建筑基坑工程水泥攪拌樁－錨桿復(fù)合支護的設(shè)計與施工

摘 要：本文結(jié)合工程實例和工程地質(zhì)狀況，詳細分析了基坑工程水泥攪拌樁-錨桿復(fù)合支護技術(shù)方案設(shè)計，并分別對樁-錨復(fù)合支護施工技術(shù)要點及施工效果檢測進行了詳細闡述和總結(jié)。

關(guān)鍵詞：基坑工程；水泥攪拌樁，錨桿，復(fù)合支護；設(shè)計與施工

中圖分類號：TU94+2

文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1008-0422（2009）06-0205-02

1引言

由于水泥攪拌樁構(gòu)成的重力式擋墻布置方式靈活，基坑內(nèi)無需設(shè)置內(nèi)支撐，施工過程中無振動、無噪音、無污染，同時攪拌樁具有止水功能，這些優(yōu)點使得該支護形式在基坑工程中得到廣泛應(yīng)用。但水泥攪拌樁自身抗拉、抗剪強度很低，當(dāng)基坑開挖深度較大時擋墻寬度明顯增大，造價和擋墻側(cè)向變形也隨之增長，其應(yīng)用范圍受到一定限制。為了充分發(fā)揮攪拌樁的優(yōu)點，克服其抗拉、抗剪強度低等缺點，同時結(jié)合其他結(jié)構(gòu)形式或材料的長處，水泥攪拌樁復(fù)合支護結(jié)構(gòu)在工程中逐漸受到重視和發(fā)展，如加筋水泥攪拌樁重力式擋墻、SM工法、攪拌樁重力式擋墻與錨桿復(fù)合支護等。水泥攪拌樁-土層錨桿 這種復(fù)合支護結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮和利用水泥攪拌樁的擋土和止水雙重功能，以及砂層中錨桿具有良好錨固性能的特點。

2工程概況

湖南株州某基坑支護與降水工程，基坑開挖深度約為5.0m，支護周長約300m，基坑面積約為6500m²。地下水位降深約為4.5m，場地總平面圖見圖1所示。

根據(jù)鉆探揭示，基坑開挖影響深度內(nèi)場地巖土體依據(jù)其成因類型及工程性能，自上而下可分為：

① 雜填土：灰、灰黃等雜色，稍濕，松散，主要為建筑渣土新近回填。含碎石、碎磚、塊石等硬雜物20～30％，塊石、粘性土、中砂等70～ 80％，本層在場地內(nèi)均有分布，層厚2.40～5.60m。

② 中砂：灰、淺黃色、深灰色，飽和，松散～中密，主要成分為石英、長石，其中砂含16.7～37.0％，中砂含量22.2~45.7％，細砂含量12.1～36.4％，粉砂含量7.4～22.3％，見少量礫卵石局部為粉砂。本層在場地內(nèi)均有分布，層厚3.80～8.50m。

③ 淤泥：深淺灰、飽和，流塑，含有機質(zhì)，本層具有水平層理，層里面夾有1～10mm厚的片狀粉細砂，切面光滑～稍有光滑，干強度、韌性中等，局部相變?yōu)橛倌噘|(zhì)土。本層在場地內(nèi)均有分布，層厚16.20～5.10m。

④ 中砂：灰、灰黃、淺青灰色，飽和，松散～中密，主要成分為石英、長石。其中，粗砂含量3.1～39.3％，中砂含量20.8～60.0％，細砂含量9.9～30.6％，粉砂粒含量8.0～27.5％，本層在場地內(nèi)均有分布，揭穿層厚8.10～17.80m。

⑤ 卵石：灰、灰黃色，飽和，中密～密實，卵石含量55.0~ 78.0％。粒徑一般在20～60mm，少量大于110mm，表面較光滑，充填物為粘性土中粗砂，膠結(jié)較好。層厚6.20～6.80m。

⑥ 粘土層：灰黃色，濕，可塑～堅硬，部分地段為粘質(zhì)粉土。主要由粘性土組成，光澤反應(yīng)稍有光滑，干強度及韌性中等，層厚3.20~3.80m。

3基坑支護與降水工程設(shè)計

根據(jù)場地工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件和周邊環(huán)境，采用復(fù)合支護結(jié)構(gòu)。對于基坑北邊和西邊，由于基坑邊緣即為車道，來往的重載車荷載較大，在坡頂按1:1的比例放坡2.0 m，以下部分采用水泥攪拌樁與錨桿組合支護。水泥攪拌樁2排，樁徑500mm，樁長7 m，樁底恰好為淤泥層，可作為隔水層。土錨錨桿2排，采用Φ48×3鋼管作為拉桿，上排長度12 m，下排長度9m，其支護剖面見圖2。

