基坑止水帷幕中深層攪拌樁的應用

蔚貴宏，李慧蘭，劉 麗，汪 茜，鄭百功

（1. 長春市水利勘測設計研究院，長春 130062；2. 長春工程學院勘查與測繪學院，長春 130021；3. 吉林大學建設工程學院，長春 130026）

基坑止水帷幕中深層攪拌樁的應用

蔚貴宏1，李慧蘭2，劉 麗1，汪 茜3，鄭百功3

（1. 長春市水利勘測設計研究院，長春 130062；2. 長春工程學院勘查與測繪學院，長春 130021；3. 吉林大學建設工程學院，長春 130026）

本文根據工程實例介紹了深層攪拌樁在基坑止水帷幕墻中應用，并簡述了其計算方法。工程實踐表明，深層攪拌樁與周圍土體共同作用形成的水泥土擋墻具有安全可靠，無噪音，綜合工期短，無污染等優點。

深層攪拌樁；水泥土擋墻；基坑支護；止水帷幕墻

0 引言

水泥土深層攪拌樁是加固軟土地基的一種新方法，它是利用石灰等材料作為固化劑，通過深層攪拌機械將軟土和固化劑強制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產生的一系列物理-化學作用，使軟土硬結成具有整體性、水穩性和一定強度的樁體。我國20世紀80年代初開始應用攪拌樁代替鋼板樁作支護結構。這種支擋結構不透水，不設支撐，使基坑能在敞開的條件下開挖，并且只使用水泥座位材料，具有較好的經濟效益[1～6]。

1 工程基本情況

1.1 工程概況

某花園住宅樓位于長春市經濟技術開發區臨河街西側，設計方案中12#樓、13#樓、14#樓、15#樓有一層地下室，場區地下室基坑開挖深度為4.00m，另外在基坑底還須進行人工挖孔樁的施工。

由于場地地基土層中中砂及粗砂厚度不均，強度較低，穩定性差。地下水豐富，在基坑開挖及基礎人工挖孔樁施工過程中如不采取有效措施，必須進行大量抽水，造成大量地下水的流失、引起流砂坍塌，進而引起臨近建筑及地面沉降變形破壞，必須采取安全、經濟合理的基坑支護措施，確保基坑開挖及地下室施工的順利進行。

1.2 場地工程地質條件

場地地貌屬伊通河一級階地，地形起伏不大，相對高差0.79m；由白堊系灰白色砂頁巖構成基底，上覆第四系粉質粘土、粗砂等。地層自上而下分層描述如下。

（1）雜填土：雜色，主要以建筑垃圾為主，多由磚頭、瓦塊、碎石等組成，結構松散，下部0.3～0.7m為耕植土。

（2）粉質粘土：黃褐色，新近期沉積土，可塑，層底深度1.70～3.90m。

（3）粉質粘土：灰黑色，含有機質，近淤泥質土，局部夾薄層細砂，軟塑，層底深度2.80～6.10m。

（4）中砂：灰白色、黃色、飽和，底部常見5～15m礫石，松散—稍密，主要成份石英、長石等組成，可見層底深度4.6～6.7m。

（5）粗砂：灰色、飽和、中密，由于粒徑較大與④層中砂成相變，主要成份石英、長石等組成，可見層底深度5.6～6.6m。

（6）砂質泥巖強風化層：紫紅色，灰白色，風化成土狀，硬塑，夾0.5m厚的純凈砂巖，可見層底深度6.7～10.3m。

以下為中風化—微風化砂質泥巖，與基坑支護關系不大。

場地地下水為孔隙潛水，含水層為粉質粘土，水位埋深1.8～3.6m，主要靠河流側向和大氣降水補給。

1.3 基坑支護方案

由于基坑開挖深度范圍內有雜填土、粉質粘土、中砂和粗砂，涌水量較大。故采用深層攪拌止水帷幕墻將地下水阻隔于基坑之外，避免坑底涌水、涌砂；且有重力式擋土墻的作用，確保基坑開挖及地下室施工的順利進行。深層攪拌樁的設置及工藝技術要求如下：

