水泥攪拌樁重力式擋墻在基坑圍護工程中的設計與施工

◎ 漢嘉設計集團股份有限公司 蔡 群 趙 暉 浙江城建房產集團有限公司 王宇瑤

1.前言

水泥攪拌樁重力式擋墻是基坑圍護中的一種重要形式，它是通過相鄰水泥土搭接而成，采用水泥作為固化劑，通過專用攪拌機械，將軟土和水泥強制攪拌形成水泥土，利用水泥和軟土之間所產生的一系列物理、化學作用，使水泥土強度增加，成為水泥土樁，硬化后形成具有一定強度的水泥壁狀擋墻。

水泥攪拌樁重力式擋墻的特點是施工震動小，無側向擠壓，對周圍影響小，最大限度的利用原狀土，節約材料，基坑內無支撐，有利于機械挖土，并且土體經加固后滲透系數較小，整體性和隔水性能良好。本文通過介紹清水園11#、12#、13#、14#樓基坑圍護的設計和施工，希望給水泥攪拌樁重力式擋墻這種基坑圍護形式提供借鑒和參考。

2.工程概況

清水園11#、12#、13#、14#樓位于杭州市崇賢鎮向陽村，北側為崇賢鎮崇杭街，西側為紫鑫華庭。基坑北側有正建的10＃樓，采用預應力管樁基，其基礎底板埋深約3.3米，距離本基坑為17米。10＃樓工程樁已施工完。基坑西側為待建的5＃～8＃樓及3＃、4＃半地下車庫。5＃樓采用夯擴樁基，基礎底板底標高高-1.73；6＃～8＃樓均采用預應力管樁基，基礎底板底標高高-1.13；3＃半地下車庫采用夯擴樁基，基礎底板底標高高-2.20；4＃半地下車庫采用預應力管樁基，基礎底板底標高高-2.20。以上5＃～8＃樓及3＃、4＃半地下車庫的基礎距離本基坑最近約4.0～7.0米，工程樁均已施工完。西南角距離本基坑約21米遠還有一幢待建的4＃樓。基坑南側距離本基坑頂邊約10米遠有一幢待建的二期13層樓。基坑東側現為二期待建的空地，有二期待建的13層樓及18層樓，距離本基坑頂邊約5.0～7.0米遠。本基坑東側有一條施工通道，距離本基坑頂邊2.0米，局部0.3米。詳見圖1。

圖1.基坑平面布置圖

清水園11#、12#、13#、14#樓地上均為11層，地下為一層連通的汽車庫。本工程擬采用Ф500、600的預應力管樁基。本基坑的普遍開挖深度5.60米，局部挖深6.10米、6.45米。

