论文部分内容阅读
【摘 要】 本文通过工程实例就水泥搅拌桩在基坑支护中的应用作了简要叙述，对其可行性进行了探讨，可供设计和施工参考。
【关键词】 基坑支护；重力式挡土墙；水泥搅拌桩
【中图分类号】 TU753.3 【文献标识码】 A 【文章编号】 1727-5123（2012）01-007-02
1 工程概况
太原市某大厦蓄水池，东临公路，其余三面均有建筑物，其开挖深度为4.8m，面积约800m2，见图一。
该场地属太原市汾河东岸Ⅰ级阶地，从自然地面至其下200米范围内地层属第四系全新纪地层（Q4）。根据工程地质勘察报告，将该工程场地分为四层，分别为：
第（1）层：粉土夹粉砂薄层，层厚6.0～6.5m，呈软塑流塑状，fk=85KPa。
第（2）层：粉土层，层厚3.0～5.5m，呈软塑可塑状，中等高压缩性，fk=120KPa。
第（3）层：细砂夹中砂层，层厚约3.0m，饱和，松散稍密状态，fk=115KPa。
第（4）层：中砂层，中密，fk=250KPa。
地下水位为自然地面下2.3～2.5m，为潜水，对混凝土无侵蚀性。
２ 基坑支护方案的确定
该工程的基坑开挖深度虽然较浅，但是施工场地狭小，四周毗邻建筑物，土质又差，业主考虑多方面的原因，要求在保证安全的前提下，尽量降低造价，同时要求的工期很短，有效工期仅为一个半月。
初步设计有两个方案：方案一：采用钻孔灌注桩，优点是安全可靠，但因场地狭小，其泥浆的排放问题很难解决，影响四周建筑的正常使用，且造价相对方案二较高。
方案二：采用水泥搅拌桩作为重力式挡土墙，优点是造价低、工期短、施工无噪音且不污染环境，同时可作为防渗帷幕，但工程实践经验较灌注桩少，有待进一步完善。
根据该工程的场地条件、地质条件、技术要求、工程造价、工期等多方面的情况，通过综合技术分析比较，经过仔细计算分析论证并结合以往的工程经验，决定采用方案二，以水泥搅拌桩作为重力式挡土墙进行深基坑支护。
３ 水泥搅拌桩的原理及挡土墙的结构设计
水泥搅拌桩法是利用水泥作为固化剂，通过深层搅拌机械在地基深处原位将土和水泥强制拌和，经一系列的物理化学反应，利用致密的水泥土挡住渗水并承受水、土压力。
由于水泥土的抗弯强度较低，当基坑内无其它支撑时，所需水泥土厚度较大，一般应设置若干排搅拌桩。在软土地基中开挖基坑时水泥搅拌桩支护结构可参照重力式挡土墙的计算方法进行设计，其厚度、强度及深度用试算法确定。根据初步拟定的参数进行挡墙的稳定性验算，并结合实际工程经验等进行适当修正，直到满足设计要求为止。
根据实际情况，本工程采用的是PH-5A型粉喷桩机，桩长为8.5m，其中开挖4.8m，插入基坑底部3.7m，并进入第二层粉土层内≥1.5m。
本工程水泥挡土墙体采用格栅式，如图二，壁厚3.5m，考虑挡墙既要挡土又需防水，桩径采用Φ500，桩与桩搭接100mm，水泥采用425#普通硅酸盐水泥，桩体通长复搅，水泥掺量为16～17%。
主动土压力计算：ea=γHtg2(45°-ψ/2)-2Ctg(45°-ψ/2)
被动土压力计算：ep=γHtg2(45°+ψ/2)+2Ctg(45°+ψ/2)
ea─主动土压力强度（KPa）
ep─被动土压力强度（KPa）
γ─土的重度（KN/m3）
H─挡土墙深度（m）
ψ─土的内摩擦角(°)
C─粘聚力（KPa）
根据《建筑地基基础设计规范》进行抗倾覆和抗滑移稳定性验算：
经计算Ks=1.47≥1.3满足要求。
B─水泥挡土墙宽度；
W─水泥挡土墙自重；
ha─Ea的力臂；
hp─Ep的力臂；
μ─基底摩擦经验系数，一般可取tgψ作为系数；
Eq─地面超载造成的主动土压力；
Ep─总被动土压力；
Ea─总主动土压力。
4 施工工艺流程
① 测量、放线、定位→②桩机就位并调整好垂直度→③预搅下沉→④提升并同时喷射水泥搅拌→⑤重复搅拌下沉→⑥重复搅拌上升→结束并进行下一根桩的施工。
