攪拌樁在深厚軟土層邊坡加固中的應(yīng)用

余列強

廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院，廣東 廣州 510635

攪拌樁在深厚軟土層邊坡加固中的應(yīng)用

余列強

廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院，廣東 廣州 510635

本文詳盡地介紹了蓮陽橋閘廠房基坑邊坡加固的設(shè)計過程，并對在深厚軟土層采用攪拌樁邊坡加固進行了探討和研究，并對加固后的邊坡進行了穩(wěn)定性計算分析，為同類工程的實施提供可資借鑒的設(shè)計經(jīng)驗。

攪拌樁；軟土；邊坡加固

mixing p；ilesoft soil；slop reinforcement

1 工程概況

蓮陽橋閘位于韓江下游東溪支流蓮陽河中部，距離出?？诩s12km，是韓江下游五宗出海攔河水閘中最大的一宗。樞紐建筑物主要包括攔河水閘、電站廠房、交通橋及兩岸連接段。

閘址河床為軟土地基，覆蓋層深厚、承載能力低，廠房基坑開挖時需進行基坑支護。本文論述的是采用攪拌樁對廠房基坑兩側(cè)邊坡進行加固的設(shè)計方案。

2 工程條件

2.1 廠房基坑布置及施工進度安排

電站廠房位于河床右側(cè)，廠房右邊墻離現(xiàn)有右堤岸約68m，右岸堤頂高程約7.1m，堤腳處河床高程一般為0.2m。廠址處河床高程一般為-3.0m，開挖面高程為-4m～-14.65m（墊層底部），基坑開挖最大深度約11.6m。基坑順水流方向長約130m，垂直水流方向長約44m。

根據(jù)施工進度安排第1年11月～第2年3月在前期圍堰保護下水下墻施工到約-3.0m高程，第2年4月～5月20日在后期圍堰保護下完成-3.0m～7.5m水下墻和進廠交通橋施工，并完成出口6扇閘門吊裝（含增加的3扇臨時閘門）。

2.2 工程地質(zhì)條件

廠址處地層依次如下：①-3.0m～-13.5m高程為淤泥層，厚約10.5m；②-13.5m～-19.4m高程為淤泥質(zhì)土層，厚約5.9m；③-19.4m～-22.0m高程為黏土層，厚約2.6m; ④-22.0m以下為中砂層。各層主要地質(zhì)參數(shù)建議值見表1。

2.3 廠房基坑支護的特點

(1) 基坑位于河床內(nèi)，具備一定的放坡開挖場地條件。

(2) 基坑開挖范圍內(nèi)均為軟土層，開挖深度較大時放坡開挖的穩(wěn)定坡比小。

(3) 工期較緊，需在5個月左右的時間內(nèi)完成約11.6m深的基坑開挖及11.6m高的廠房下部混凝土澆筑。

3 廠房基坑支護方式的比選

表1 主要地質(zhì)參數(shù)建議值表

圖1 基坑邊坡加固斷面圖

根據(jù)周邊環(huán)境狀況以及保護對象，廠房基坑安全等級為2級，重要性系數(shù)為1.0。依據(jù)工程經(jīng)驗，并結(jié)合廠址處的地質(zhì)條件，本工程比較了如下3個開挖方案，即大開挖、邊坡加固、垂直支護方案，各方案的優(yōu)缺點分述如下：

(1) 大開挖方案

該方案采用自然放坡，造價最低。但由于廠址處-3.0m高程以下為淤泥和淤泥質(zhì)土層，采用自然放坡則穩(wěn)定邊坡較緩，基坑開挖范圍大，右岸開挖邊線離現(xiàn)有堤防坡腳太近，影響堤防安全。另外，由于開挖面太大，開挖量及回填量均大，并且較多閘段消力池、海漫等建筑物以及右岸新建堤防均位于開挖范圍內(nèi)，這些建筑物的施工只能推后。

(2) 邊坡加固方案

該方案砂層采用自然放坡，淤泥和淤泥質(zhì)土層先采用深層水泥攪拌樁加固，開挖邊坡采用1:2.0。由于加固后的淤泥和淤泥質(zhì)土層可以采用較陡的開挖邊坡，開挖邊線離右岸堤防坡腳較遠，不會影響堤防安全，并且對后續(xù)建筑物的影響較小，深層水泥攪拌樁工程量僅為垂直支護方案的一半左右，造價較低。

(3) 垂直支護方案

該方案砂層也采用自然放坡，淤泥和淤泥質(zhì)土層設(shè)置格構(gòu)式水泥攪拌樁擋墻支護，垂直開挖。由于采用垂直開挖，故對周邊建筑物的影響最小，但該方案未充分利用現(xiàn)場較為開闊的地形條件，格構(gòu)式水泥攪拌樁擋墻支護的攪拌樁工程量大，造價最高，攪拌樁施工時間較長，施工總工期有所延長，對枯水期要求完成的形象進度有一定影響。

根據(jù)支護形式要安全可靠、結(jié)構(gòu)簡單、施工方便，具有良好技術(shù)經(jīng)濟指標的原則，依據(jù)上述分析，本工程推薦采用邊坡加固方案作為廠房基坑支護方案。

