水泥土攪拌樁與鉆孔灌注樁組合支護基坑研究應用

敖小平+張巍

【摘 要】隨著我國城市建設的發展，出現了大量基坑的開挖與支護的工程建設問題。在軟土地區，由于軟土的強度不高、變形較大，且具有一定的蠕變性，基坑支護常常是施工中的難點。本文探討了水泥土攪拌樁與雙排灌注樁在軟土基坑工程中組合使用的機理，其中著重分析了土拱效應。在此基礎上，以上海某大型基坑工程為例，對其穩定性計算與基坑局部變形機理進行了研究。結合實際工程進行了一個大型基坑的設計計算與基坑局部變形的有限元模擬。本論文可為軟土地區雙排鉆孔灌注樁與水泥土攪拌樁基坑組合支護供參考。

【關鍵詞】基坑工程；水泥攪拌樁；鉆孔灌注樁；雙排樁；變形控制

The application and research on combined supporting of cement mixing pile with drilling bored pile

Ao Xiao-ping1、2,Zhang Wei2

(1.Jiangxi Geological Engineering (Group) Company Nanchang Jiangxi 330000；

2.Nanjing University, School of Earth Sciences and Engineering Nanjing Jiangsu 210000)

【Abstract】With the development of urban construction in China，more and more problem of excavation and supporting of foundation has emerged. In the soft soil area, because of the limited strength, large deformation and a certain degree of creep, the foundation supporting is even more complicated.In the paper, the mechanisms of combined application of cement-soil mixing pile with double row bored pile in soft soil foundation, especially the soil arching effect were discussed. Based on this, a large foundation engineering in Shanghai was taken for instance, the stability of the foundation was calculated and mechanism of local deformation was studied by finite element analysis. Subsequently. The study could be referred to the design and construction of combined support of cement soil mixing pile and double row bore pile in soft soil area.

【Key words】Foundation;Engineering;Cement;Mixing pile;Bored pile;Double-row pile;Deformation control.

1. 水泥土攪拌樁與雙排鉆孔灌注樁組合支護作用機理

基坑開挖后隨著土體應力的改變及位移的產生，支護結構后土體產生主動土壓力首先傳遞給水泥攪拌樁擋墻，然后再通過水泥土攪拌樁擋墻傳遞給排樁承受，雙排樁在冠梁及連梁的作用下將土壓力分配給前后排樁來共同承受。水泥土攪拌樁與雙排灌注樁的組合支護結構即充分利用了雙排灌注樁的側向剛度大、整體穩定性好、樁身內力小、變形控制能力強等特點，同時發揮了水泥土攪拌樁的止水性能。另外水泥土攪拌樁對土體的加固，也充分發揮了雙排樁與土體間的協同作用，使組合支護結構的綜合能力大大提高。

圖1 地下車庫深坑圍護結構剖面2. 水泥土攪拌樁與雙排鉆孔灌注樁組合支護應用分析

2.1 工程地質條件。根據勘查報告顯示，本場地位于長江三角洲入海口東南前緣，屬濱海平原地貌，總體穩定，地基土層均屬于不液化土層，不良地質情況有：場地的西北角、西南角及東側各存在1個暗浜，開挖范圍內土層物理力學參數如表1：

圖22.2 基坑支護結構設計方案。基坑面積34902m2，開挖深度1.90m~6.95m，周邊環境相對寬松。按照基坑工程設計規程，本基坑工程安全等級定為三級，環境保護等級定為三級。

2.2.1 水泥攪拌樁區域+鉆孔灌注樁組合支護計算。深基坑區域采用6排700@500二軸攪拌樁重力壩作圍護，重力壩寬3.2m，攪拌樁樁長9m，樁頂絕對標高為-3.1m，為控制攪拌樁變形，在重力壩2側套打2排600鉆孔灌注樁，灌注樁間距1.5m，樁長9.3m，樁頂標高與攪拌樁一致，局部靠近住宅樓基礎較近處，為保護住宅樓管樁，攪拌樁與鉆孔灌注樁樁長延長3m，圍護結構剖面見圖1。

表1 主要土層物理力學參數

土層

編號 土層 層厚

(m) 重度(

KN/m3) φ

( °) C

(KPa) 滲透系數

(cm/s)