施工机械为两台PH-5A型粉喷桩机，每米的水泥用量为60Kg，并严格控制提升搅拌速度，尽量连续施工，如遇特殊情况，一般停工不超过12小时，否则要采取局部补桩或注浆处理。
５ 施工效果
该工程实际施工工期为39天，比计划提前6天完成，基坑采用周圈轻型井点降水开挖后可以明显看到四周挡墙墙体整齐、桩体直立、搭接良好。直至地下工程完成，其挡土效果良好，且未受到地下水渗水的影响。
土方开挖及施工过程中，在挡墙每边各设3个点进行水平位移和垂直沉降的观测，其最大的水平位移和垂直沉降分别为26mm，18mm，另外会同有关部门对场地四周的建筑进行观测，未发现裂缝和倾斜，这说明本工程所采用的深层水泥搅拌桩挡墙的设计和施工是成功的。
６ 几点体会
６．１ 水泥搅拌桩在基坑开挖深度较小时，按重力式挡土墙计算是合理的，根据目前的施工经验和工艺水平等条件，作者认为，水泥搅拌桩一般适用于4～7m的基坑支护，如基坑过深，由于其自重较小，只略高于同体积土，必然要求挡墙厚度较大，其工程造价往往很高，极不经济。
６．２ 水泥搅拌桩造价低，止水性好，施工工期短、污染少、噪音小、施工场地较整洁、不影响四周建筑物的正常使用。
６．３ 水泥搅拌桩施工过程应采取切实措施，确保连续施工，以使桩体间搭接密实。
６．４ 基坑开挖时间不宜过早，一般应在竣工半个月后才可开挖。开挖过程须采取合理的降水措施，一定要注意地下水对基坑的影响。
６．５ 影响基坑支护的因素很多，目前许多的计算理论还都不很成熟，仍处在探索阶段，故设计和施工一定要因地制宜，不能照搬照套，开挖时要加强监测，确保工程安全。
参考文献
1 建筑地基处理技术规范（JGJ79）
2 《地基处理手册》．中国建筑工业出版社，1988
3 《建筑基坑工程技术规范（YB 9258-97）》．冶金工业出版社
4 《广东省96建筑施工技术交流会论文集》.广东省建委、广东省土木
建筑学会，1996．8
【关键词】 基坑支护；重力式挡土墙；水泥搅拌桩
【中图分类号】 TU753.3 【文献标识码】 A 【文章编号】 1727-5123（2012）01-007-02
1 工程概况
太原市某大厦蓄水池，东临公路，其余三面均有建筑物，其开挖深度为4.8m，面积约800m2，见图一。
该场地属太原市汾河东岸Ⅰ级阶地，从自然地面至其下200米范围内地层属第四系全新纪地层（Q4）。根据工程地质勘察报告，将该工程场地分为四层，分别为：
第（1）层：粉土夹粉砂薄层，层厚6.0～6.5m，呈软塑流塑状，fk=85KPa。
第（2）层：粉土层，层厚3.0～5.5m，呈软塑可塑状，中等高压缩性，fk=120KPa。
第（3）层：细砂夹中砂层，层厚约3.0m，饱和，松散稍密状态，fk=115KPa。
第（4）层：中砂层，中密，fk=250KPa。
地下水位为自然地面下2.3～2.5m，为潜水，对混凝土无侵蚀性。
２ 基坑支护方案的确定
该工程的基坑开挖深度虽然较浅，但是施工场地狭小，四周毗邻建筑物，土质又差，业主考虑多方面的原因，要求在保证安全的前提下，尽量降低造价，同时要求的工期很短，有效工期仅为一个半月。
初步设计有两个方案：方案一：采用钻孔灌注桩，优点是安全可靠，但因场地狭小，其泥浆的排放问题很难解决，影响四周建筑的正常使用，且造价相对方案二较高。
方案二：采用水泥搅拌桩作为重力式挡土墙，优点是造价低、工期短、施工无噪音且不污染环境，同时可作为防渗帷幕，但工程实践经验较灌注桩少，有待进一步完善。
根据该工程的场地条件、地质条件、技术要求、工程造价、工期等多方面的情况，通过综合技术分析比较，经过仔细计算分析论证并结合以往的工程经验，决定采用方案二，以水泥搅拌桩作为重力式挡土墙进行深基坑支护。
３ 水泥搅拌桩的原理及挡土墙的结构设计
