基坑止水帷幕中深層攪拌樁的應(yīng)用

蔚貴宏，李慧蘭，劉 麗，汪 茜，鄭百功

（1. 長(zhǎng)春市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，長(zhǎng)春 130062；2. 長(zhǎng)春工程學(xué)院勘查與測(cè)繪學(xué)院，長(zhǎng)春 130021；3. 吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130026）

基坑止水帷幕中深層攪拌樁的應(yīng)用

蔚貴宏1，李慧蘭2，劉 麗1，汪 茜3，鄭百功3

（1. 長(zhǎng)春市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，長(zhǎng)春 130062；2. 長(zhǎng)春工程學(xué)院勘查與測(cè)繪學(xué)院，長(zhǎng)春 130021；3. 吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130026）

本文根據(jù)工程實(shí)例介紹了深層攪拌樁在基坑止水帷幕墻中應(yīng)用，并簡(jiǎn)述了其計(jì)算方法。工程實(shí)踐表明，深層攪拌樁與周圍土體共同作用形成的水泥土擋墻具有安全可靠，無(wú)噪音，綜合工期短，無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。

深層攪拌樁；水泥土擋墻；基坑支護(hù)；止水帷幕墻

0 引言

水泥土深層攪拌樁是加固軟土地基的一種新方法，它是利用石灰等材料作為固化劑，通過(guò)深層攪拌機(jī)械將軟土和固化劑強(qiáng)制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理-化學(xué)作用，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強(qiáng)度的樁體。我國(guó)20世紀(jì)80年代初開(kāi)始應(yīng)用攪拌樁代替鋼板樁作支護(hù)結(jié)構(gòu)。這種支擋結(jié)構(gòu)不透水，不設(shè)支撐，使基坑能在敞開(kāi)的條件下開(kāi)挖，并且只使用水泥座位材料，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益[1～6]。

1 工程基本情況

1.1 工程概況

某花園住宅樓位于長(zhǎng)春市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)臨河街西側(cè)，設(shè)計(jì)方案中12#樓、13#樓、14#樓、15#樓有一層地下室，場(chǎng)區(qū)地下室基坑開(kāi)挖深度為4.00m，另外在基坑底還須進(jìn)行人工挖孔樁的施工。

由于場(chǎng)地地基土層中中砂及粗砂厚度不均，強(qiáng)度較低，穩(wěn)定性差。地下水豐富，在基坑開(kāi)挖及基礎(chǔ)人工挖孔樁施工過(guò)程中如不采取有效措施，必須進(jìn)行大量抽水，造成大量地下水的流失、引起流砂坍塌，進(jìn)而引起臨近建筑及地面沉降變形破壞，必須采取安全、經(jīng)濟(jì)合理的基坑支護(hù)措施，確?；娱_(kāi)挖及地下室施工的順利進(jìn)行。

1.2 場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

場(chǎng)地地貌屬伊通河一級(jí)階地，地形起伏不大，相對(duì)高差0.79m；由白堊系灰白色砂頁(yè)巖構(gòu)成基底，上覆第四系粉質(zhì)粘土、粗砂等。地層自上而下分層描述如下。

（1）雜填土：雜色，主要以建筑垃圾為主，多由磚頭、瓦塊、碎石等組成，結(jié)構(gòu)松散，下部0.3～0.7m為耕植土。

（2）粉質(zhì)粘土：黃褐色，新近期沉積土，可塑，層底深度1.70～3.90m。

（3）粉質(zhì)粘土：灰黑色，含有機(jī)質(zhì)，近淤泥質(zhì)土，局部夾薄層細(xì)砂，軟塑，層底深度2.80～6.10m。

（4）中砂：灰白色、黃色、飽和，底部常見(jiàn)5～15m礫石，松散—稍密，主要成份石英、長(zhǎng)石等組成，可見(jiàn)層底深度4.6～6.7m。

（5）粗砂：灰色、飽和、中密，由于粒徑較大與④層中砂成相變，主要成份石英、長(zhǎng)石等組成，可見(jiàn)層底深度5.6～6.6m。

（6）砂質(zhì)泥巖強(qiáng)風(fēng)化層：紫紅色，灰白色，風(fēng)化成土狀，硬塑，夾0.5m厚的純凈砂巖，可見(jiàn)層底深度6.7～10.3m。

以下為中風(fēng)化—微風(fēng)化砂質(zhì)泥巖，與基坑支護(hù)關(guān)系不大。

場(chǎng)地地下水為孔隙潛水，含水層為粉質(zhì)粘土，水位埋深1.8～3.6m，主要靠河流側(cè)向和大氣降水補(bǔ)給。

1.3 基坑支護(hù)方案

由于基坑開(kāi)挖深度范圍內(nèi)有雜填土、粉質(zhì)粘土、中砂和粗砂，涌水量較大。故采用深層攪拌止水帷幕墻將地下水阻隔于基坑之外，避免坑底涌水、涌砂；且有重力式擋土墻的作用，確?；娱_(kāi)挖及地下室施工的順利進(jìn)行。深層攪拌樁的設(shè)置及工藝技術(shù)要求如下：

