水泥搅拌桩围护在余姚四闸下移工程中的应用

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　　【摘要】通过深层水泥搅拌桩围护在余姚四闸下移基坑的应用实例分析，探讨坑内无支撑、挡土挡水新型帷幕的施工工艺及应用效果。
　　【关键词】基坑围护，深层水泥搅拌桩
　　一、深层搅拌水泥土桩作基坑围护概述
　　1、适用地质条件
　　深层水泥搅拌桩适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高且地基承载力标准值不大于120kPa的粘性土等地基，是利用水泥作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械在地基深部就地将软土和固化剂强制拌和，使软土硬结而提高地基强度。当用于处理泥炭土或地下水具有侵蚀性时，宜通过试验确定其适用性。
　　2、深层搅拌水泥土桩复合地基承载力标准值确定
　　（1）通过现场复合地基载荷试验确定
　　（2）按以下计算式确定
　　fsp，k=m×Rdk/Ap+β（1-m）fs，k
　　式中fsp，k——复合地基的承载力标准值；
　　m——面积置换率；
　　Ap——桩的截面积；
　　fs，k——桩间天然地基承载力标准值；
　　β——桩间土承载力折减系数，当桩端土为软土时，可取0.5-1.0，当桩间土为硬土时，可取0.1-0.4，当不考虑桩间软土作用时，可取零。
　　Rdk————单桩坚向承载力标准值，应通过现场单桩载荷试验确定
　　基坑围护结构为临时挡土支护结构，在保证施工期间安全、适用的前提下，应尽可能降低基坑围护工程造价。
　　深层水泥搅拌桩挡土墙是通过相邻水泥土桩搭接而成，采用水泥作为固化剂，通过专用搅拌机械，将软土和水泥强制搅拌形成水泥土，利用水泥与软土之间所产生一系列物理、化学作用，使水泥土强度增长，成为水泥土桩，硬化后形成具有一定强度的水泥壁状挡墙。
　　水泥土桩挡墙围护坑内无须支撑，既能挡土又成为隔水帷幕，工程造价较低，施工工期短，稳定性好，适用于处理淤泥，淤泥质土，粉土和含水量较高且地基承载力标准值不大于120kPa的粘性土等地基基坑围护结构。
　　近年来，深层水泥搅拌桩挡土墙在处理淤泥、淤泥质土、粉土等含水量高的地基基坑围护中得到广泛推广和应用。
　　二、工程实例
　　1、工程概况
　　余姚市四闸下移工程为旱地新建水闸，东西走向，水闸基坑工程外边缘尺寸为148.4×126米；开挖深度自然地面标高（▽1.68）至坑底（▽-4.60~▽-6.25）深度6.27米~7.93米；南、北面为道路和临建，东、西面为待开挖河道。
　　2、地质条件
　　根据地质勘察报告，从自然地面自上而下可分为：
　　粘土，平均厚0.81m，其物理力学指标为（平均值，下同）W=33.5%，e=0.961，Es=4.37Mpa，C快19.5Kpa，Φ快=7.0°。
　　泥碳土或含泥炭质土，层厚平均为0.97m。其物理力学指标为W=82.6%，e=2.381，Es=1.33Mpa。
　　淤泥，层厚平均为21.26m。其物理力学指标为：W=52.8%，e=1.501，Es=1.98Mpa，C快=10.5Kpa，Φ快=2.3°。
　　粉质粘土，层厚平均为3.58m。其物理力学指标为：W=26.4%，e=0.761，Es=5.75Mpa，C快29.8kpa，Φ快=11.3°。
　　粉砂，层厚平均为3.14m。其物理力学指标为：W=25.7%，e=0.731，Es=8.40Mpa，C快10.1Kpa，Φ快=23.6°。
　　粉质粘土，层厚平均为9.18m。其物理力学指标为：W=34.8%，e=0.980，Es=4.33Mpa，E快=21.0Kpa，Φ快=8.33°。
　　粘质粉土，层厚平均为3.79m。其物理力学指标为W=25.5%，e=0.730，Es=6.04Mpa，C快=27。6Kpa，Φ快=12.5°。
　　3、基坑支护方案选择
　　考虑到基坑土质较差，为高压缩性的淤泥，在基坑南北两侧采用放坡与水泥搅拌桩挡土墙相结合的围护体系，东西两侧由于是待开河道采用1：3放坡。
　　4、具体设计要点
　　深层搅拌水泥土桩挡墙设计，参照以往类似工程经验，充分考虑土体侧向压力及墙顶周围的施工荷载，按重力式挡墙进行设计并验算抗倾覆和侧向位移。坑外侧向压力按水、土压力分算，其中土压力采用朗肯土压力理论。坑内土压力计算采用M法计算土体反力。水泥桩挡土墙后土重度为γ，内摩擦角为φ，粘聚力为C=0，土对墙背摩擦角δ=0，水泥桩挡土墙后土表面均布荷载为q，墙高H，墙后地下水位在墙底面以上h米处，地下水位以下土重度γ1，水重度γw=10KN/m3，地下水位处土产生的主动土压力强度为бa1，则：
　　（1）墙底主动土压力强度：
　　бa2=[γ（H-h）+（γ1-γw）h]tg（450-Φ/2）
　　（2）地下水位以上土产生的主动土压力：
　　Ea1=1/2бa1（H-h）
　　（3）地下水位以下土产生主动土压力：
　　Ea2=1/2[бa1+бa2]h
　　（4）地下水对墙背产生的水压力：
　　Ew=1/2γwh2
　　（5）挡土墙后土表面均布荷载产生的主动土压力：
　　Ea3=qHtg（450-Φ/2）
　　墙背总主动土压力：Ea=Ea1+Ea2+Ea3+Ew
　　挡土墙的稳定性，应符合下列要求：
　　（1）抗滑安全系数：
　　K=（Gn+Eam）μ/（Eat-Gt）>=1.3
　　（2）抗倾覆安全系数：
　　Kt=（Gx0+Eazxf）/Eaxzf>=1.5
　　Gn=Gcosα0；Gt=Gsinα0；Eat=Easin（α-α0-δ）；Ean=Eacos（α-α0-δ）；Eax=Easin（α-δ）；Eaz=Eacos（α-δ）；xf=b-zctgα；zf=z-btgα0。
　　式中G——挡土墙每延米自重
　　x0——挡土墙重心离墙趾的水平距离；
　　α0——挡土墙的基底倾角；
　　α——挡土墙的墙背倾角；
　　δ——土对挡土墙背的摩擦角；
　　b——基底的水平投影宽度；
　　z——土压力作用点离墙踵的高度；
　　μ——土对挡土墙基底的摩擦系数。
　　该挡墙按格栅形组合，形成土、桩结合体受荷，采用7排直径为700mm水泥土桩，相邻两桩搭接度为200mm，以确保挡墙的挡水性能。经计算，桩长为9.10米，墙宽3.7米，墙顶距自然地面为3.17米，按1：3放坡，坡脚做明沟（300mm×400mm，i=2%）及集水井（钢筋砼井圈，Ф700×1000）进行明沟排水。