基坑支护结构中深层水泥土搅拌桩设计及施工工艺研究

摘要：本文提出某建筑工程实例中的基坑支护方案，讨论了深层水泥土搅拌桩设计方法并对方案进行了各项验证，然后对浅基坑支护结构中水泥土搅拌桩的施工工艺进行了阐述，最后对支护效果进行了评价。

关键词：基坑支护方案水泥土搅拌桩设计方法

中图分类号：TV551.4文献标识码： A 文章编号：

1. 工程概况

广东省某建筑工程，地下一层，地上8层，建筑面积13960平方米。该项目所处位置交通繁忙自地表面下2 m处为人工杂填土, 5 m 左右为淤泥质粘土, 透水性小，7 m 以下为砂质粉土, 平均厚约3.3m，10m以下为硬塑状粉质粘土。地下水位约为3.2 m。

2. 基坑结构支护方案

根据上部结构设计要求及地质情况，本基坑工程采用水泥土深层搅拌桩作为基坑支护结构，基坑开挖深度为7.2m，水泥土桩深14.2m，进入持力层。为保护排水及通讯光缆设施，本工程布置两排12m格栅式旋喷桩，挡墙厚度4.6m。水泥土搅拌桩顶盖板厚度为300mm，内配双向钢筋网以增强整体刚度。

3. 水泥土深层搅拌桩设计与验算

将水泥土搅拌桩按照重力式挡土墙进行滑移、抗倾覆、墙体强度验算。

3.1设计强度

为防止地下水对基坑影响，应当将水泥土深层搅拌桩打入不透水层中。根据规范要求及当地施工经验，桩基入土深度D与基坑开挖深度H存在以下关系：D/H=1.1~1.2;同时墙体厚度B与基坑开挖深度H存在以下关系：B/H=0.8~1.0，本项目中取挡墙厚度为4.6m。

3.2抗滑移验算

根据朗肯土压力理论，其主动土压力Ea与被动土压力Ep需要满足下面公式：

其中：Ea—主动土压力，

Ep—被动土压力，

μ—地基土摩擦系数，本例中选择μ=0.3，

K—被动土压力折减系数，本例中选择K=0.8，

Kh—抗滑安全系数。

3.3抗倾覆验算

为防止本工程挡土墙切脚破坏，需要进行抗倾覆验算。

其中：B—挡土墙厚度，

Hp—被动土压力到墙趾力臂，单位为m

Ha—主动土压力到墙趾力臂，单位为m

Kq—抗倾覆安全系数。

3.4墙体强度验算

为防止墙体整体剪坏或者危险剖面上压坏，需要对整体抗剪强度及抗压强度进行验算

其中， -危险截面处正应力

-危险截面处剪应力

C-水泥土粘聚力，Kpa

-水泥土摩擦角

Kc-水泥土安全储备系数，Kc=1.2~1.5

Qu-水泥土抗压强度，本工程中取为0.8Mpa

4. 水泥土深层搅拌桩的施工技术

深层水泥土搅拌桩通过水泥的固化作用，将水泥与地基土拌和在一起发挥强度，进而起到结构加固及支护作用。

4．1 水泥土深层搅拌桩施工工艺

4.1.1 桩位放样

先用全站仪路基两侧的纵向控制桩，根据桩布置桩图排列逐渐堆积用钢尺和一套小木桩确定搅拌桩施工前的位置。然后对放样桩进行全面检查，以确保桩的位置，数量，确保准确的号码识别。

4.1.2 桩机就位

1）钻机司机操作液压水泥搅拌桩钻机操纵杆使其移动到指定的桩位，并调整钻机底盘下的锤球垂直钻井架，并使钻机轴承座确定。 2）钻头对准桩后，下一个站工作人员检查桩位误差，以确保其控制值小于100毫米。 3）主要通过控制的钻杆垂直度垂直桩的钻头桩钻机驱动程序，以确保对准调整钻机机箱，故设置在1%倾斜角度的两个平面相邻的锤钻架吊线标记，其允许设定长度不得超过2米吊线锤。 4）旁站检查并确认钻杆的垂直度不超过115％方可开始施工。