（1）沿基坑開(kāi)挖線外側(cè)周邊設(shè)置直徑500mm，樁心距350mm，相互搭接150mm，深7m的深層攪拌樁構(gòu)成止水帷幕墻（如圖1），樁尖進(jìn)入砂質(zhì)泥巖強(qiáng)風(fēng)化層300～500mm。

圖1 深層止水帷幕平面結(jié)構(gòu)示意圖

（2）由于基坑周長(zhǎng)較長(zhǎng)，為確?；拥陌踩舻叵率彝鈮€與建筑紅線之間的距離超過(guò)5m時(shí)，進(jìn)行深攪止水帷幕墻內(nèi)側(cè)放坡施工（見(jiàn)圖2）；基坑尺寸受限制的地方則進(jìn)行深攪內(nèi)側(cè)垂直開(kāi)挖的形式（見(jiàn)圖3）。若基坑實(shí)際開(kāi)挖深度超過(guò)4m，因基坑尺寸受限制，不能進(jìn)行深攪墻內(nèi)側(cè)放坡，則采取深攪墻頂部取土減載的方法（見(jiàn)圖4）。

圖2 深攪墻內(nèi)側(cè)放坡

圖3 深攪墻內(nèi)側(cè)垂直開(kāi)挖

圖4 深攪墻頂部取土減載

2 工程基本參數(shù)

2.1 原始數(shù)據(jù)

基坑深度(樁頂距坑底距離)：4.00m，

放坡角度(用于無(wú)支護(hù)開(kāi)挖和土釘)：90°,樁嵌固深度安全系數(shù)：1.2,

樁背與土的摩擦角系數(shù)：0.3,

需要護(hù)坡的基坑周長(zhǎng)=600m,

墻厚度：5m；墻入土深度：2.5m,

計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

2.2 計(jì)算內(nèi)容

（1）主動(dòng)土壓力、被動(dòng)土壓力按朗肯土壓力理論計(jì)算。對(duì)應(yīng)圖3的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖5、圖6。

圖5 主動(dòng)土壓力計(jì)算結(jié)果

圖6 被動(dòng)土壓力計(jì)算結(jié)果

（2）穩(wěn)定性計(jì)算

①抗傾覆計(jì)算

水泥土擋墻繞墻趾抗傾覆安全系數(shù)：

②抗滑移計(jì)算

水泥土擋墻沿墻底滑動(dòng)的安全系數(shù)：

滿足穩(wěn)定性要求。

（3）最大彎矩計(jì)算

水泥土擋墻最大彎矩的作用點(diǎn)是結(jié)構(gòu)斷面剪力為零的點(diǎn)。算得縱向每延米最大彎矩值=7.06(kN?m)（見(jiàn)圖7）。

圖7 水泥土擋墻彎矩圖

（4）墻體應(yīng)力驗(yàn)算

①墻體正應(yīng)力驗(yàn)算

γo——墻體平均重度，

Z ——計(jì)算截面以上水泥土墻的高度，

q ——支護(hù)結(jié)構(gòu)頂面堆載，

M ——擋土墻計(jì)算截面處的彎矩，

x1、x2——擋土墻在計(jì)算截面處的截面形心至最大、最小應(yīng)力點(diǎn)的距離，

I——擋土墻在計(jì)算截面處的慣性矩，

qu——水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，

Kj——考慮水泥土強(qiáng)度不均勻的系數(shù)。

由上式算得水泥土承受的最大抗彎應(yīng)力為262.54(kPa)，水泥土承受的最小抗彎應(yīng)力為76.34(kPa)，水泥土承受的最大抗彎應(yīng)力滿足設(shè)計(jì)要求。

②墻體剪應(yīng)力驗(yàn)算

式中：τ——計(jì)算截面處的剪應(yīng)力,

E'α——計(jì)算截面以上主動(dòng)土壓力的合力,

η——計(jì)算截面處水泥土的置換率。

算得最大剪力點(diǎn)距樁頂距離4.00(m)；最大剪應(yīng)力17.52(kPa)，抗剪應(yīng)力滿足設(shè)計(jì)要求（見(jiàn)圖8）。

圖8 水泥土擋墻剪力圖

3 工藝技術(shù)及質(zhì)量控制與檢驗(yàn)

3.1 工藝技術(shù)

