深層攪拌樁擋墻的設計探討

摘 要:支護結構類型繁多，各具特色，必須熟悉各類支護結構(尤其是新的支護體系)的適用性和局限性，以便在設計時先做好方案比較，使設計取得最佳的技術效果#65377;為了不斷提高認識和設計水平，必須運用現代分析方法和測試手段，對所設計結構物進行性狀預測和施工監測#65377;因此深層攪拌樁擋墻設計應包括:方案比較#65380;結構設計與計算#65380;性狀預測與監測#65377;

關鍵詞:巖土工程;攪拌樁檔墻;設計;探討

1 深層攪拌樁擋墻在實際工程應用中的優缺點

1.1 深層攪拌樁擋土結構與其他支護體系相比所具有如下優點#65377;

(1)施工時無振動#65380;無噪音#65380;無泥漿廢水污染#65377;

(2)施工操作簡便#65380;成樁工期較短#65380;造價較低#65377;

(3)基坑開挖時一般不需要支撐拉錨，坑外不需要井點降水#65377;

(4)隔水防滲性能好，基坑內外可以有水位差#65377;

(5)基坑內干燥整潔，空間寬敞，有利于文明施工和安全生產，方便后期結構施工#65377;

(6)基坑周圍地基變形小，對鄰近建筑物或地下設施影響小#65377;

(7)擋墻頂面在可設置路面行駛施工車輛，而路面結構又可增加擋墻剛度#65377;

(8)同一墻體設計成變截面#65380;變深度#65380;變強度#65377;

(9)有利于縮短綜合工期#65377;

(10)可就近利用一部分粉煤灰等工業廢料作為固化劑的外摻劑#65377;

1.2 深層攪拌樁擋墻在應用上存在下列制約

(1)對有機質含量高#65380;pH值低#65380;初始抗剪強度甚低(<2~3KPa)的土，或土中含伊里石#65380;氯化物#65380;水鋁石英等礦物及地下水具有侵蝕性時，加固效果差#65377;

(2)貫穿地面或地下硬土或障礙物有困難，有時可用沖水或注水下沉解決，有時難以解決需進行地下清除障礙物#65377;

(3)根據國內現有設備，目前最大支檔高度約為9m，個別工程達14m，而常用的支檔高度為4~7m;一般情況下，當采用濕法施工時，開挖深度不超過7m;當采用干法施工時，開挖深度不超過5m，當支檔高度較小或工程量較小時，可能不經濟#65377;

(4)墻體占地面積大，根據廣州地區經驗，水泥攪拌樁按格柵形布置，墻寬約為0.6~0.8倍開挖深度，樁插入基坑底深度約0.8~1.2倍開挖深度#65377;

(5)水泥或石灰用量較大，以一般軟土中10m深的墻體(包括插入坑底深度)為例，每100延米，墻體約需水泥或石灰500~600t#65377;

(6)成樁后需要7~10天以上的保養期，一般不能立即開挖土方#65377;

2 深層攪拌樁擋墻設計的計算內容

2.1 概述

我國《建筑地基處理技術規范》(JGJ79-2002)規定，攪拌樁采用壁狀加固用于地下臨時擋土結構時可按重力式擋土墻設計#65377;攪拌樁擋墻的平面形狀除了簡單的連續壁狀或肋狀外，從安全和經濟角度考慮，目前較多采用空腹封閉式格柵狀布置#65377;為了加強擋墻的整體性，相鄰攪拌樁的搭接宜大于100mm，常規設計中搭接150~200mm#65377;攪拌樁擋墻的寬度選擇，一般可按開挖深度的0.6~0.8進行試算#65377;鑒于加固土地的重度與天然土的重度相近似，當采用格柵狀布置時，按樁體與它所包圍的土體共同作用考慮，通常取格柵狀外包線寬度作為擋墻寬度#65377;

