重力式水泥土墻設(shè)計(jì)要點(diǎn)

顧山坤 馬曉麗

科技創(chuàng)新

重力式水泥土墻設(shè)計(jì)要點(diǎn)

顧山坤 馬曉麗

重力式水泥土墻設(shè)計(jì)時需要根據(jù)工程實(shí)際，首先確定其適用范圍，再根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，進(jìn)行穩(wěn)定、強(qiáng)度等安全系數(shù)計(jì)算和相關(guān)參數(shù)選取，實(shí)現(xiàn)重力式水泥土墻的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

水泥土攪拌樁；彈性模量；格柵式水泥土墻

重力式水泥土墻是水泥土樁相互搭接成格柵或?qū)嶓w的重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)，在建筑基坑支護(hù)工程中廣泛應(yīng)用。水泥土墻在初步設(shè)計(jì)時需要計(jì)算格夠墻抗滑穩(wěn)定計(jì)算、抗傾覆穩(wěn)定性、承載力驗(yàn)算（包括抗壓、抗拉、抗剪）、整體滑動穩(wěn)定驗(yàn)算等，計(jì)算參數(shù)的選取需要根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)、配比、施工條件等因素綜合確定。重力式水泥土擋墻設(shè)計(jì)時需要根據(jù)工程實(shí)際情況，首先應(yīng)確定其適用范圍，再根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行穩(wěn)定、強(qiáng)度等安全系數(shù)的計(jì)算和相關(guān)參數(shù)的選取。

1.水泥土開挖齡期軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值

根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ120-2012)6.2.6，“水泥土墻體的28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不宜小于0.8MPa”，根據(jù)條文說明6.2.6“水泥土養(yǎng)護(hù)齡期為90d，基坑工程一般不可能等到90d養(yǎng)護(hù)周期后再開挖，故設(shè)計(jì)時以齡期28d的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)。一些試驗(yàn)資料表明，一般情況下，水泥土強(qiáng)度隨齡期的增長規(guī)律為，7d的強(qiáng)度可達(dá)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的30%～50%，30d的強(qiáng)度可達(dá)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的60%～75%，90d的強(qiáng)度為180d強(qiáng)度的80%左右，180d以后水泥土的強(qiáng)度仍在增長。水泥土強(qiáng)度等級也影響水泥土強(qiáng)度，一般水泥強(qiáng)度等級提高10后，水泥土的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度可提高20%～30%?！薄督ㄖ鼗幚砑夹g(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012）條文說明7.3.1“一般水泥摻入比采用12%～20%，對于型鋼水泥土攪拌樁（墻），由于其水灰比較大（1.5～2.0）為保證水泥土的強(qiáng)度，應(yīng)選用不低于42.5級的水泥，且摻量不小于20%；水泥強(qiáng)度直接影響水泥土的強(qiáng)度，水泥強(qiáng)度等級提高10MPa，水泥土立方體抗壓強(qiáng)度平均值約增大20%～30%。”根據(jù)《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)》（第四版）“實(shí)際結(jié)構(gòu)中混凝土軸心抗壓強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)立方體的抗壓強(qiáng)度關(guān)系為fc=0.88×0.76fcu=0.67fcu”。

根據(jù)以上資料，結(jié)合工程實(shí)際情況，建成后不會立刻投入使用，所以水泥土的養(yǎng)護(hù)周期可按180d計(jì)算，按照28d養(yǎng)護(hù)周期，軸心抗壓強(qiáng)度為0.8MPa，180d軸心抗壓強(qiáng)度=1÷0.8÷（0.6～0.75）×0.8MPa=1.33～1.67MPa。參考其他工程經(jīng)驗(yàn)，水泥土軸心抗壓強(qiáng)度取1.5MPa。

2.水泥土彈性模量取值

參考論文《水泥土變形模量及彈性模量試驗(yàn)研究》，文中“采用淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土水泥土，采用試塊試驗(yàn)方法變形模量E50=112.3MPa，采用模型梁試驗(yàn)方法結(jié)果為彈性模量Es=942MPa，結(jié)論建議水泥土彈性模量Ec取4～5倍實(shí)驗(yàn)試塊E50=112.3MPa值，此時仍有1.5～2.5倍安全系數(shù)?！眳⒖颊撐摹端嗤敛牧狭W(xué)性能的試驗(yàn)研究》，水泥摻入比18%時，28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為3.645MPa，彈性模量為3579MPa，變形模量2464MPa。