水泥搅拌桩法是利用水泥作为固化剂，通过深层搅拌机械在地基深处原位将土和水泥强制拌和，经一系列的物理化学反应，利用致密的水泥土挡住渗水并承受水、土压力。
由于水泥土的抗弯强度较低，当基坑内无其它支撑时，所需水泥土厚度较大，一般应设置若干排搅拌桩。在软土地基中开挖基坑时水泥搅拌桩支护结构可参照重力式挡土墙的计算方法进行设计，其厚度、强度及深度用试算法确定。根据初步拟定的参数进行挡墙的稳定性验算，并结合实际工程经验等进行适当修正，直到满足设计要求为止。
根据实际情况，本工程采用的是PH-5A型粉喷桩机，桩长为8.5m，其中开挖4.8m，插入基坑底部3.7m，并进入第二层粉土层内≥1.5m。
本工程水泥挡土墙体采用格栅式，如图二，壁厚3.5m，考虑挡墙既要挡土又需防水，桩径采用Φ500，桩与桩搭接100mm，水泥采用425#普通硅酸盐水泥，桩体通长复搅，水泥掺量为16～17%。
主动土压力计算：ea=γHtg2(45°-ψ/2)-2Ctg(45°-ψ/2)
被动土压力计算：ep=γHtg2(45°+ψ/2)+2Ctg(45°+ψ/2)
ea─主动土压力强度（KPa）
ep─被动土压力强度（KPa）
γ─土的重度（KN/m3）
H─挡土墙深度（m）
ψ─土的内摩擦角(°)
C─粘聚力（KPa）
根据《建筑地基基础设计规范》进行抗倾覆和抗滑移稳定性验算：
经计算Ks=1.47≥1.3满足要求。
B─水泥挡土墙宽度；
W─水泥挡土墙自重；
ha─Ea的力臂；
hp─Ep的力臂；
μ─基底摩擦经验系数，一般可取tgψ作为系数；
Eq─地面超载造成的主动土压力；
Ep─总被动土压力；
Ea─总主动土压力。
4 施工工艺流程
① 测量、放线、定位→②桩机就位并调整好垂直度→③预搅下沉→④提升并同时喷射水泥搅拌→⑤重复搅拌下沉→⑥重复搅拌上升→结束并进行下一根桩的施工。
施工机械为两台PH-5A型粉喷桩机，每米的水泥用量为60Kg，并严格控制提升搅拌速度，尽量连续施工，如遇特殊情况，一般停工不超过12小时，否则要采取局部补桩或注浆处理。
５ 施工效果
该工程实际施工工期为39天，比计划提前6天完成，基坑采用周圈轻型井点降水开挖后可以明显看到四周挡墙墙体整齐、桩体直立、搭接良好。直至地下工程完成，其挡土效果良好，且未受到地下水渗水的影响。
土方开挖及施工过程中，在挡墙每边各设3个点进行水平位移和垂直沉降的观测，其最大的水平位移和垂直沉降分别为26mm，18mm，另外会同有关部门对场地四周的建筑进行观测，未发现裂缝和倾斜，这说明本工程所采用的深层水泥搅拌桩挡墙的设计和施工是成功的。
６ 几点体会
６．１ 水泥搅拌桩在基坑开挖深度较小时，按重力式挡土墙计算是合理的，根据目前的施工经验和工艺水平等条件，作者认为，水泥搅拌桩一般适用于4～7m的基坑支护，如基坑过深，由于其自重较小，只略高于同体积土，必然要求挡墙厚度较大，其工程造价往往很高，极不经济。
６．２ 水泥搅拌桩造价低，止水性好，施工工期短、污染少、噪音小、施工场地较整洁、不影响四周建筑物的正常使用。
６．３ 水泥搅拌桩施工过程应采取切实措施，确保连续施工，以使桩体间搭接密实。
６．４ 基坑开挖时间不宜过早，一般应在竣工半个月后才可开挖。开挖过程须采取合理的降水措施，一定要注意地下水对基坑的影响。
６．５ 影响基坑支护的因素很多，目前许多的计算理论还都不很成熟，仍处在探索阶段，故设计和施工一定要因地制宜，不能照搬照套，开挖时要加强监测，确保工程安全。
参考文献
1 建筑地基处理技术规范（JGJ79）
2 《地基处理手册》．中国建筑工业出版社，1988
3 《建筑基坑工程技术规范（YB 9258-97）》．冶金工业出版社
4 《广东省96建筑施工技术交流会论文集》.广东省建委、广东省土木
建筑学会，1996．8