水泥土攪拌樁與鉆孔灌注樁組合支護(hù)基坑研究應(yīng)用

敖小平+張巍

【摘 要】隨著我國(guó)城市建設(shè)的發(fā)展，出現(xiàn)了大量基坑的開(kāi)挖與支護(hù)的工程建設(shè)問(wèn)題。在軟土地區(qū)，由于軟土的強(qiáng)度不高、變形較大，且具有一定的蠕變性，基坑支護(hù)常常是施工中的難點(diǎn)。本文探討了水泥土攪拌樁與雙排灌注樁在軟土基坑工程中組合使用的機(jī)理，其中著重分析了土拱效應(yīng)。在此基礎(chǔ)上，以上海某大型基坑工程為例，對(duì)其穩(wěn)定性計(jì)算與基坑局部變形機(jī)理進(jìn)行了研究。結(jié)合實(shí)際工程進(jìn)行了一個(gè)大型基坑的設(shè)計(jì)計(jì)算與基坑局部變形的有限元模擬。本論文可為軟土地區(qū)雙排鉆孔灌注樁與水泥土攪拌樁基坑組合支護(hù)供參考。

【關(guān)鍵詞】基坑工程；水泥攪拌樁；鉆孔灌注樁；雙排樁；變形控制

The application and research on combined supporting of cement mixing pile with drilling bored pile

Ao Xiao-ping1、2,Zhang Wei2

(1.Jiangxi Geological Engineering (Group) Company Nanchang Jiangxi 330000；

2.Nanjing University, School of Earth Sciences and Engineering Nanjing Jiangsu 210000)

【Abstract】With the development of urban construction in China，more and more problem of excavation and supporting of foundation has emerged. In the soft soil area, because of the limited strength, large deformation and a certain degree of creep, the foundation supporting is even more complicated.In the paper, the mechanisms of combined application of cement-soil mixing pile with double row bored pile in soft soil foundation, especially the soil arching effect were discussed. Based on this, a large foundation engineering in Shanghai was taken for instance, the stability of the foundation was calculated and mechanism of local deformation was studied by finite element analysis. Subsequently. The study could be referred to the design and construction of combined support of cement soil mixing pile and double row bore pile in soft soil area.

【Key words】Foundation;Engineering;Cement;Mixing pile;Bored pile;Double-row pile;Deformation control.

1. 水泥土攪拌樁與雙排鉆孔灌注樁組合支護(hù)作用機(jī)理

基坑開(kāi)挖后隨著土體應(yīng)力的改變及位移的產(chǎn)生，支護(hù)結(jié)構(gòu)后土體產(chǎn)生主動(dòng)土壓力首先傳遞給水泥攪拌樁擋墻，然后再通過(guò)水泥土攪拌樁擋墻傳遞給排樁承受，雙排樁在冠梁及連梁的作用下將土壓力分配給前后排樁來(lái)共同承受。水泥土攪拌樁與雙排灌注樁的組合支護(hù)結(jié)構(gòu)即充分利用了雙排灌注樁的側(cè)向剛度大、整體穩(wěn)定性好、樁身內(nèi)力小、變形控制能力強(qiáng)等特點(diǎn)，同時(shí)發(fā)揮了水泥土攪拌樁的止水性能。另外水泥土攪拌樁對(duì)土體的加固，也充分發(fā)揮了雙排樁與土體間的協(xié)同作用，使組合支護(hù)結(jié)構(gòu)的綜合能力大大提高。

圖1 地下車(chē)庫(kù)深坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)剖面2. 水泥土攪拌樁與雙排鉆孔灌注樁組合支護(hù)應(yīng)用分析

2.1 工程地質(zhì)條件。根據(jù)勘查報(bào)告顯示，本場(chǎng)地位于長(zhǎng)江三角洲入?？跂|南前緣，屬濱海平原地貌，總體穩(wěn)定，地基土層均屬于不液化土層，不良地質(zhì)情況有：場(chǎng)地的西北角、西南角及東側(cè)各存在1個(gè)暗浜，開(kāi)挖范圍內(nèi)土層物理力學(xué)參數(shù)如表1：

圖22.2 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案?；用娣e34902m2，開(kāi)挖深度1.90m~6.95m，周邊環(huán)境相對(duì)寬松。按照基坑工程設(shè)計(jì)規(guī)程，本基坑工程安全等級(jí)定為三級(jí)，環(huán)境保護(hù)等級(jí)定為三級(jí)。

2.2.1 水泥攪拌樁區(qū)域+鉆孔灌注樁組合支護(hù)計(jì)算。深基坑區(qū)域采用6排700@500二軸攪拌樁重力壩作圍護(hù)，重力壩寬3.2m，攪拌樁樁長(zhǎng)9m，樁頂絕對(duì)標(biāo)高為-3.1m，為控制攪拌樁變形，在重力壩2側(cè)套打2排600鉆孔灌注樁，灌注樁間距1.5m，樁長(zhǎng)9.3m，樁頂標(biāo)高與攪拌樁一致，局部靠近住宅樓基礎(chǔ)較近處，為保護(hù)住宅樓管樁，攪拌樁與鉆孔灌注樁樁長(zhǎng)延長(zhǎng)3m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)剖面見(jiàn)圖1。

表1 主要土層物理力學(xué)參數(shù)

土層

編號(hào) 土層 層厚

(m) 重度(

KN/m3) φ

( °) C

(KPa) 滲透系數(shù)

(cm/s)