結(jié)合以上資料，選定彈性模量為230MPa，并試算彈性模量230MPa和120MPa兩種試算結(jié)果，彈性模量對計(jì)算結(jié)果影響很小，僅對壓應(yīng)力有0.01～0.03的影響。

3.整體穩(wěn)定計(jì)算

根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）6.1.3“整體穩(wěn)定計(jì)算方法可采用圓弧條分法進(jìn)行驗(yàn)算，圓弧滑動穩(wěn)定安全系數(shù)不應(yīng)小于1.3，滑弧面在地下水位以上或地下水位以下的黏性土，取孔隙水壓力=0”。

4.其他構(gòu)造要求

重力式水泥土墻中水泥土攪拌樁搭接寬度不宜小于150mm；水泥土墻頂面宜設(shè)置混凝土連接面板，面板厚度不宜小于150mm，混凝土強(qiáng)度不宜低于C15；重力式水泥土墻的嵌固深度，對淤泥質(zhì)土，不宜小于1.2h，對淤泥，不宜小于1.3h，重力式水泥土擋墻的寬度，對淤泥質(zhì)土不宜小于0.7h，對淤泥不宜小于0.8h；重力式水泥土墻采用格柵式時，格柵面積置換率，對一般黏性土、砂土，不宜小于0.6，格柵內(nèi)側(cè)的長寬比不宜大于2。

圖1 分洪口門裹頭布置圖

表1 格柵式水泥土墻計(jì)算成果表

5.適用范圍

重力式水泥土墻是采用水泥土攪拌樁相互搭接成的，攪拌樁的施工工藝一般采用噴漿攪拌法，所以重力式水泥土墻的適用地基應(yīng)同水泥土攪拌樁的適用地基范圍，設(shè)計(jì)時要注意結(jié)合地質(zhì)情況，合理選擇樁型，以避免施工時出現(xiàn)問題。

6.工程實(shí)例

某分洪口兩側(cè)采用水泥攪拌樁格柵墻進(jìn)行裹頭防護(hù)。水泥攪拌樁樁徑為0.7m，間距0.5m，搭接寬度為0.2m。其中，A型格柵墻墻底高程為7.20m，墻體總厚度為7.2m，其中前墻厚1.2m，中墻1厚1.2m，中墻2厚1.2m，后墻厚1.2m，墻間凈距0.8m；肋墻厚1.2m，肋墻凈距1.3m；B型格柵墻墻底高程為12.70m，墻體總厚度為3.2m，前墻厚1.2m，后墻厚1.2m，墻間凈距1.8m；肋墻厚1.2m，肋墻凈距1.3m。兩側(cè)裹頭堤身迎、背水側(cè)邊坡采用0.5m厚格賓石籠進(jìn)行防護(hù)，石籠頂部覆蓋15cm厚種植土及三維土工網(wǎng)，石籠底部采用厚15cm碎石墊層。

根據(jù)工程實(shí)際運(yùn)行情況，分洪或退洪結(jié)束后基坑最危險，此時基坑內(nèi)無水，基坑外側(cè)為地下水，基坑內(nèi)形成沖刷，選擇該工況進(jìn)行計(jì)算。分別選取A型水泥土格柵墻和B型水泥土格柵墻進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表1。

7.結(jié)語

重力式水泥土墻的設(shè)計(jì)要點(diǎn)包括適用地基范圍、基本構(gòu)造要求、相關(guān)計(jì)算參數(shù)的選取等，設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮各方面因素，合理選擇計(jì)算參數(shù)，確定合理的結(jié)構(gòu)尺寸，進(jìn)行相關(guān)計(jì)算以完成重力式水泥土墻的設(shè)計(jì)。

2021-12-20

顧山坤，女，漢族，河北省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，工程師。

馬曉麗，女，漢族，石家莊市冶河灌區(qū)服務(wù)中心，高級工程師。