對于基坑?xùn)|邊和南邊，場地較為寬敞，地面超載也比較小，對位移和基坑穩(wěn)定性的控制較為寬松，采用水泥攪拌樁+放坡的支護形式，并在基坑開挖時在坡腳保留1：1.5的土坡使之對支護結(jié)構(gòu)起到反壓的效果。水泥攪拌樁2排，樁徑500，樁長7 m，樁底恰好進入淤泥層，其支護剖面見圖3。

考慮到基坑場地分布有較為深厚的中砂圓礫，厚度約為8.0～10 m，滲透系數(shù)高達35 m/d，必須在基坑內(nèi)布置降水體系以降低基坑內(nèi)地下水位，確保地下室開挖及施工的順利進行，經(jīng)計算，該基坑共布設(shè)22口降水井。

4水泥攪拌樁-錨桿復(fù)合施工工藝

4.1水泥攪拌樁

水泥攪拌樁主要是以水泥漿做為固化劑通過灰漿泵及攪拌頭壓入土中強制將地基土和水泥漿拌合在一起，經(jīng)過一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，使土硬結(jié)具有整體性、穩(wěn)定性和一定強度的基坑支護結(jié)構(gòu)。

水泥攪拌樁樁徑為Φ500mm，樁距為400mm，搭接長度為100mm（根據(jù)以往的工程經(jīng)驗，水泥攪拌樁的有效搭接寬度為100mm時，可發(fā)揮截水的作用），攪拌樁的樁長詳見各剖面圖。

水泥采用P.O32.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比0.55～0.6：1，根據(jù)氣候條件，可適當(dāng)摻入適量的外加劑以增強漿體的流動性，保證送漿過程不堵管。水泥攪拌樁的水泥摻合量為15％。

水泥攪拌樁成樁過程中，攪拌葉片應(yīng)為4～6片，攪拌頭的鉆進和提升速度不得大于50cm/min，鉆進到設(shè)計標(biāo)高后應(yīng)在原位攪拌30～60秒，以保證樁端的成樁質(zhì)量。攪拌葉片的直徑應(yīng)不小于500mm，在施工過程中應(yīng)經(jīng)常檢查，及時更換攪拌葉片。

此外，還應(yīng)保證施工機械的平整度和機架的垂直度，攪拌樁的垂直度偏差不得超過1％，樁位偏差不得大于50mm。

4.2打入式土層錨桿施工

鉆機成孔后，用水泥砂漿將一組拉桿(本工程采用鋼管)錨固在伸向地層內(nèi)部的鉆孔中，并承受拉力的柱狀錨固體就是土層錨桿。它的中心受拉部分是拉桿，拉桿所承受的拉力通過鋼管周邊的砂漿握固力而傳遞到水泥砂漿中，然后再通過錨固段周邊地層的摩檫阻力而傳到錨固區(qū)的穩(wěn)定地層中，其施工技術(shù)主要如下：

1）土方開挖邊槽后，應(yīng)量測標(biāo)高，并在圍護樁上拉線做號。鉆機就位時應(yīng)準(zhǔn)確，底座應(yīng)墊平，鉆桿的傾斜角度應(yīng)用羅盤校核，角度偏差不大于0.5度，高差不超過5cm。

2）土層錨桿孔徑為Φ80，拉桿采用Φ48×3鋼管，豎向間距、水平夾角及錨桿長度詳見剖面大樣。

3）Φ48鋼管同時兼作注漿花管，考慮到場地地質(zhì)情況注入的水泥漿應(yīng)盡可能灌入砂層內(nèi)為止。

4）錨桿注漿采用純水泥漿，水灰比0.5：1，水泥采用P.O 32.5R硅酸鹽水泥，錨桿錨固體強度要求不少于10MP a。

5）錨桿注漿采用一次注漿工藝。按注漿量或注漿壓力作為控制條件，水泥用量為50 kg/m，注漿壓力不小于1.0MPa。

5水泥攪拌樁-錨桿復(fù)合支護施工質(zhì)量檢測

根據(jù)基坑支護要求，必須對整個基坑的水泥攪拌樁和土層錨桿進行質(zhì)量檢測，以保證水泥攪拌樁的成樁質(zhì)量和錨桿的承載力滿足設(shè)計要求，避免基坑失穩(wěn)或者對周邊建（構(gòu)）筑物產(chǎn)生不利影響。