3.工程地質條件

根據巖土工程勘察報告，本基坑所涉及的地層主要為：

①-1層填土：灰黃色，黃褐色、灰褐色，該層多含碎石、石子等，為近期所填，層厚0.2～1.4m。

①-2層填土：灰褐色、灰黃色，以粉質粘土為主，含較多植物根莖，夾有少量有機質，層厚0.3～0.7m。

②粉質粘土：灰黃色、灰褐色，軟塑，局部可塑，切面稍光滑，干強度中等，韌性中等，局部相變為粘質粉土，層厚0.4～1.5m。

③粘質粉土：灰黃色、青灰色，很濕，稍密，搖振反應迅速，無光澤反應，干強度低，韌性低，含云母，僅在擬建場地南部存在。層厚0.70～3.0m。

④淤泥：灰色，流塑，切面稍光滑，干強度中等，韌性中等，含有機質，局部為淤泥質粘土，層厚0.40～11.7m。

④-1粘質粉土：灰色，很濕，稍密，搖振反應迅速，無光澤反應，干強度低，韌性低，含云母，系④層淤泥的夾層，僅少量孔分布，層厚0.4～1.2m。

⑤-1-1粉質粘土：灰黃色、黃褐色，軟可塑，局部可塑，切面稍光滑，干強度中等，韌性中等，層厚0.4～2.2m。

圖2.典型支護剖面圖

⑤-1-1粉質粘土：灰黃色、黃褐色，軟可塑，局部可塑，切面稍光滑，干強度中等，韌性中等，層厚0.4～2.2m。

⑤-2粉質粘土：灰黃色、黃褐色，可塑，切面稍光滑，干強度中等，韌性中等，呈層狀，夾薄層粉土，層厚1.9～7.9m。

4.水泥攪拌樁重力式擋墻圍護設計

本基坑開挖范圍土層上部約2.0米為稍好的粉質粘土，其下為較厚的淤泥層，該淤泥層含水量高，其工程性質極差，因此對淤泥層的處理措施是本基坑圍護的關鍵。基坑東側因為有施工通道，荷載較大，并且卸土范圍有一定限制，重力式擋墻不合適，可用圍護樁加內斜支撐的圍護形式。其余各側可通過較大范圍卸土減荷，采用水泥攪拌樁重力式擋墻圍護。

以下以典型的1-1剖面(詳見圖2)介紹水泥攪拌樁擋墻的設計。

4.1 斷面初定尺寸

1 -1 剖面計算開挖深度6.10米，大范圍卸土2.50米，根據工程經驗和試算確定，擋墻底寬為4.20米，埋入深度4.00米。本基坑坑底土土性極差，因此被動土區應進行加固，可選擇采用水泥攪拌樁墩的加固形式。水泥攪拌樁布置形式詳見圖3。

4.2 擋墻整體穩定計算

擋墻整體穩定包括抗傾覆、抗水平滑動、抗圓弧滑動、抗坑底隆起和抗滲穩定。根據《建筑基坑工程技術規范》，1-1剖面各安全系數分別達2.318；2.231；1.588；3.091；3.537。滿足規范要求。

4.3 墻身強度驗算

采用彈性法計算：最大壓應力、拉應力分別為0.41MPa、0.07MPa（安全）。

圖3.水泥攪拌樁擋墻截面圖

圖4.CX1孔土體深層位移曲線

圖5.CX7孔土體深層位移曲線

5.基坑監測結果

監測工作從2008年10月21日進場至2009年5月21日結束，歷時7個月。本次基坑開挖1～10號各監測孔最大土體位移分別為：33.30mm、33.59mm、33.98mm、34.04mm、33.59mm、69.22mm、98.25mm、50.65mm、33.35mm、33.82mm。基坑開挖對周圍環境沒有造成不良的影響。1-1剖面處的測斜孔監測數據見圖4，其最大位移33.30mm和理論計算值33.34mm吻合較好。

另外注意到CX7孔處的土體位移明顯偏大(詳見圖5)。原因是該處水泥攪拌樁打設后兩天，運土機械在樁頂行駛，造成水泥攪拌樁樁身出現斷裂，有兩～三排水泥攪拌樁坍落。由于冠梁的作用，重力擋墻還能保持較好的整體性，土體變形基本穩定，沒有發生大規模的土體塌方。

6.結語

工程實踐以及監測結果證明清水園11#、12#、13#、14#樓地下室基坑圍護在南、西、北三側大范圍卸土后采用水泥攪拌樁重力式擋墻的圍護結構；東側采用圍護樁加鋼管斜內撐的方案是成功的，設計是合理的。該圍護體系有較好的整體剛度和穩定性，能較好的控制位移，有效的減少了基坑開挖對周邊道路、建筑的影響。它為類似的基坑圍護工程的設計和施工提供了成功的經驗。

通過該工程，總結出水泥攪拌樁重力式擋墻在基坑圍護工程中需要注意的問題包括：(1)水泥攪拌樁施工時，要保證足夠的水泥摻量，樁身要攪拌均勻。(2)水泥攪拌樁作為擋墻，要有足夠的養護時間，不可為趕工期，而減少水泥攪拌樁的養護時間，否則會造成樁身強度達不到設計要求，在基坑開挖過程中，水泥攪拌樁樁體出現開裂甚至破壞。(3)水泥攪拌樁間要有良好的搭接，特別是柵格狀布置水泥攪拌樁時，如果某一處水泥攪拌樁搭接不好，出現開裂，往往要影響水泥攪拌樁擋墻的整體受力，從而使圍護結構失效。(4)由于水泥土抗受拉能力比較差，在設計時，除了要滿足擋墻的外部整體穩定性外，特別要注意驗算水泥攪拌樁墻身的抗拉強度。(5)擋墻頂部設置厚度200mm，寬度與墻身一致的鋼筋混凝土冠梁是有必要的，它可大大加強擋墻的整體性和可靠性。