（1）沿基坑開挖線外側周邊設置直徑500mm，樁心距350mm，相互搭接150mm，深7m的深層攪拌樁構成止水帷幕墻（如圖1），樁尖進入砂質泥巖強風化層300～500mm。

圖1 深層止水帷幕平面結構示意圖

（2）由于基坑周長較長，為確保基坑的安全，若地下室外墻線與建筑紅線之間的距離超過5m時，進行深攪止水帷幕墻內側放坡施工（見圖2）；基坑尺寸受限制的地方則進行深攪內側垂直開挖的形式（見圖3）。若基坑實際開挖深度超過4m，因基坑尺寸受限制，不能進行深攪墻內側放坡，則采取深攪墻頂部取土減載的方法（見圖4）。

圖2 深攪墻內側放坡

圖3 深攪墻內側垂直開挖

圖4 深攪墻頂部取土減載

2 工程基本參數

2.1 原始數據

基坑深度(樁頂距坑底距離)：4.00m，

放坡角度(用于無支護開挖和土釘)：90°,樁嵌固深度安全系數：1.2,

樁背與土的摩擦角系數：0.3,

需要護坡的基坑周長=600m,

墻厚度：5m；墻入土深度：2.5m,

計算參數見表1。

表1 物理力學性質試驗數據表

2.2 計算內容

（1）主動土壓力、被動土壓力按朗肯土壓力理論計算。對應圖3的計算結果見圖5、圖6。

圖5 主動土壓力計算結果

圖6 被動土壓力計算結果

（2）穩定性計算

①抗傾覆計算

水泥土擋墻繞墻趾抗傾覆安全系數：

②抗滑移計算

水泥土擋墻沿墻底滑動的安全系數：

滿足穩定性要求。

（3）最大彎矩計算

水泥土擋墻最大彎矩的作用點是結構斷面剪力為零的點。算得縱向每延米最大彎矩值=7.06(kN?m)（見圖7）。

圖7 水泥土擋墻彎矩圖

（4）墻體應力驗算

①墻體正應力驗算

γo——墻體平均重度，

Z ——計算截面以上水泥土墻的高度，

q ——支護結構頂面堆載，

M ——擋土墻計算截面處的彎矩，

x1、x2——擋土墻在計算截面處的截面形心至最大、最小應力點的距離，

I——擋土墻在計算截面處的慣性矩，

qu——水泥土無側限抗壓強度，

Kj——考慮水泥土強度不均勻的系數。

由上式算得水泥土承受的最大抗彎應力為262.54(kPa)，水泥土承受的最小抗彎應力為76.34(kPa)，水泥土承受的最大抗彎應力滿足設計要求。

②墻體剪應力驗算

式中：τ——計算截面處的剪應力,

E'α——計算截面以上主動土壓力的合力,

η——計算截面處水泥土的置換率。

算得最大剪力點距樁頂距離4.00(m)；最大剪應力17.52(kPa)，抗剪應力滿足設計要求（見圖8）。

圖8 水泥土擋墻剪力圖

3 工藝技術及質量控制與檢驗

3.1 工藝技術

(1)為了保證攪拌均勻，施工采用上、下三回次，六次攪拌的施工工藝，具體施工步聚如下：①深攪機械就位；②噴漿攪拌下沉；③噴漿攪拌提升；④重復噴漿攪拌下沉；⑤重復攪拌提升；⑥重復噴漿攪拌下沉；⑦重復攪拌提升直至孔口；⑧移機就位施工下一棵樁。

(2)深攪固化劑使用425#礦渣硅酸鹽水泥，水泥摻入量為被加固土重的18%，水灰比為0.5。

(3)水泥土攪拌樁的垂直度偏差不得超過1%，樁位布置偏差不得大于50mm，樁徑偏差不得大于4%。開機前必須調試，檢查樁機運轉和輸料管的暢通情況。

3.2 質量控制與檢驗

⑴成樁施工時，檢查原材料質量，摻合比的檢查；成樁時檢查樁位、樁底標高、樁身垂直度、外摻劑摻量、噴漿量均勻。深攪鉆頭需設置攪拌葉片和噴漿葉片，噴漿葉片距攪拌頭的距離≤200 mm。另外若遇堅硬地層，攪拌葉片磨損過快時，須在葉片上鉆眼鑲合金，保證成樁直徑及搭接。

