以水泥搅拌桩作大型基坑支护结构的工程实践(图)

以水泥搅拌桩作大型基坑支护结构的工程实践（图）

摘 要： 本文介绍了***经济技术开发区***新村高层住宅(东区)工程基坑开挖采用水泥搅拌桩作支护结构的工程实例，着重叙述了水泥土挡墙的设计计算要点，指出：严谨的设计、严格的施工和严密的监测是确保基坑工程成功的关键。

关键词：水泥搅拌桩；基坑；支护结构

The Practice on Large-scaled Foundation Pit Support with Cement Mixed Piles

Zhen Hong et al

Abstract：In this paper the practice on application of cement mixed piles for support during the excavation of foundation pit in the high-rise building construction was introduced.The building is situated in Cuiheng Village in economical and technological development area of Tianjin City. The main points in design of cemtnt-soil retaining wall were elaborated.It points out that a careful design, rigorous construction work and strict control are the guarantee for the success of the foundation work.

Keywords：Cement mixed pile, foundation pit, supporting structure

1 工程概况

***经济技术开发区住宅合作社投资兴建***新村(东区)高层住宅五栋，位于***西路与

***大街交汇处，楼高共二十四层，地下室一层，结构类型为剪力墙结构，采用钻孔灌注桩基础。

该场地处于冲积海积平原上，原为盐池，后经多次填垫至现地坪。现地面标高为3.51～4.53m。本次岩土工程勘察最大钻探深度为80m，皆为第四系全新统和上更新统沉积物，按其形成年代、成因类型及物质组成特征，共划为九个工程地质层。土层物理力学指标统计平均值详见表1。

土层物理力学指标统计平均值 表1

层号 土层 土层 含水 容重γ 孔隙比e 压缩指数 内聚力 内摩擦角

名称 厚度(m） 量w(%) （kN／m3） a1－2 c（kPa） φ（°）

（1／MPa）

1 杂填土 0．5

2 粘土 1．5 32．1 19．1 0.89 0.560 21．5 7．9

3 淤泥质土 13 47.8 17.7 1.30 1.000 13.6 5.4

4 粉土 1.2 18.6 21.1 0.52 0.130 15.3 28.6

5 粉质粘土 1.2 24.5 20.3 0.66 0.220 22.2 18.6

6 粉土 2.5 20.8 20.6 0.58 0.120 14.7 29.5

7 粉砂 10 19.4 20.3 0.58 0.090 10.6 30.5

8 粉土 1.3 33.3 19.1 0.91 0.360 54.0 12.2

9 粘土 2.5 35.7 18.7 1.00 0.420 49.8 12.1

通过钻探土质鉴别及室内土工试验成果分析，埋深在17.0m以上的地基上结构以海绵状结构为主，表现为含水量高、容重小、强度低及压缩性高等欠固结土特征。17.0～31.0m地基土结构多为单粒结构为主、含水量低、容重大、强度为中等及低压缩性的超固结上。31.0m以下地基土结构多为蜂窝状结构及单粒结构，含水量低、容重大、强度高，为中～低压缩性正常固结土及超固结土。该场地表层粘土层很薄，对基坑支护影响最大的为厚13m的淤泥质土层。

该场地地下水属潜水及潜水～微承压水类型。地下水位埋深在1．21～1．40m之间，水位标高2.39m。该场地地下水属Cl－Na＋—K＋型，PH值＝7．22为中性水，矿化度为82148mg／L，水中SO2－4含量为3122mg／L，对混凝土具有中等腐蚀性(中等结晶

侵蚀性)，对金属具有强侵蚀性。根据室内渗透试验分析，该场地10.0m浅层土皆为弱透水性。

2 基坑开挖支护方案选择

拟建建筑物开挖深度为5.50m左右，根据场地工程地质及水文地质条件可以考虑的支护方案大体有三种。

①第一种为无支护放坡大开挖方案。但在开发区超软地基中，表层有13m厚的淤泥质土层，含水量在50%左右，强度很低，是欠固结土层，不采用支护而开挖5m深坑，实际是很难施工的。由于无支护大开挖将会影响周围邻近建筑物，道路及各种管道会变形，因而此方案是不可取的，也是很难实现的。

②第二种方案是采用钻孔灌注支护排桩，桩顶设置帽梁，并设内支撑。此方案从技术上是可行的，但结合开发区超软地基的特点，地表下17m范围内主要为淤泥质土层，支护桩长度一般要穿过此层，所以桩长要大于17m，再加上钢筋混凝土帽梁及内支撑，因而造价是高的，对于5.5m深基坑明显是不经济的。

③第三种方案是采用水泥搅拌桩格构状重力式挡墙。此方案结合开发区土层及开挖深度为5.5m的条件，从技术经济条件分析是比较合理的。重力式挡墙要满足稳定性、强度及变形要求，经多次试算，各项指标基本上能达到设计要求，因而确定为终选方案。

3 水泥搅拌桩挡墙的设计计算

为确保基坑支护结构的安全可靠，必须进行全面、完整、严谨的设计计算。本文总结

了一整套水泥搅拌桩挡墙的设计计算要点，其中主要包括：桩体截面的选择、稳定性验算、墙体强度验算以及变形估算等内容，并据此进行了该工程的设计计算。

3.1 墙体截面的选择

根据土质条件和基坑开挖深度H，先确定搅拌桩插入基坑底深度D。按照***沿海地区的施工经验，一般要求D/H≥1．1～1．2，且宜插到不透水层，以阻止地下水的渗流。墙体宽度B一般可取B/H＝0．8～1．0，且不宜小于0.6。本工程墙厚3.2m系考虑采用了3排密排双头钻机并相互咬合而得。由此我们得到的墙体剖面图见图1，排桩图见图2。