4.1.3预搅下沉

1）打开送气阀门吸气，并开始挖钻机开始钻探管，下钻时低转速钻进，速度控制在1挡〜3档以防止钻孔晃动。向下钻取到某个位置的情况下确保钻机稳定，钻机钻孔后，以正常速度换档。 2）钻至设计桩位置时，低速钻至设计深度放慢停钻。

4.1.4 喷浆提升搅拌

1）送泥浆6秒以上后，钻机司机需要提高指定钻机喷浆搅拌的搅拌速度。喷浆压力控制在0.2MPA〜0.45M Pa时，喷射混凝土的设计量，停灰面控制在原来的地面上。搅拌水泥浆搅拌水泥P.O32.5普通硅酸盐水泥，水灰比0.5.搅拌浆过滤后流入蓄浆桶;2）喷射混凝土开始，记录人员的电子秤随时观察，确保均匀（1米为单位）支护。

4．2 水泥土深层搅拌桩施工质量控制措施

桩体强度很大程度上取决于施工质量, 施工过程中控制施工程序以及操作规程, 采用Z 型双头钻机,单头为直径700 mm, 一次成桩两排。双头中心距0.5 m, 排间距01 5 m, 相互搭接0.2 m, 固化剂选用Po32.5硅酸盐水泥, 水泥掺入量为15%, 水灰比1:2, 要求桩体垂直度偏差小于1%,相邻桩体施工间隙时间不超过6 h, 为保证搅拌桩的整体性采用上下二次提升、下沉, 使土与水泥砂浆均匀拌和, 为了避免漏浆造成桩身不均匀严格，本工程严格掌握喷浆及其提升速度。使机杆下沉速度小于2 m/min, 喷浆上升速度小于0.15m/m in。另外, 每相隔1.5 m 在外部双排桩中心插入直径20 mm, 长7m钢筋1根, 可以有效增加水泥土搅拌桩的刚度和强度。

4．3 基坑降水及挖土措施

要保证基坑支护成功, 满足地下室施工要求, 还需与降水和挖土措施相配合, 实际结合治理。本工程采用一级轻型井点降水, 基底再配合使用明沟排水, 保证降水深度至基底下0.8 m, 保证了挖土顺利进行。基坑开挖分两层进行, 第一层挖土3 m, 第二层再挖下面3.8 m, 使卸载能量慢慢释放。严格控制挖土机不得超挖。为保护排水管道及光缆的安全, 还在其周围挖1 m 深沟槽让其卸载, 并做好临时拉锚等应急准备。

5. 实施效果分析

本项目基坑工程土方量为18000 m3, 基坑开挖用20日完成。基坑开挖过程中，水泥土搅拌桩位移和沉降监测结果表明其最大水平位移为50 mm, 最大沉降25 mm,排水管道的最大水平位移为15 mm, 沉降13mm, 未发生异常情况。同时，水泥浆同砂质粉土拌和均匀, 强度良好, 对于施工安全做出了重要保障，基坑中未支撑，为施工提供了极大方便,同时节约支撑费用约30万元，取得了良好的经济效益。

6. 结论

本项目根据工程上部结构要求以及实际地质勘察结论,借鉴当地经验成功应用水泥土深层搅拌桩进行了基坑支护,取得了良好的效果。通过两排12m格栅式旋喷桩及基坑外降水增强了基础稳定性，同时控制了基坑沉降，在取得工程经济效益的同时，为地区施工工艺的选用提供了更加明确的参考。

参考文献:

[1] YB J225- 91, 软土地基深层搅拌加固技术规程[ S] .

[2] 王军. 水泥土搅拌桩中垫层设置的试验研究[ J ]. 工程建设与设计, 2004, ( 1 ).

[3] JGJ 79- 91, 建筑地基处理技术规范[ S] .

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。