⑵為保證深攪帷幕能很好地將地下水阻隔于基坑之外，保證成樁質量，一律采用三回次六次噴漿攪拌法成樁，以保證樁身的完整性、連續性。

⑶為確保樁與樁之間的搭接質量、形成一道完整的防滲帷幕，采取以下措施：

①深攪機就位時，調平機架并安置平穩牢實，使深攪動力頭導軌與自然懸垂的攪拌鉆桿保持平行，以保證攪拌機垂直度。②攪拌下沉時在鉆桿及動力頭的自重作用下進行，控制攪拌提升速度。③經常檢查鉆頭直徑，并保持≥500mm。

⑷為了保證樁身強度，施工操作如因機械故障停機達10小時以上，則需在該樁之外補攪樁，以免攪拌樁初凝，造成樁體不連續。

4 結束語

水泥攪拌樁擋墻是水泥攪拌技術應用的進一步發展，作為深基坑開挖的擋墻維護技術與目前常用的鋼板樁、砼樁相比，其振動小、無噪音、無泥漿廢水污染、擠土輕微、抗滲性好、不須拔樁，可避免打、拔樁的振動對鄰近建筑物的影響。基坑開挖時，不需要井點降水和支撐或拉錨，坑內空間寬敞，給主體結構施工帶來方便，有利縮短綜合工期和文明施工及安全生產等特點，而且造價也可降低30%左右。

[1] 趙明華. 土力學與基礎工程 [M]. 武漢：武漢理工大學出版社, 2003: 187～226.

[2] 崔紹炎. 某工程深層攪拌樁成樁試驗與檢測的研究[J]. 施工技術, 2007, 36(01) : 53～55.

[3] 席培勝, 宮能和, 儲海巖等. 雙向攪拌樁加固軟土地基應用研究 [J]. 施工技術, 2007, 36(01): 5～8.

[4] 周紅麗. 止水帷幕在高層建筑深基坑中的應用 [J].巖土力學, 2003, 24(S1): 103～104.

[5] 錢同輝; 文 兵; 齊 . 重力式水泥攪拌樁擋墻在深基坑支護工程中的應用研究 [J]. 水文地質工程地質, 2004, (S1): 111～116.

[6] 孫介華. 關于水泥攪拌樁擋墻水平位移的分析與控制 [J]. 水文地質工程地質, 1998, (05): 58～59.

Practice of Deep Mixing Piles in Water-stopping Curtain of Foundation Pit

YU Guihong1LI Huilan2LIU Li1WANG Qian3ZHENG Baigong3
(1. Changchun Water Investigation Design and Research Institute, Changchun 130026; 2. Faculty of Prospecting & Surveying Engineering, Changchun Institute of Technology, Changchun 130021; 3. College of Construction Engineering, Jilin University, Changchun 130026)

Formed by the forced mixing of proportioned cement mortar and foundation soil by special machine deep in the foundation, the water-stopping curtain wall of soil-cement pile can improve the stability of the foundation slope and performance of anti-seepage, thus reaches the objectives of stopping water and retaining soil. Based on the practice in actual project, calculation method of deep mixing piles in water-stopping curtain of foundation pits is introduced. Deep mixing piles combined with surrounding soil forms cement-soil retaining wall. Project practices show that cement-soil retaining wall has advantages of high reliability, lower noise, short construction period and no pollution.

Deep mixing pile; cement-soil retaining wall; foundation pit brace ;water-stopping curtain wall

TV551.4

B

蔚貴宏（1976-），男，高級工程師，主要研究工程地質、地質災害、土力學及基礎工程。E-mail：chinaygh@sina.com”