根據(jù)設(shè)計要求，淤泥質(zhì)土與水泥漿強制攪拌所形成的水泥土無側(cè)限抗壓強度應(yīng)大于1.8MPa，芯樣采取率大于50％；砂層與水泥漿強制攪拌所形成的水泥土無側(cè)限抗壓強度應(yīng)大于5MPa，芯樣采取率大于80％。土層錨桿的承載力設(shè)計值為100kN。

5.1水泥攪拌樁取芯試驗

選取27 #、446 #和646# 三根水泥攪拌樁進行鉆芯取樣，檢測結(jié)果如下：

27 #鉆芯取樣總鉆深7.4m，為粘土、淤泥和中砂夾淤泥與水泥漿強制攪拌攪拌形成的水泥土。淤泥與水泥攪拌段取芯率達70.0％，其芯樣抗壓強度平均值為3.3MPa，最大值為3.5MPa，最小值為2.8MPa，滿足設(shè)計要求。中砂夾淤泥與水泥攪拌取芯率達84.2％，芯樣基本完整，抗壓強度平均值為13.1MPa，最大值為15.2MPa，最小值為11.5MPa，滿足設(shè)計要求。

446#樁鉆芯取樣總鉆深7.7 m，為粘土、淤泥和中砂夾淤泥與水泥漿強制攪拌攪拌形成的水泥土。淤泥與水泥攪拌段取芯率達69.2％，其芯樣抗壓強度平均值為3.2MPa，最大值為3.8MPa，最小值為2.9MPa。中砂夾淤泥與水泥攪拌取芯率達84.6％，芯樣呈長圓柱狀，褐灰色，堅硬，攪拌均勻，其抗壓強度平均值為14.1 MPa，最大值為18.8MPa，最小值為11.0MPa，滿足設(shè)計要求。

646#樁鉆芯取樣總鉆深7.7m，為粘土、淤泥和中砂夾淤泥與水泥漿強制攪拌攪拌形成的水泥土。淤泥與水泥攪拌段取芯率達61.3％，芯樣抗壓強度平均值為2.8MPa，最大值為3.2 MPa，最小值為2.4MPa。中砂夾淤泥與水泥攪拌取芯率達80.1％。其芯樣抗壓強度平均值為13.8 MPa，最大值為20.5MPa，最小值為9.8MPa。檢測結(jié)果表明，水泥攪拌樁的強度滿足設(shè)計要求。

5.2土層錨桿抗拔試驗

圖4為土層錨桿抗拔試驗的抗拔力Q與錨端位移s之間的關(guān)系圖，選作抗拔試驗的錨桿號為10 #、30 #、60#、91# 和130#。從圖中可以看出，當(dāng)錨桿試驗抗拔力達到設(shè)計值100kN時，最大位移均不超過12mm，變形較小。

5.3施工效果分析

目前，該地下室結(jié)構(gòu)部分已經(jīng)施工完畢，根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測資料，基坑坡頂最大沉降為8.7 mm，深層土體最大位移為16.3mm，基坑整體穩(wěn)定和變形及周邊建 （構(gòu)）筑物的安全均得到較好的保證和控制，未出現(xiàn)失穩(wěn)或變形等不利情況，水泥攪拌樁和錨桿復(fù)合合支護的性能得到充分發(fā)揮。

6結(jié)論

綜上所述，該基坑支護采用水泥攪拌樁-錨桿復(fù)合支護設(shè)計是合理的，取得了預(yù)期效果，同時也節(jié)省了工程造價，值得進一步推廣應(yīng)用。但是，這類復(fù)合支護結(jié)構(gòu)仍存在以下問題：

1）水泥攪拌樁和土層錨桿支護受場地地質(zhì)條件的影響較大，對于砂土基坑，水泥土攪拌效果和錨桿的灌漿質(zhì)量容易得到保證，取芯檢測表明芯樣抗壓強度遠高于設(shè)計值。而對于粘性土或淤泥、淤泥土，攪拌樁的質(zhì)量大大降低，錨桿的承載性能也較差。因此，該類支護結(jié)構(gòu)主要適用于含砂礫土層基坑效果較好。

2）水泥攪拌樁的成樁質(zhì)量受機械設(shè)備和技工人員素質(zhì)等的影響較大。

3）當(dāng)場地富含塊石等障礙物時，水泥土攪拌質(zhì)量較差，樁身垂直度和樁位偏差不易保證，此時應(yīng)改用高壓旋噴成樁。

參考文獻：

[1] 劉建航，侯學(xué)淵主編.基坑工程手冊.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997.

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