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1、以水泥搅拌桩作大型基坑支护结构的工程实践以水泥搅拌桩作大型基坑支护结构的工程实践摘摘 要：要：本文介绍了天津经济技术开发区翠亨新村高层住宅(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。The Practice on Large-scaled Foundation Pit Support with Cement Mixed PilesZhen Hong et al AbstractAbstract：In this paper the practice on application
2、of cement mixed piles for supportduring 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
3、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一、工程概况一、工程概况天津经济技术开发区住宅合作社投资兴建翠亨新村(东区)高层住宅五栋，位于新城西路与泰达大街交汇处，楼高共二十四层，地下室一层，结构类型为剪力墙结构
4、，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 3.514.53m。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。表 1 土层物理力学指标统计平均值 层 号土层名称土层厚 度(m)含水量 w(%)容重 （KNm3）孔隙 比 e压缩指数 a1- 2（1MPa）内聚力 c（KPa）内摩擦角 （）1杂填土0.5 2粘土1.532.119.10.890.56021.57.9 3淤泥质粘土1347.817.71.301.00013.6
5、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
6、等欠固结土特征。17.031.0m 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 121140m 之间，水位标高2.39m。该场地地下水属 ClNaK型，PH 值722 为中性水，矿化度为 82148mgL，水中SO24 含量为 3122mgL，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
7、场地 10.0m 浅层土皆为弱透水性。二、基坑开挖支护方案选择二、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。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。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
8、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。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。三、水泥搅拌桩挡墙的设计计算三、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
9、算以及变形估算等内容，并据此进行了该工程的设计计算。3.13.1 墙体截面的选择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。按照天津沿海地区的施工经验，一般要求 D/H1112，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/H0810，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 K01587。用比肖普法进行验算，计算结果显示最小安全系数 K01
10、685。提示：最小安全系数大于 1.21.3，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-Peck2.1231.5满足Tschebotarioff1.9141.5满足Navfac DM-7(1971)1.7791.5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Ks13513，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
11、定性验算，计算结果显示抗倾覆安全系数Kt165415，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 fb215719kPa，墙底平均压应力p20011kPa，墙底最大压应力 pmax233311kPa，墙底最小压应力 pmm176909kPa。由于pfb，pmax12fb 且 pmin0，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 Kp494620，满足抗管涌安全需要。3.33.3 墙身强度验算墙身强度验算用弹性抗力法计算，结果显示墙身压应力最大值 cmax200659kPac400kPa 满足墙身抗压强度要求。用弹性抗力法计算，结
12、果显示墙身拉应力最大值 lmax000kPal160kPa，满足墙身抗拉强度要求。用弹性抗力法计算，结果显示墙身剪应力最大值 max3108kPa343393kPa满足墙身抗剪强度要求。3.43.4 变形估算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021cm。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。四、主要技术措施四、主要技术措施保证水泥土各种参数。水泥掺入比为 15%，水灰
13、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，SO24 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 qu08MPa。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。关于格构状水泥搅拌
14、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。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。五、结束语五、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 4.1
15、3cm，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：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