①1 雜、素填土 1.4 18.5 15 5 ——

②1 褐黃色粘土 0.9 19.0 18 27 4.0E-07

②2 灰黃色粘土 1.0 17.8 15.5 18 5.0E-07

③ 灰色淤泥質粘土 3.9 16.6 12 11 2.0E-06

④1 灰色淤泥質粘土 7.3 16.9 13 12 3.0E-06

④2 灰色淤泥質粉質

粘土與粉質粘土

互層 5.4 17.7 21 11 1.0E-04

（1） 坑底抗隆起(圓弧滑動)計算（見圖2）。 下滑力：366.1KN/m；抗滑力：807.7KN/m；每延米墻體抗滑力：0.0KN/m；安全系數：2.21，要求安全系數：1.7 。

圖3

圖4（2） 墻底抗隆起計算（見圖3）。 坑內側向外5.4m范圍內總荷載：1190.4KN/m；驗算斷面處土體內聚力：14.0KPa；內摩擦角：13.0°。

地基承載力：

Nq=eπtgφtg2(45+φ/2)=eπtg13.0tg2(45+13.0/2)=3.26

Nc=(Nq-1)tgφ=(3.26-1)tg13.0=9.81

Ru=qNq+cNc=112.4×3.26+14.0×9.81=504.2

安全系數：504.2×5.4/1190.4=2.27，要求安全系數：1.5。

（3） 抗傾覆計算（見圖4）。

墻重： 19.0×12×4.200=957.60

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抗傾覆安全系數： 576.8×2.77+957.60×4.20÷2262.7×3.97+440.1×4.65=1.17，要求安全系數：1.1。

圖5（4） 抗滑移計算（見圖5）。

墻重： 19.00×12.00×4.200=957.6

抗滑移安全系數： 576.8+957.6×tg(13.0)+14.0×4.20262.7+440.1=1.22，

要求安全系數：1.2，當長邊不大于20m時，取1.0。

（5） 抗滲流穩定計算。抗滲流穩定安全系數：

(2.500-1)/(1+1.000) 4.85/(1.5×4.85+1.5×2×6.65+1.00×4.20)=4.86，要求安全系數：1.5～2.0，開挖面以下土為砂土、砂質粉土或黏性土與粉土中有明顯薄層粉砂夾層時取大值。

圖6

圖7 計算模型圖（6） 整體穩定計算（見圖6）。 滑弧：圓心(-0.03m，-2.16m)，半徑：14.76m， 起點(-14.63m,0.00m)， 終點(12.67m,5.35m)， 拱高比0.707；下滑力：731.43KN/m；土體(若有則包括攪拌樁和坑底加固土)抗滑力：1253.45KN/m；土釘/錨桿抗滑力：0.00KN/m；樁墻的抗滑力：0.00KN/m；安全系數：1.71。

2.2.2 基坑變形模擬。

2.2.2.1 組合支護土拱效應的基坑變形模擬。

（1）結構設計單位要求樁基工程管樁移位控制在3cm之內，深基坑的開挖對淺基坑基礎的樁基工程的移位變形進行模擬分析（見圖7、圖8、圖9、圖10）。

圖8 模型有限網格劃分圖

圖9 基坑挖到底變形網格圖

圖10 水平變形云圖25.62mm （2）通過對基坑地下車庫深坑基坑支護結構的有限元模擬，地下車庫支護的攪拌樁墻附近水平位移較大。水平位移最大可達2.56cm，變形相對較小，不會對附近樁基工程（管樁）造成影響。

（3）通過后期圍護體系鉆孔灌注樁+攪拌樁套打施工，基坑開挖過程中專業監測單位對基坑變形情況進行檢測顯示，基坑整體水平位移量最大為18.9mm，此類圍護體系設計可以滿足該工況下設計要求。

3. 結論

本文通過對基坑工程支護結構形式及支護結構的設計理論的總結，提出了水泥土攪拌樁與雙排灌注樁在軟土基坑工程中組合使用的方法。具有較大的整體剛度，能有效控制變形，且各樁所受內力較小，在基坑工程中是一種具有廣闊應用前景的支護結構。

參考文獻

［1］ 劉宗仁，劉雪雁編著．基坑工程［M］．哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2008.

［2］ 楊小平主編．《基礎工程》［M］．廣州：華南理工大學出版社，2010.5.

［3］ 劉國彬，王衛東．基坑工程手冊［M］．北京：中國建筑工業出版社，2009.

［4］ 楊明，姚令侃，王廣軍．抗滑樁寬度與樁間距對樁間土拱效應的影響研究［J］．巖土工程學報，2007，29(10).

［作者簡介］ 敖小平（1975-），男，職稱：高級工程師，工作單位：南京大學地球科學與工程學院，主要從事巖土地質工程施工工作。

張巍（1974-），工作單位：南京大學地球科學與工程學院，副教授。

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