圍護(hù)體系。在吸水井東西北三面采用U字形擋土擋水帷墻，水泵室南面則進(jìn)行二級放坡開挖。
4、具體設(shè)計(jì)要點(diǎn)
深層攪拌水泥土樁擋墻設(shè)計(jì)，參照以往類似工程經(jīng)驗(yàn)，充分考慮土體側(cè)向壓力及墻頂周圍的施工荷載，按重力式擋墻進(jìn)行設(shè)計(jì)并驗(yàn)算抗傾覆和側(cè)向位移?？油鈧?cè)向壓力按水、土壓力分算，其中土壓力采用朗肯土壓力理論?？觾?nèi)土壓力計(jì)算采用M法計(jì)算土體反力。
水泥樁擋土墻當(dāng)墻后土重度為γ，內(nèi)摩擦角為φ，粘聚力為C=0，土對墻背摩擦角δ=0，水泥樁擋土墻后土表面均布荷載為q，墻高H，墻后地下水位在墻底面以上h米處，地下水位以下土重度γ1，水重度γw=10KN/m3，地下水位處土產(chǎn)生的主動(dòng)土壓力強(qiáng)度為бa1，則：
（1） 墻底主動(dòng)土壓力強(qiáng)度：
бa2=[γ（H-h）+（γ1-γw）h]tg（450-Φ/2）
（2） 地下水位以上土產(chǎn)生的主動(dòng)土壓力：
Ea1=1/2бa1（H-h）
（3） 地下水位以下土產(chǎn)生主動(dòng)土壓力：
Ea2=1/2[бa1+бa2]h
（4） 地下水對墻背產(chǎn)生的水壓力：
Ew=1/2γwh2
（5） 擋土墻后土表面均布荷載產(chǎn)生的主動(dòng)土壓力：
Ea3=qHtg（450-Φ/2）
墻背總主動(dòng)土壓力：Ea=Ea1+Ea2+Ea3+Ew
擋土墻的穩(wěn)定性，應(yīng)符合下列要求：
（1） 抗滑安全系數(shù)：
K=（Gn+Eam）μ/（Eat-Gt）>=1.3
（2）抗傾覆安全系數(shù)：
Kt=（Gx0+Eazxf）/Eaxzf>=1.5
Gn=Gcosα0；Gt=Gsinα0； Eat=Easin（α-α0-δ）；Ean=Eacos（α-α0-δ）； Eax=Easin（α-δ）； Eaz=Eacos（α-δ）； xf=b-zctgα； zf=z-btgα0.
式中 G——擋土墻每延米自重
x0——擋土墻重心離墻趾的水平距離；
α0——擋土墻的基底傾角；
α——擋土墻的墻背傾角；
δ——土對擋土墻背的摩擦角；
b——基底的水平投影寬度；
z——土壓力作用點(diǎn)離墻踵的高度；
μ——土對擋土墻基底的摩擦系數(shù)。
該擋墻按格柵形組合，形成土、樁結(jié)合體受荷，采用9 排直徑為700mm水泥土樁，相鄰兩樁搭接度為200 mm，以確保擋墻的擋水性能。經(jīng)計(jì)算，樁長為8.50米，墻寬4.7米，墻頂距室外自然地面為3.00米，按1：1放坡，坡腳做磚砌明溝（500× 500，i=2%）及集水井（鋼筋砼井圈，Ф1000×1200）進(jìn)行明溝排水；開挖邊坡采用Ф100～150，長3.20米，＠600mm木樁并堆砂包護(hù)坡。在吸水井基坑底做磚砌明溝及集水井進(jìn)行排降水。
水泥土樁采用425#硅酸鹽水泥，考慮各土層天然含水量平均值較大，水泥摻入量控制在18%左右（即320kg/m3），并加FDN-500摻合劑。為增加擋墻水泥土樁的整體連接和提高抗彎剛度，在外排樁均加插Ф50mm以上新鮮苗竹筋，長5米，每根樁插2根；水泥土樁擋墻頂設(shè)鋼筋砼鎮(zhèn)口板，板厚20mm，水泥土樁進(jìn)入砼鎮(zhèn)口板不少于50mm.