攪拌樁的加固深度，亦即樁的長度，與開挖深度及土層分布等因素有關#65377;攪拌樁擋墻強度的選取與施工質量密切相關#65377;由于基坑開挖使墻體要承受剪切力和彎矩，墻體的質量顯得特別重要#65377;國內外均報道，攪拌樁強度的離散性很大，標準差可達30%~70%#65377;目前設計中一般要求攪拌樁的無側限抗壓強度不低于0.8MPa，以留有充裕的安全儲備，使墻體強度不成為設計的控制條件，而以結構和邊坡的整體穩定控制設計#65377;

攪拌樁擋墻的土壓力可按朗金理論計算#65377;然后對擋墻進行抗傾覆驗算#65380;抗滑動驗算和墻身強度驗算，并按圓弧滑動法進行邊坡整體穩定驗算#65377;當基坑底涉及流沙或管涌問題時，尚需進行抗滲流驗算#65377;在驗算中，應作調整后再進行驗算，以滿足一定的安全系數為原則#65377;

圖1 重力式擋土墻計算簡圖

攪拌樁擋墻的各項安全系數的選用，與地基土強度指標的試驗方法#65380;樁的施工質量#65380;基樁開挖暴露期的長短#65380;設計階段是否已作了有限元分析或離心模擬試驗，以及開挖過程是否實施現場監測等條件有關#65377;應從各方面綜合創造條件，避免采用過高的安全系數，以求經濟合理#65377;宜參照柔性擋墻的計算方法驗算基坑開挖過程地基和擋墻的變形#65377;應當理解，由于對土方開挖步驟#65380;坑內外降水等因素都作了一定的假設，且土工參數取值可能偏高或偏低，計算與施工之間的誤差總是會存在的#65377;因此對開挖過程實施監測具有重要意義#65377;

2.2 計算內容及其方法

(1)抗傾覆驗算#65377;

抗傾覆驗算常以繞墻趾點的轉動來分析，其計算公式為:

式中:KQ為抗傾覆安全系數，應不小于1.2;

D#65380;B為支護墻的插入深度#65380;寬度;

W為支護墻的自重(W=γoBH);γo為墻體平均容重，一般為18-19kN/m3，坑底以下取浮重度;

H為樁的長度;

Ea為主動土壓力的合力;

Ep1#65380;Ep2為被動區土壓力中矩形#65380;三角形部分的合力;

ha為主動土壓力合力作用線距離墻底的距離#65377;

(2)抗滑移驗算#65377;

抗滑移驗算是指支護墻體地面的抗滑動驗算，其計算公式為;

式中:KH為墻底抗滑安全系數，應不小于1.2;

C0#65380;ф0為墻底土層的粘聚力#65380;內摩擦角;

Ep為被動土壓力的合力;

其它符號含義如前述#65377;

但需要注意，在進行基坑支護墻體抗滑移驗算時，不宜采用以下公式計算抗滑移安全系數;

這是因為擋墻攪拌樁插入深度較大時，被動區土壓力的合力Ep常接近于主動去壓力的合力Ea，如此造成計算得到的安全系數偏大，不安全#65377;

(3)墻體結構強度驗算#65377;

式中:σ1為坑底位置處支護墻斷面最外側的正應力;

σ2為坑底位置處支護墻斷面最內側的壓應力;

M為坑底以上墻被主動土壓力在坑底位置支護樁斷面引起的彎矩;

η為墻體截面水泥土置換率，為水泥土加固面積和墻體截面積之比;

Kj為安全系數，考慮水泥土加固體墻度的不均勻性，通常取2.0;

qu為攪拌樁體的無側限抗壓強度;

其他符號含義如前所述#65377;

由于按上面公式(5)計算的結果過于保守，所以在設計時建議公式(5)采用下面的公式進行驗算:

隨著深層攪拌樁擋墻應用的越來越普及，對其實用設計的探討將非常必要#65377;目前來看，從工程實踐的角度出發，同時結合理論創新，是深層攪拌樁擋墻的發展方向#65377;

參考文獻

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