水泥土攪拌樁在軟土地區(qū)基坑圍護中的應用

李正坤 孟 雷

(中國建筑西南勘察設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610000)

0 引言

隨著我國城鎮(zhèn)化進程的迅猛發(fā)展，地下空間也隨之得到開發(fā)與利用，地下工程也越來越多。地下工程的興建涉及到巖土體的開挖與基坑圍護，而基坑圍護方案形式多種多樣，各有其適應的環(huán)境條件和優(yōu)缺點。水泥土攪拌樁重力式擋土墻，作為一種基坑圍護形式，在軟土地區(qū)有它的優(yōu)點和適應性，是一種常用的圍護方案。

1 水泥土攪拌樁概述

水泥土攪拌樁是利用水泥等材料作為固化劑通過特制的攪拌機械，就地將軟土和固化劑(漿液或粉體)強制攪拌，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強度的水泥加固土，從而提高地基土強度和增大變形模量。根據(jù)固化劑摻入狀態(tài)的不同，它可分為漿液攪拌和粉體噴射攪拌兩種[1]。

水泥土攪拌樁具有較多的優(yōu)點：1)最大限度的利用原狀土；2)攪拌時無振動、無噪聲及無污染，對周圍原有建筑物及地下溝管影響很小；3)根據(jù)需要可靈活的采用柱狀、壁狀、格柵狀和塊狀等形式；4)通過樁與樁之間的搭接形成整體，對地基土加固形成重力式擋土墻，既可擋土又可止水。

它的適宜條件及不足：1)一般用于安全等級為二級、三級的基坑；2)適應于淤泥質(zhì)土、淤泥基坑，且基坑深度不宜大于7 m[2]；3)墻體占地面積較大；4)成樁后，需要一定的齡期，一般需28 d后，才能進行土方開挖。

2 工程實例

2.1 工程概況

擬建基坑工程場地位于吳江市汾湖經(jīng)濟開發(fā)區(qū)辛塔社區(qū)，包括10棟(1號～10號)11層～24層高層住宅樓及獨立地下車庫,高層住宅樓均設(shè)有1層地下室，基坑開挖深度4.45 m(局部落深5.5 m);獨立地下車庫基坑開挖深度6.10 m。基坑圍護時，建筑物基坑與地下車庫一并考慮，分序開挖，組成一個大基坑，基坑周長約835 m，面積約23 640 m2。

2.2 基坑周邊環(huán)境

基坑南北側(cè)為空地，北側(cè)離規(guī)劃紅線約10.0 m，離滬蘇浙高速公路約60.0 m；南側(cè)為擬建的建設(shè)用地；東西兩側(cè)為規(guī)劃整治的舊河道，西側(cè)離現(xiàn)河道一般約9.0 m～10.0 m，最近約6.2 m。

基坑周邊附近無暗埋的地下管線、地下電纜等。

2.3 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

場區(qū)內(nèi)25 m深度范圍內(nèi)土層分布及結(jié)構(gòu)特征如下：

第①層素填土,雜色，松散，不均勻，以粘性土為主，上部含植物根系，下部含淤泥質(zhì)土，回填時間約5年，屬欠固結(jié)土。該層厚度1.00 m～2.70 m,平均厚度1.79 m，層頂標高1.24 m～2.72 m，全場地分布。

第②層粉質(zhì)粘土夾粉土,灰色～黃灰色，軟塑，夾薄層粉土，局部與粉土互層，搖振反應慢，無光澤，韌性和干強度中等。該層厚度0.40 m～5.80 m,平均厚度1.82 m，層頂標高-0.88 m～1.13 m,層頂埋深1.00 m～2.70 m，局部缺失。

第③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土,灰黑色，流塑，含腐殖質(zhì)，有臭味。該層厚度8.40 m～22.00 m,平均厚度13.12 m，層頂標高-5.07 m～1.00 m,層頂埋深1.30 m～7.40 m，全場地分布。

第④層粉質(zhì)粘土夾粉土,灰黃色～灰色，可塑～軟塑，底部夾薄層粉土，無搖振反應，稍有光澤，韌性和干強度中等。該層厚度0.60 m～5.50 m,平均厚度2.44 m，層頂標高-15.51 m～-10.75 m,層頂埋深12.30 m～17.30 m，部分地段缺失。

第⑤層粉土,灰色，稍密～中密，夾少量粉質(zhì)粘土，搖振反應迅速，無光澤，韌性和干強度低。該層厚度1.00 m～8.80 m,平均厚度3.82 m，層頂標高-18.91 m～-13.60 m，層頂埋深15.00 m～20.70 m，部分地段分布。