4 廠房基坑邊坡加固設(shè)計

4.1 廠房基坑邊坡加固設(shè)計

廠房基坑兩側(cè)邊坡采用攪拌樁進行加固，邊坡坡比為1：2，攪拌樁樁徑為0.5m，采用三角形布置，間距為1.0m。分兩級布置，第一級攪拌樁施工平臺高程為-6.65m，第二級攪拌樁平臺施工高程為-10.65m，坡頂-5.0m～-3.0m范圍內(nèi)進行卸荷，卸荷寬度為5.0m。

廠房基坑加固布置方案為：開挖建基面高程為-6.65m以上的基坑兩側(cè)采用自然放坡，無需加固；開挖建基面高程為-1 0.65m～-6.65m的基坑兩側(cè)邊坡施工第一級攪拌樁進行加固，攪拌樁底部高程為-1 8.65m；開挖建基面高程為-14.65m～-10.65m的基坑兩側(cè)邊坡施工第一級及第二級攪拌樁進行加固，攪拌樁底部高程為-22.65m且伸入底部中粗砂層不小于0.5m，詳見基坑邊坡加固斷面圖(圖1)。攪拌樁施工達28d齡期后方可進行開挖。

4.2 廠房基坑邊坡穩(wěn)定分析

(1)復(fù)合地基強度指標的確定

基坑兩側(cè)邊坡采用水泥攪拌樁加固后形成復(fù)合地基，復(fù)合地基的強度采用等效強度法[1,2]來進行分析，復(fù)合地基的等效強度指標計算式如下：

式中, m—攪拌樁的面積置換率；c1—攪拌樁樁身黏聚力；c2—軟土層黏聚力ψ1—攪拌樁樁身內(nèi)摩擦角，取20o～24oψ2—軟土層內(nèi)摩擦角；K1—攪拌樁的剛度，kN/m； K2—樁周軟土部分的剛度，kN/m；β—樁的沉降S1和樁周軟土部分沉降S2之比，一般S1＜S2，可取β＝0.5。

攪拌樁樁身粘聚力可按下式計算確定：

式中，fcu—與攪拌樁樁身水泥土配比相同的室內(nèi)加固土試塊（邊長為70.7mm的立方體，也可采用邊長為50mm的立方體）在標準養(yǎng)護條件下28天齡期的立方體抗壓強度平均值，kPa；η—樁身強度折減系數(shù)，干法可取0.20～0.30，濕法可取0.25～0.33。

(2) 邊坡穩(wěn)定分析

采用北京理正軟件研究所的理正巖土系列軟件3.6版之邊坡穩(wěn)定設(shè)計模塊進行計算分析。

在本工程的設(shè)計中，對采用不同樁徑、不同間距的攪拌樁加固后的廠房基坑邊坡穩(wěn)定分別進行了分析計算，計算成果列于表2。

表2 計算成果表

根據(jù)上述計算結(jié)果，可以看出，攪拌樁加固后的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)隨著復(fù)合地基面積置換率的提高而增大；加固后的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)對面積置換率的變化不敏感，計算工況4比工況1面積置換率提高了43.5%而邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)僅提高了10%，方案選用應(yīng)注意安全性與經(jīng)濟性兩者兼顧。

本工程基坑安全等級為2級，參考相關(guān)規(guī)范，基坑邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)取為1.15。根據(jù)計算成果表，計算工況1滿足本工程設(shè)計要求，因此，基坑邊坡采用樁徑為0.5m，間距為1.0m，等邊三角形布置形式的攪拌樁進行加固。

5 結(jié)語

本工程廠房基坑開挖于2009年11月開始施工，按設(shè)計方案進行基坑邊坡加固，水泥攪拌樁采用干法施工，水泥為福泰山牌P·S· A32.5R礦渣硅酸鹽水泥，水泥摻量為60kg/ m。廠房基坑開挖順利，于2010年4月份完成-3.0高程以下的廠房下部混凝土澆筑，順利完成廠房基坑工程施工。

本文詳盡地介紹了蓮陽橋閘廠房基坑開挖過程中采用水泥攪拌樁對基坑兩側(cè)深厚軟土層邊坡加固的設(shè)計方案。并介紹了該方案在工程中的實際施工情況。從理論分析及實際工程應(yīng)用兩個方面可以看出，在深厚軟土層的深基坑開挖過程中采用水泥攪拌樁對邊坡加固是一種行之有效的方法。該方法安全可靠、結(jié)構(gòu)簡單、施工方便，具有良好技術(shù)經(jīng)濟指標。

[1]建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].JTJ79-2002

[2]廣東省海堤工程設(shè)計導(dǎo)則（試行）[S].DB44/T182-2004

[3]建筑基坑支護設(shè)計規(guī)程[S].JTJ120-99

[4]建筑基坑支護設(shè)計規(guī)程[S].GB50286-98

The applications of mixing piles in deep soft soil slope reinforcement

Yu Lieqiang Guangdong Provincial Investigation, Design and Reserch Institute of Water Conservancy and Electric Power, Guangzhou 51017

This arctic discribes detailedly the foundation pit slope reinforcement design process of Lianyang floodgate power station, discusses and studies the method that mixing piles reinforce foundation pit slop in deep soft soil, and analysis the stability of reinforced slope, offer design reference for similar project.

TV223.2

B

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.12.035

余列強、1980.02、男、江西省樟樹、漢、工程師、碩士、從事水利水電工程施工組織設(shè)計。