图1 墙体剖面图

图2 排桩图

3.2 稳定性验算

用改进的简单条分法进行验算，计算结果显示最小安全系数K0＝1．587。

用比肖普法进行验算，计算结果显示最小安全系数K0＝1．685。

提示：最小安全系数大于1.2～1.3，即可认为整体稳定性安全。若选用的土质参数是快剪指标，那么当最小安全系数大于1.1时，即可认为整体稳定性安全。

用不同方法进行的基坑抗隆起稳定性验算结果见表2。

基坑抗隆起稳定性验算结果 表2

方法名称 安全系数计算结果 安全系数最低限值 是否满足安全要求

Terzaghi-Peck 2．123 1.5 满足

Tschebotarioff 1．914 1.5 满足

Navfac DM-7 1971 1．779 1.5 满足

用传统的重力式挡土墙方法进行墙体抗滑移稳定性验算，计算结果显示抗滑移安全系数Ks＝1．35＞1．3，满足抗滑移安全需要。

用传统的重力式挡土墙方法进行墙体抗倾覆稳定性验算，计算结果显示抗倾覆安全系数Kt＝1．654＞1．5，满足抗倾覆安全需要。

墙底地基承载力验算，计算结果显示：地基承载力设计值fb＝215．719kPa，墙底平均压应力p＝200．11kPa，墙底最大压应力pmax＝233．311kPa，墙底最小压应力pmm＝176．909kPa。由于p＜fb，pmax＜1．2fb且pmin＞0，因此满足地基承载力安全需要。

基坑的抗管涌稳定性验算，计算结果显示抗管涌安全系数Kp＝4．946＞2．0，满足抗管涌安全需要。

3.3 墙身强度验算

①用弹性抗力法计算，结果显示墙身压应力最大值σcmax＝200．659kPa＜［σc］＝400kPa

，满足墙身抗压强度要求。

②用弹性抗力法计算，结果显示墙身拉应力最大值σlmax＝0．00kPa＜［σl］＝160kPa，满足墙身抗拉强度要求。

③用弹性抗力法计算，结果显示墙身剪应力最大值τmax＝31．08kPa＜［τ］＝343．393kPa

，满足墙身抗剪强度要求。

3.4 变形估算

用弹性抗力法计算墙体位移，结果显示墙体顶端位移4.13cm，基坑底部墙体位移2.51cm，墙体底端位移－0．21cm。具体分布形式见图3。

图3 墙体位移图

假定地表沉降曲线为三角形，计算结果显示基坑周围地表最大沉降量为3.95cm。

假定地表沉降曲线为抛物线，计算结果显示地表最大沉降量为2.57cm。

4 主要技术措施

①保证水泥土各种参数。水泥掺入比为15%，水灰比为0.45，外加剂：木质素磺酸钙0.2%，三乙醇胺0.05%。根据勘探报告，地下水具有侵蚀性，SO2－4浓度高，具有结晶性侵蚀，水泥品种应该采用抗硫酸盐水泥品种，但支护结构为临时性结构，对长期耐久性要求可以放松，因而选用425＃普通硅酸盐水泥，以节省造价。但要求水泥土28天无侧限抗压强度qu＞0．8MPa。

②土方开挖前至少15天开始降水，水位降至基坑底面以下1米，降水井采用无砂大口井。保证土方均匀开挖，严防开挖机构及车辆直接压在搅拌桩上，防止搅拌桩体破坏。另外施工单位采取必要的临时性措施，在挖土过程中对工程桩加以保护。表层土卸土厚度及范围要严格按施工图纸进行。

③关于格构状水泥搅拌桩挡墙顶面，按要求应设置20cm厚的钢筋混凝土盖板，但业主要求希望不设置盖板以节省造价。设计方认为如果在非雨季开挖，可以不设，但地表水不要侵入，考虑适当的临时措施；如果在雨季施工，还应设置盖板，视具体情况再定。

④为防止支护结构变形对周围建筑、道路及管线的影响，要采用信息施工，加强观测，发现问题及时会同有关单位采取措施解决。

5 结束语

该基坑工程在地质条件与周围环境较差的情况下，采用水泥搅拌桩支护结构方案，达到了预期的目的，为建设单位减少投资与工程早日完成投入使用创造了条件。

由于全面和严谨的设计，因此基坑支护系统始终安全可靠，并且预先估算结果与实测基本吻合。如墙顶位移计算结果为4.13cm，实测结果为4.5cm，二者相当接近。

各专业施工单位紧密配合，严格控制施工质量，因此该工程的水泥拌桩之间连接紧密，墙体无渗水与开裂，基坑无积水。基坑开挖后察看桩体挺直，土与水泥搅拌合均匀，强度很好，保证了施工安全。

从打桩开始至地下室施工全过程，对邻近房屋、道路与地下管线等进行全面监控是基坑围护施工必不可少的有效办法。从该工程的监测效果来看，地下管线位移与沉降值控制在规定范围内，周围环境没有出现异常情况。

总之，严谨的设计、严格的施工和严密的监测是确保基坑工程成功的关键。

参考文献：

［1］ 刘建航、侯学渊主编，《基坑工程手册》［M］，中国建筑工业出版社，1997年

［2］ 刘玉海、夏朝辉等，深层搅拌桩用于7m深基坑支护工程实践［J］，建筑技术，1995年3月