第⑥-1層粉質(zhì)粘土,灰色，軟塑，夾少量粉土，含少量腐殖質(zhì)，無搖振反應，稍有光澤，韌性和干強度中等。該層厚度2.70 m～12.10 m,平均厚度7.66 m，層頂標高-22.89 m～-12.79 m,層頂埋深15.10 m～24.40 m，局部缺失。

本場地淺層地下水主要為孔隙潛水，其賦存于第①層素填土中，穩(wěn)定水位埋深為0.50 m～1.60 m，穩(wěn)定水位的標高為0.81 m～1.15 m。孔隙潛水主要以地表水及大氣降水補給為主，以蒸發(fā)和側(cè)向徑流向河湖排泄。

基坑影響深度范圍內(nèi)土層的巖土設(shè)計參數(shù)取值如表1所示。

表1 基坑影響深度范圍內(nèi)土層的巖土設(shè)計參數(shù)表

2.4 基坑設(shè)計

2.4.1基坑圍護設(shè)計方案選型

基坑開挖深度4.45 m～6.10 m，基坑開挖相對不深，基坑南北側(cè)較空曠，施工條件較好，東西兩側(cè)離河道較近，基坑周圍無建筑物及暗埋的地下管線、電纜等設(shè)施，整體而言，基坑周圍條件一般。

由于場地淺層基坑影響深度范圍內(nèi)土質(zhì)很差，南北兩側(cè)若采用單一的無圍護的放坡開挖，土方開挖量很大，且占用很大的用地，坡體自穩(wěn)性差，尤其是東西兩側(cè)，離河道較近，不具備放坡條件，因此，考慮有圍護的基坑支護方案。

因土質(zhì)很差，本圍護工程不宜采用單一的土釘墻圍護，綜合考慮基坑及周邊條件特點、場地工程地質(zhì)特征，結(jié)合本地經(jīng)驗，本著“安全、經(jīng)濟、方便施工”的原則，基坑圍護方案采用水泥土攪拌樁的圍護形式。設(shè)計時充分利用南北側(cè)場地用地條件良好的特點，采取適當放坡卸土后，進行水泥土攪拌樁圍護，可以減小水泥土攪拌樁的墻厚，進而減少工程造價；東西側(cè)場地條件受限制，在河道較窄處，卸土量相對較小；地下車庫與建筑物基坑由于存在著1.65 m的高差，坑底為土質(zhì)極差的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，且建筑物與地下車庫的基礎(chǔ)承臺很近，不具備放坡開挖的條件，設(shè)計時采用墻厚及樁長較小的水泥土攪拌樁。

2.4.2基坑圍護設(shè)計成果

本工程基坑圍護采用“放坡、水泥土攪拌樁”的圍護模型，采用《理正深基坑圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計》軟件進行計算，基坑安全等級按三級考慮，重要性系數(shù)為γ0=0.9，基坑側(cè)壁最大水平位移設(shè)計值不大于80 mm，地面沉降設(shè)計值不大于80 mm。

基坑地面附加荷載取20 kPa。

水泥土攪拌樁均采用雙軸攪拌，樁徑為700，樁中心間距500,樁間搭接距離為200 mm，采用42.5級普硅水泥，水泥摻入量15%，水灰比0.5～0.55，水泥攪拌樁28 d無側(cè)限抗壓強度不低于0.8 MPa。

由于本工程基坑面積較大、邊長較長，且坑底土質(zhì)為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，為了控制基坑圍護體的變形，減小基坑開挖對周邊環(huán)境的不利影響，在坑內(nèi)被動區(qū)設(shè)置水泥土攪拌樁暗墩進行加固，加固寬度2.2 m，加固厚度4 m。

基坑圍護設(shè)計平面布置圖見圖1。

根據(jù)基坑區(qū)段開挖深度的不同及周邊條件的差異，設(shè)計成不同的水泥土樁長和墻寬，共6個圍護段剖面，以4—4剖面為例設(shè)計如下：

圍護形式為放坡+雙軸水泥土攪拌樁。

基坑深度6.10 m，上部采用一級放坡方案。坡高2.0 m，坡率(坡高∶坡寬)1∶2，平臺寬度2.0 m，掛網(wǎng)噴漿，厚度100 mm，噴C20混凝土防護。

1)掛網(wǎng)：Φ8@200雙向鋼筋網(wǎng)。

2)噴射混凝土厚100 mm，噴C20混凝土。參考配比：碎石∶砂∶水泥為1∶1∶0.5；水泥采用42.5級普通硅酸鹽水泥，碎石粒徑5 mm～15 mm；坡頂翻邊2.00 m，排水反坡坡度5%，坡底翻邊0.50 m。

