浅谈深层搅拌水泥土桩在复杂基坑围护中的应用

摘要：近年来，深层搅拌水泥土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。但是，搅拌水泥土桩的抗弯性能差，当受到动荷载或周边堆载时，容易产生断裂而导致基坑围护失败。

关键词：搅拌水泥桩基坑 围护

中图分类号：TV551.4文献标识码：A 文章编号：

1 概述

深层搅拌水泥土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。

水泥土墙优先选用大直径、双钻头搅拌桩，以减少搭接接缝，加强支护结构的整体性，同时也可以提高生产效率。

1.1 适用地质条件

深层搅拌桩适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高的粘性土等地基。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，冬季施工时应注意负温度对处理效果的影响。

1.2 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。

2 工程概况

该工程为天津市某医院医疗综合楼基坑工程，南北宽52米，东西长61米，下挖深度8.41~7.01米。北侧50余米为原有12层住院楼，南侧13米为原有家属楼，西侧12米为交通干道，东侧1.2米为原有4层办公楼。基坑周围管线复杂，且有医院的主要供电电缆和市政煤气管道。对基坑围护的要求比较高。

基坑围护平面图

2.1 地质条件

地层自上而下描述如下：

（1）①层杂填土：杂色，稍湿～湿，松散。以建筑垃圾、石灰、碎石为主，含少量粘性土等。层厚1.6～3ｍ。

（2）②1层粘土：灰褐～黄褐色，可塑，含铁锰结核；局部夹薄层粉质粘土；层厚0.5～2.1ｍ。

（3）②2层粉质粘土：灰褐色，软塑～流塑；含锈斑；层厚0.9～2.1ｍ。

（4）③1层粉土夹粉质粘土：灰色，中密～密实；湿～很湿；含贝壳；粉质粘土为可塑状；层厚2.3～4.2ｍ。

（5）③2层粉质粘土：灰色，软塑～流塑，13.5m以下可塑；含贝壳；层厚5.4～6.7ｍ。局部夹薄层粘土。

（6）④1层粉质粘土：灰黄色，软塑～流塑，层厚2.0～4.5ｍ。顶部为0.1～0.2ｍ灰白色粘土；层厚2.2～4.3ｍ。

（7）④2层粉土：褐黄色，中密～密实，稍湿～湿，层厚3.1～5.0ｍ。局部夹薄层粉质粘土。

（8）⑤层粉质粘土、夹粘土：灰黄色，可塑；局部软塑，层厚3.4～5.9ｍ。局部夹薄层密实状粉土。

（9）⑥层粉质粘土：褐灰色，可塑，层厚1.1～3.1ｍ。局部夹薄层粘土。

（10）⑦1层粉质粘土：黄褐色，可塑，层厚1.7～5.4ｍ。局部夹薄层密实状粉土和可塑状粘土。

（11）⑦2层粉细砂、夹粉土：褐黄色，密实，饱和；成分以石英、长石为主。层厚6.5～8.3ｍ。

（12）⑦3层粉质粘土：黄褐色，可塑；含锈斑及少量姜石；层厚2.0～2.6ｍ。呈透镜体状分布于⑦2粉细夹砂粉土层中，该层主要位于场地东侧。

（13）⑦4层粘土夹粉质粘土：黄褐色，可塑；含锈斑；层厚4.2～6.1ｍ。

（14）⑦5层粉细砂夹粉土：黄褐色，密实，饱和；含锈斑；层厚6.6～8.2ｍ。

3、基坑支护方案选择

根据甲方要求和地质勘察报告，并结合本地区实际情况和施工现场周围环境条件，参照类似工程的施工经验，整个医疗综合楼基坑东北部采用单支撑灌注桩及水泥土搅拌桩隔水的方案，其他部位采用水泥搅拌桩隔水挡土结合放坡开挖方案。

以下具体阐述搅拌水泥土桩挡墙设计。

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。

水泥桩挡土墙当墙后土重度为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：

4.1 墙底主动土压力强度：

бa2=[γ（H-h）+（γ1-γw）h]tg（450-Φ/2）

4.2地下水位以上土产生的主动土压力：

Ea1=1/2бa1（H-h）

4.3 地下水位以下土产生主动土压力：

Ea2=1/2[бa1+бa2]h

4.4 地下水对墙背产生的水压力：

Ew=1/2γwh2

4.5抗滑安全系数：

K=（Gn+Eam）μ/（Eat-Gt）>=1.3Kt=（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；α0——挡土墙的基底倾角；δ——土对挡土墙背的摩擦角；

z——土压力作用点离墙踵的高度；

该挡墙按格栅形组合，形成土、桩结合体受荷，采用5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12.0米，墙宽2.7米，墙顶距室外自然地面为2.00米，按1：1放坡，坡脚做砖砌明沟（500×500，i=2%）及集水井进行明沟排水；开挖边坡采用Ф6，＠200mm钢筋网片并打木桩护坡。在吸水井基坑底做砖砌明沟及集水井进行排降水。

水泥土桩采用32.5矿渣水泥，考虑各土层天然含水量平均值较大，水泥掺入量控制在15%左右（即300kg/m3）。

5、施工工艺

（1）准备工作

a.将场内杂物等清除掉，清除桩位处地上地下一切障碍（包括大石块、树根和生产垃圾），场地低洼处用粘性土料回填夯压；

b.编制施工用料计划表；

c.确定标高、轴线、桩位，在转角处设控制角桩。

（2）施工设备及工序

a.施工设备可采用履带式或步履式深层搅拌机，须配备灰浆搅拌机、灰浆泵等配套设施；

b.施工工序：定位预搅下沉喷浆搅拌上升重复搅拌下沉重复搅拌上升完成移机。

（3）施工工艺

a.桩机到达标定孔后对中、操平、校正垂直度，保证塔身与地面成90度，确保桩垂直度误差在1.5‰以内；

b.待深层搅拌机冷却水循环正常后启动搅拌机，放松起重机钢丝绳，使搅拌机沿导向架切土搅拌下沉，下沉速度由电机的电流监测表控制，工作电流不应大于10A，预搅时，不宜冲水，当遇到较大硬土层下沉太慢时，可适量冲水，以利钻进；