(1)為了保證攪拌均勻，施工采用上、下三回次，六次攪拌的施工工藝，具體施工步聚如下：①深攪機(jī)械就位；②噴漿攪拌下沉；③噴漿攪拌提升；④重復(fù)噴漿攪拌下沉；⑤重復(fù)攪拌提升；⑥重復(fù)噴漿攪拌下沉；⑦重復(fù)攪拌提升直至孔口；⑧移機(jī)就位施工下一棵樁。

(2)深攪固化劑使用425#礦渣硅酸鹽水泥，水泥摻入量為被加固土重的18%，水灰比為0.5。

(3)水泥土攪拌樁的垂直度偏差不得超過(guò)1%，樁位布置偏差不得大于50mm，樁徑偏差不得大于4%。開(kāi)機(jī)前必須調(diào)試，檢查樁機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)和輸料管的暢通情況。

3.2 質(zhì)量控制與檢驗(yàn)

⑴成樁施工時(shí)，檢查原材料質(zhì)量，摻合比的檢查；成樁時(shí)檢查樁位、樁底標(biāo)高、樁身垂直度、外摻劑摻量、噴漿量均勻。深攪鉆頭需設(shè)置攪拌葉片和噴漿葉片，噴漿葉片距攪拌頭的距離≤200 mm。另外若遇堅(jiān)硬地層，攪拌葉片磨損過(guò)快時(shí)，須在葉片上鉆眼鑲合金，保證成樁直徑及搭接。

⑵為保證深攪帷幕能很好地將地下水阻隔于基坑之外，保證成樁質(zhì)量，一律采用三回次六次噴漿攪拌法成樁，以保證樁身的完整性、連續(xù)性。

⑶為確保樁與樁之間的搭接質(zhì)量、形成一道完整的防滲帷幕，采取以下措施：

①深攪機(jī)就位時(shí)，調(diào)平機(jī)架并安置平穩(wěn)牢實(shí)，使深攪動(dòng)力頭導(dǎo)軌與自然懸垂的攪拌鉆桿保持平行，以保證攪拌機(jī)垂直度。②攪拌下沉?xí)r在鉆桿及動(dòng)力頭的自重作用下進(jìn)行，控制攪拌提升速度。③經(jīng)常檢查鉆頭直徑，并保持≥500mm。

⑷為了保證樁身強(qiáng)度，施工操作如因機(jī)械故障停機(jī)達(dá)10小時(shí)以上，則需在該樁之外補(bǔ)攪樁，以免攪拌樁初凝，造成樁體不連續(xù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

水泥攪拌樁擋墻是水泥攪拌技術(shù)應(yīng)用的進(jìn)一步發(fā)展，作為深基坑開(kāi)挖的擋墻維護(hù)技術(shù)與目前常用的鋼板樁、砼樁相比，其振動(dòng)小、無(wú)噪音、無(wú)泥漿廢水污染、擠土輕微、抗?jié)B性好、不須拔樁，可避免打、拔樁的振動(dòng)對(duì)鄰近建筑物的影響。基坑開(kāi)挖時(shí)，不需要井點(diǎn)降水和支撐或拉錨，坑內(nèi)空間寬敞，給主體結(jié)構(gòu)施工帶來(lái)方便，有利縮短綜合工期和文明施工及安全生產(chǎn)等特點(diǎn)，而且造價(jià)也可降低30%左右。

[1] 趙明華. 土力學(xué)與基礎(chǔ)工程 [M]. 武漢：武漢理工大學(xué)出版社, 2003: 187～226.

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Practice of Deep Mixing Piles in Water-stopping Curtain of Foundation Pit

YU Guihong1LI Huilan2LIU Li1WANG Qian3ZHENG Baigong3
(1. Changchun Water Investigation Design and Research Institute, Changchun 130026; 2. Faculty of Prospecting & Surveying Engineering, Changchun Institute of Technology, Changchun 130021; 3. College of Construction Engineering, Jilin University, Changchun 130026)

Formed by the forced mixing of proportioned cement mortar and foundation soil by special machine deep in the foundation, the water-stopping curtain wall of soil-cement pile can improve the stability of the foundation slope and performance of anti-seepage, thus reaches the objectives of stopping water and retaining soil. Based on the practice in actual project, calculation method of deep mixing piles in water-stopping curtain of foundation pits is introduced. Deep mixing piles combined with surrounding soil forms cement-soil retaining wall. Project practices show that cement-soil retaining wall has advantages of high reliability, lower noise, short construction period and no pollution.

Deep mixing pile; cement-soil retaining wall; foundation pit brace ;water-stopping curtain wall

TV551.4

B

蔚貴宏（1976-），男，高級(jí)工程師，主要研究工程地質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害、土力學(xué)及基礎(chǔ)工程。E-mail：chinaygh@sina.com”