雙軸水泥土攪拌樁(φ700)，格柵墻布置，擋墻寬5.20 m，嵌固深度為7.40 m和10.4 m，水泥土攪拌樁長14.5 m，樁頂采用200厚C20混凝土面板壓頂，寬度5.70，采用φ8@200雙向配筋，在樁體頂部，插筋9φ12@1 000，插入混凝土面板100，在攪拌樁內(nèi)外側(cè)各插一根φ48×3.0鋼管，鋼管長L=6.0 m，@1 000。

該剖面計算結(jié)果參數(shù)如下：

最大水平位移：54 mm，符合設(shè)計控制要求；

最大沉降量：58 mm，符合設(shè)計控制要求；

抗滑安全系數(shù)Ksl=2.05，滿足規(guī)范要求(Ksl≥1.2)；

抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)Kov=1.94,滿足規(guī)范要求(Kov≥1.3)；

整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=1.31，滿足規(guī)范要求(Ks≥1.3)；

抗隆起驗算Kb=2.30,滿足規(guī)范要求(Kb≥1.4)。

2.5 水泥土攪拌樁施工

1)攪拌樁采用φ700雙軸攪拌樁，樁體搭接長度200，采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥摻量(即消耗水泥重量和被加固土體重量的百分比，雙頭攪拌樁單樁面積為0.71 m2)為15%，水泥漿液水灰比為0.55，施工前做比重測試。經(jīng)測試確定后，控制標準以比重計測試為準。

2)施工前對樁架進行檢查，攪拌頭片直徑不小于70 cm，誤差不超過2 cm。

3)施工前對施工區(qū)域地下障礙物進行探測，對有障礙物進行清除后回填好土(軟土或經(jīng)過人工處理的專用回填土)，分層夯實后方進行圍護樁施工。

4)施工時量測平臺高程，以控制樁底標高，施工時，樁底標高誤差不大于5 cm，樁底標高以二攪拌頭片的中線為基準；樁位平面定位誤差不大于5 cm，樁體垂直偏差不大于1/100。

5)拌樁樁體施工為兩噴三攪工藝，即：攪拌下沉→噴漿提升→攪拌下沉→噴漿提升→下沉→攪拌提升→完成。

6)施工時及時進行檢查。檢查內(nèi)容：水泥投放量、水灰比、比重、輸漿泵泵送時間、攪拌頭噴漿提升開始時間、到達地面時間、標高垂直度控制方法。

7)攪拌樁施工保持有連續(xù)性，沒有出現(xiàn)24 h施工冷縫(施工組織設(shè)計預留除外)。

8)攪拌樁施工時及時對周圍環(huán)境進行監(jiān)測及加強觀察，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)及觀察信息調(diào)整攪拌樁的施工進度。

9)攪拌樁施工同時做試塊同條件養(yǎng)護，養(yǎng)護期為28 d，攪拌強度達到設(shè)計要求0.8 MPa。

10)根據(jù)現(xiàn)場施工情況，對攪拌樁進行鉆芯取樣，以檢查攪拌樁長度及樁身質(zhì)量。

2.6 施工效果

水泥土攪拌樁施工過程順利，施工完成28 d后，進行土體開挖，基坑開挖后表明：基坑壁面平整，水泥土攪拌樁樁體直立，樁與樁之間咬合搭接嚴密，無滲漏，施工效果良好。

3 結(jié)語

1)水泥土攪拌樁在基坑圍護中既能擋土又可止水，且具有無振動、無噪聲及無污染，施工靈活，安全經(jīng)濟等優(yōu)點，在軟土地區(qū)，對于基坑深度較淺(一般小于7.0 m)且土體工程性質(zhì)差(淤泥質(zhì)粘性土或淤泥)等環(huán)境條件中常被應用；

2)本工程案例中，采用了雙軸水泥土攪拌樁進行基坑圍護，安全性指標(抗滑移、抗傾覆、整體穩(wěn)定性、抗隆起)等滿足規(guī)范要求。針對坑底土質(zhì)軟弱的特點，在坑內(nèi)被動區(qū)設(shè)計了水泥土攪拌樁暗墩，起到加固土體、控制基坑圍護體的變形、減小基坑開挖對周邊環(huán)境影響的作用；在攪拌樁內(nèi)外側(cè)插入一定長度鋼管，起到加強水泥土攪拌樁抗拉強度的作用；施工結(jié)果表明：該案例水泥土攪拌樁在基坑圍護中擋土和止水效果明顯，滿足了工程建設(shè)要求，取得了預期的圍護效果。

參考文獻：

[1] JGJ 79—2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[2] JGJ 120—2012,建筑基坑圍護技術(shù)規(guī)程[S].

[3] 劉建航，侯學淵.基坑工程手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997.