①1 雜、素填土 1.4 18.5 15 5 ——

②1 褐黃色粘土 0.9 19.0 18 27 4.0E-07

②2 灰黃色粘土 1.0 17.8 15.5 18 5.0E-07

③ 灰色淤泥質(zhì)粘土 3.9 16.6 12 11 2.0E-06

④1 灰色淤泥質(zhì)粘土 7.3 16.9 13 12 3.0E-06

④2 灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)

粘土與粉質(zhì)粘土

互層 5.4 17.7 21 11 1.0E-04

（1） 坑底抗隆起(圓弧滑動(dòng))計(jì)算（見(jiàn)圖2）。 下滑力：366.1KN/m；抗滑力：807.7KN/m；每延米墻體抗滑力：0.0KN/m；安全系數(shù)：2.21，要求安全系數(shù)：1.7 。

圖3

圖4（2） 墻底抗隆起計(jì)算（見(jiàn)圖3）。 坑內(nèi)側(cè)向外5.4m范圍內(nèi)總荷載：1190.4KN/m；驗(yàn)算斷面處土體內(nèi)聚力：14.0KPa；內(nèi)摩擦角：13.0°。

地基承載力：

Nq=eπtgφtg2(45+φ/2)=eπtg13.0tg2(45+13.0/2)=3.26

Nc=(Nq-1)tgφ=(3.26-1)tg13.0=9.81

Ru=qNq+cNc=112.4×3.26+14.0×9.81=504.2

安全系數(shù)：504.2×5.4/1190.4=2.27，要求安全系數(shù)：1.5。

（3） 抗傾覆計(jì)算（見(jiàn)圖4）。

墻重： 19.0×12×4.200=957.60

endprint

抗傾覆安全系數(shù)： 576.8×2.77+957.60×4.20÷2262.7×3.97+440.1×4.65=1.17，要求安全系數(shù)：1.1。

圖5（4） 抗滑移計(jì)算（見(jiàn)圖5）。

墻重： 19.00×12.00×4.200=957.6

抗滑移安全系數(shù)： 576.8+957.6×tg(13.0)+14.0×4.20262.7+440.1=1.22，

要求安全系數(shù)：1.2，當(dāng)長(zhǎng)邊不大于20m時(shí)，取1.0。

（5） 抗?jié)B流穩(wěn)定計(jì)算?？?jié)B流穩(wěn)定安全系數(shù)：

(2.500-1)/(1+1.000) 4.85/(1.5×4.85+1.5×2×6.65+1.00×4.20)=4.86，要求安全系數(shù)：1.5～2.0，開(kāi)挖面以下土為砂土、砂質(zhì)粉土或黏性土與粉土中有明顯薄層粉砂夾層時(shí)取大值。

圖6

圖7 計(jì)算模型圖（6） 整體穩(wěn)定計(jì)算（見(jiàn)圖6）。 滑弧：圓心(-0.03m，-2.16m)，半徑：14.76m， 起點(diǎn)(-14.63m,0.00m)， 終點(diǎn)(12.67m,5.35m)， 拱高比0.707；下滑力：731.43KN/m；土體(若有則包括攪拌樁和坑底加固土)抗滑力：1253.45KN/m；土釘/錨桿抗滑力：0.00KN/m；樁墻的抗滑力：0.00KN/m；安全系數(shù)：1.71。

2.2.2 基坑變形模擬。

2.2.2.1 組合支護(hù)土拱效應(yīng)的基坑變形模擬。

（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單位要求樁基工程管樁移位控制在3cm之內(nèi)，深基坑的開(kāi)挖對(duì)淺基坑基礎(chǔ)的樁基工程的移位變形進(jìn)行模擬分析（見(jiàn)圖7、圖8、圖9、圖10）。

圖8 模型有限網(wǎng)格劃分圖

圖9 基坑挖到底變形網(wǎng)格圖

圖10 水平變形云圖25.62mm （2）通過(guò)對(duì)基坑地下車(chē)庫(kù)深坑基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的有限元模擬，地下車(chē)庫(kù)支護(hù)的攪拌樁墻附近水平位移較大。水平位移最大可達(dá)2.56cm，變形相對(duì)較小，不會(huì)對(duì)附近樁基工程（管樁）造成影響。

（3）通過(guò)后期圍護(hù)體系鉆孔灌注樁+攪拌樁套打施工，基坑開(kāi)挖過(guò)程中專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)單位對(duì)基坑變形情況進(jìn)行檢測(cè)顯示，基坑整體水平位移量最大為18.9mm，此類(lèi)圍護(hù)體系設(shè)計(jì)可以滿足該工況下設(shè)計(jì)要求。

3. 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)基坑工程支護(hù)結(jié)構(gòu)形式及支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理論的總結(jié)，提出了水泥土攪拌樁與雙排灌注樁在軟土基坑工程中組合使用的方法。具有較大的整體剛度，能有效控制變形，且各樁所受內(nèi)力較小，在基坑工程中是一種具有廣闊應(yīng)用前景的支護(hù)結(jié)構(gòu)。

參考文獻(xiàn)

［1］ 劉宗仁，劉雪雁編著．基坑工程［M］．哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2008.

［2］ 楊小平主編．《基礎(chǔ)工程》［M］．廣州：華南理工大學(xué)出版社，2010.5.

［3］ 劉國(guó)彬，王衛(wèi)東．基坑工程手冊(cè)［M］．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

［4］ 楊明，姚令侃，王廣軍．抗滑樁寬度與樁間距對(duì)樁間土拱效應(yīng)的影響研究［J］．巖土工程學(xué)報(bào)，2007，29(10).

［作者簡(jiǎn)介］ 敖小平（1975-），男，職稱(chēng)：高級(jí)工程師，工作單位：南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，主要從事巖土地質(zhì)工程施工工作。

張?。?974-），工作單位：南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，副教授。

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