5、施工工藝
（1）準(zhǔn)備工作
a.將場內(nèi)雜物等清除掉，清除樁位處地上地下一切障礙（包括大石塊、樹根和生產(chǎn)垃圾），場地低洼處用粘性土料回填夯壓；
b.編制施工用料計(jì)劃表；
c.確定標(biāo)高、軸線、樁位，在轉(zhuǎn)角處設(shè)控制角樁。
（2）施工設(shè)備及工序
a.施工設(shè)備可采用履帶式或步履式深層攪拌機(jī)，須配備灰漿攪拌機(jī)、灰漿泵等配套設(shè)施；
b.施工工序：定位→預(yù)攪下沉→噴漿攪拌上升→重復(fù)攪拌下沉→重復(fù)攪拌上升→完成移機(jī)。
（3）施工工藝
a.樁機(jī)到達(dá)標(biāo)定孔后對中、操平、校正垂直度，保證塔身與地面成90度，確保樁垂直度誤差在1.5‰以內(nèi)；
b.待深層攪拌機(jī)冷卻水循環(huán)正常后啟動(dòng)攪拌機(jī)，放松起重機(jī)鋼絲繩，使攪拌機(jī)沿導(dǎo)向架切土攪拌下沉，下沉速度由電機(jī)的電流監(jiān)測表控制，工作電流不應(yīng)大于10A，預(yù)攪時(shí)，不宜沖水，當(dāng)遇到較大硬土層下沉太慢時(shí)，可適量沖水，以利鉆進(jìn)；
c.待深層攪拌機(jī)下沉至一定深度時(shí)，即開始按預(yù)定摻入比和水灰比拌制水泥漿，并將水泥漿倒入備料斗備噴；
d.攪拌機(jī)下沉到設(shè)計(jì)深度后，開啟灰漿泵，其出口壓力保持0.4～0.6mpa，使水泥漿自動(dòng)連續(xù)噴入地基，攪拌機(jī)旋噴速度控制為0.8m/min左右，當(dāng)提升到達(dá)樁設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，宜停止提升，攪拌數(shù)秒，以保證樁頭均勻密實(shí)；
e.為使噴入土中水泥漿與土充分?jǐn)嚢瑁貜?fù)攪拌下沉，直至設(shè)計(jì)要求深度，在攪拌提升，并沿著樁體在基坑底上下1米范圍進(jìn)行復(fù)噴。樁體要互相搭接20mm，以增強(qiáng)整體性和防滲性；
f.施工完畢，向集料斗中注入適量清水，開啟灰漿泵，清洗管道中殘積水泥漿、，同時(shí)清除鉆頭粘附土。
（4）質(zhì)量保證措施
a.嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求的樁位進(jìn)行施工，符合YBT225-91技術(shù)規(guī)范要求；
b.樁體壓漿要求一氣呵成，不得中斷，每根樁宜裝漿一次并噴攪完成；要求連續(xù)施工，樁搭接穿插交叉施工，相鄰兩樁施工間隔不得超過12小時(shí)；如超過，搭接質(zhì)量無保證，應(yīng)采取在兩樁中部加樁補(bǔ)救；
c.施工過程因故停漿，宜將攪拌機(jī)下沉至停漿點(diǎn)下50mm，恢復(fù)供漿再攪拌提升；
d.壓漿提升的速度控制在 0.8m/min，不得超過1 m/min；
e.樁身垂直度偏差不得超過1.5‰，樁位偏差不得大于50mm；
f.施工后齡期達(dá)到30天，方可進(jìn)行基坑土方開挖。
6、施工效果
該深層攪拌水泥土樁圍護(hù)為土、樁格柵結(jié)合體共同受力體系，在基坑28天的使用過程中，無任何明顯的彎折破壞；樁體完好無缺陷；樁體最大位移58mm；坑內(nèi)滲水量滿足現(xiàn)場施工要求，大大節(jié)約抽降水臺(tái)班及坑內(nèi)支護(hù)，既達(dá)到滿足基坑圍護(hù)功能又降低圍護(hù)造價(jià)的目的。
三、總結(jié)
近年來，隨著施工技術(shù)和施工條件的發(fā)展，深層攪拌水泥土樁的應(yīng)用范圍越來越廣泛，除了作為一種復(fù)合地基使用之外，更多是作為一種經(jīng)濟(jì)型的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)得到推廣。
將基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和基坑施工及周圍環(huán)境的保護(hù)作為一個(gè)統(tǒng)一的整體進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，并在實(shí)施過程中進(jìn)行嚴(yán)密控制協(xié)調(diào)，既能確保基坑和周圍環(huán)境的安全，又使工程造價(jià)降低、縮短工期。
對于深基坑中的水泥土樁擋墻使用，應(yīng)認(rèn)真驗(yàn)算墻體的抗折強(qiáng)度及側(cè)向位移，并根據(jù)實(shí)際情況采取有效措施，以確保圍護(hù)的使用安全。
