基坑圍護中深層攪拌水泥土樁的應用
2012-03-06 來源：天工網(wǎng)
一、深層攪拌水泥土樁作基坑圍護概述
1、適用地質條件
深層攪拌樁適用于處理淤泥、淤泥質土、粉土和含水量較高且地基承載力標準值不大于120ｋＰa的粘性土等地基。當用于處理泥炭土或地下水具有侵蝕性時，宜通過試驗確定其適用性，冬季施工時應注意負溫度對處理效果的影響。
2、深層攪拌水泥土樁復合地基承載力標準值確定
（1） 通過現(xiàn)場復合地基載荷試驗確定
（2） 按以下計算式確定
fsp，k=m×Rdk/Ap+β（1-m）fs，k
式中 fsp，k——復合地基的承載力標準值；
m——面積置換率；
Ap——樁的截面積；
fs，k——樁間天然地基承載力標準值；
β——樁間土承載力折減系數(shù)，當樁端土為軟土時，可取0.5-1.0，當樁間土為硬土時，可取0.1-0.4，當不考慮樁間軟土作用時，可取零。
Rdk————單樁堅向承載力標準值，應通過現(xiàn)場單樁載荷試驗確定
基坑圍護結構為臨時擋土支護結構，在保證施工期間安全、適用的前提下，應盡可能降低基坑圍護工程造價。
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，通過專用攪拌機械，將軟土和水泥強制攪拌形成水泥土，利用水泥與軟土之間所產(chǎn)生一系列物理、化學作用，使水泥土強度增長，成為水泥土樁，硬化后形成具有一定強度的水泥壁狀擋墻。
水泥土樁擋墻圍護坑內無須支撐，既能擋土又成為隔水帷幕，工程造價較低，施工工期短，穩(wěn)定性好，適用于處理淤泥，淤泥質土，粉土和含水量較高且地基承載力標準值不大于120kPa的粘性土等地基基坑圍護結構。
近年來，深層攪拌水泥土樁擋土墻在處理淤泥、淤泥質土、粉土等含水量高的地基基坑圍護中得到廣泛推廣和應用。
二、工程實例
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、地質條件
根據(jù)地質勘察報告，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?，均勻性較差；
淤泥層：厚2.5 ～6.6米，呈流塑狀態(tài)，含有機質及大量貝殼碎屑，為超高壓縮性土層；
場內地下水位標高為室外自然地面標高下-2.400米。
3、基坑支護方案選擇
根據(jù)地質勘察報告及本地區(qū)實際情況和施工現(xiàn)場周圍環(huán)境條件，并參照類似工程的施工經(jīng)驗，整個送水泵房基坑采用放坡與水泥土攪拌樁擋土墻相結合的圍護體系。在吸水井東西北三面采用U字形擋土擋水帷墻，水泵室南面則進行二級放坡開挖。
4、具體設計要點
深層攪拌水泥土樁擋墻設計，參照以往類似工程經(jīng)驗，充分考慮土體側向壓力及墻頂周圍的施工荷載，按重力式擋墻進行設計并驗算抗傾覆和側向位移?？油鈧认驂毫Π此⑼翂毫Ψ炙?，其中土壓力采用朗肯土壓力理論。坑內土壓力計算采用M法計算土體反力。
水泥樁擋土墻當墻后土重度為γ，內摩擦角為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)生的主動土壓力強度為бa1，則：
（1） 墻底主動土壓力強度：
бa2=[γ（H-h）+（γ1-γw）h]tg（450-Φ/2）
（2） 地下水位以上土產(chǎn)生的主動土壓力：
Ea1=1/2бa1（H-h）
（3） 地下水位以下土產(chǎn)生主動土壓力：
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)生的主動土壓力：
Ea3=qHtg（450-Φ/2）
墻背總主動土壓力：Ea=Ea1+Ea2+Ea3+Ew
擋土墻的穩(wěn)定性，應符合下列要求：
（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木樁并堆砂包護坡。在吸水井基坑底做磚砌明溝及集水井進行排降水。
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；水泥土樁擋墻頂設鋼筋砼鎮(zhèn)口板，板厚20mm，水泥土樁進入砼鎮(zhèn)口板不少于50mm.
5、施工工藝
（1）準備工作
a.將場內雜物等清除掉，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.編制施工用料計劃表；
c.確定標高、軸線、樁位，在轉角處設控制角樁。
（2）施工設備及工序
a.施工設備可采用履帶式或步履式深層攪拌機，須配備灰漿攪拌機、灰漿泵等配套設施；
b.施工工序：定位→預攪下沉→噴漿攪拌上升→重復攪拌下沉→重復攪拌上升→完成移機。
（3）施工工藝
a.樁機到達標定孔后對中、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；
b.待深層攪拌機冷卻水循環(huán)正常后啟動攪拌機，放松起重機鋼絲繩，使攪拌機沿導向架切土攪拌下沉，下沉速度由電機的電流監(jiān)測表控制，工作電流不應大于10A，預攪時，不宜沖水，當遇到較大硬土層下沉太慢時，可適量沖水，以利鉆進；
c.待深層攪拌機下沉至一定深度時，即開始按預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.攪拌機下沉到設計深度后，開啟灰漿泵，其出口壓力保持0.4～0.6mpa，使水泥漿自動連續(xù)噴入地基，攪拌機旋噴速度控制為0.8m/min左右，當提升到達樁設計標高時，宜停止提升，攪拌數(shù)秒，以保證樁頭均勻密實；
e.為使噴入土中水泥漿與土充分攪拌，重復攪拌下沉，直至設計要求深度，在攪拌提升，并沿著樁體在基坑底上下1米范圍進行復噴。樁體要互相搭接20mm，以增強整體性和防滲性；
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、，同時清除鉆頭粘附土。
（4）質量保證措施
a.嚴格按設計要求的樁位進行施工，符合YBT225-91技術規(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；如超過，搭接質量無保證，應采取在兩樁中部加樁補救；
c.施工過程因故停漿，宜將攪拌機下沉至停漿點下50mm，恢復供漿再攪拌提升；
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.施工后齡期達到30天，方可進行基坑土方開挖。
6、施工效果
該深層攪拌水泥土樁圍護為土、樁格柵結合體共同受力體系，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；坑內滲水量滿足現(xiàn)場施工要求，大大節(jié)約抽降水臺班及坑內支護，既達到滿足基坑圍護功能又降低圍護造價的目的。
三、總結
近年來，隨著施工技術和施工條件的發(fā)展，深層攪拌水泥土樁的應用范圍越來越廣泛，除了作為一種復合地基使用之外，更多是作為一種經(jīng)濟型的基坑圍護結構得到推廣。
將基坑圍護結構和基坑施工及周圍環(huán)境的保護作為一個統(tǒng)一的整體進行設計和施工，并在實施過程中進行嚴密控制協(xié)調，既能確?；雍椭車h(huán)境的安全，又使工程造價降低、縮短工期。
對于深基坑中的水泥土樁擋墻使用，應認真驗算墻體的抗折強度及側向位移，并根據(jù)實際情況采取有效措施，以確保圍護的使用安全。
