淺議擋土墻地基處理方案比選

【摘要】工程中經(jīng)常遇到天然軟土地基，在軟土地基上修建擋土墻，地基承載力往往不滿足要求，需要進(jìn)行地基處理，文中結(jié)合工程實(shí)例，對水泥土攪拌樁和換填墊層法在設(shè)計(jì)和施工方面進(jìn)行了分析對比。

【關(guān)鍵詞】擋土墻；地基處理；水泥土攪拌樁；換填墊層法

1、工程概況

某倒虹吸工程為4級建筑物，進(jìn)出口漸變段按5級建筑物設(shè)計(jì)。倒虹吸工程由進(jìn)口段、管身段、出口閘室及出口段四部分組成，其中進(jìn)、出口翼墻均為7m長，翼墻為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，墻高5m。根據(jù)地勘資料，翼墻段地基自上而下分別為粘土、淤泥質(zhì)粘土、壤土等多層結(jié)構(gòu)。翼墻建在淤泥質(zhì)粘土層上，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值為70kPa。選取單位長度擋土墻，考慮3種工況進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算，計(jì)算結(jié)果顯示建成無水工況最大地基應(yīng)為104kPa，最小地基應(yīng)力90kPa。地基承載力不滿足規(guī)范要求，需要進(jìn)行地基處理。

2、擋土墻地基處理措施

處理措施常采用換填墊層法、水泥土攪拌樁法、強(qiáng)夯法等。工程區(qū)域地下水位較高，且擋土墻建在淤泥質(zhì)粘土層上，排水較困難，不適合采用強(qiáng)夯法；水泥土攪拌樁適用于處理淤泥與淤泥質(zhì)土、粉土以及粘性土等；換填墊層法比較適用于淺層地基的處理，換填墊層的厚度應(yīng)根據(jù)置換軟弱土的深度以及下臥土層的承載力確定，厚度宜為0.5m～3m。考慮到擋墻高度不大，且工程級別較低，處理的范圍較小，選擇水泥土攪拌樁和換填墊層法進(jìn)行比選。

3、地基處理設(shè)計(jì)

3.1水泥土攪拌樁

水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值，可按下式計(jì)算：

fspk-復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值；

fsk—樁間天然地基土承載力標(biāo)準(zhǔn)值；

m-置換率；

Ap-樁的截面積；

-樁間土承載力折減系數(shù)取0.1；

-單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值。按下式計(jì)算，取其中較小值。

fcu-水泥土試塊的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值；

-強(qiáng)度折減系數(shù)；

qsi-樁周土的平均摩擦力，取9kPa；

up-樁周長；

Ii-樁長；

qp-樁端天然地基的承載力標(biāo)準(zhǔn)值；

-樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)，取0.4。

經(jīng)計(jì)算，樁徑取0.6m、樁長5m、樁間距1.0m、正方形布置，復(fù)合地基承載力特征值為106kPa，經(jīng)處理后的地基，承載力滿足要求。

3.2換填墊層法

換填材料采用5～40mm自然級配碎石，含泥量不大于5%，墊層用300g/m2土工布包裹，頂部壓入翼墻C15墊層0.3m。換填厚度的確定，可按下式計(jì)算：

式中 —墊層底面處的附加壓力值（kPa）；

pcz—墊層底面處的自重壓力值（kPa）；

faz—墊層底面處經(jīng)深度修正的地基力特征值（kPa）；

墊層底面處的附加壓力值pz按下式計(jì)算。

式中 b—矩形基礎(chǔ)底面寬度（m）；

I—矩形基礎(chǔ)底面長度（m）；

pk—基礎(chǔ)底面處的平均壓力值（kPa）；

pc—基礎(chǔ)底面處的自重壓力值（kPa）；

z—基礎(chǔ)底面下墊層的厚度（m）；

—墊層材料的壓力擴(kuò)散角（°），宜通過試驗(yàn)確定。

經(jīng)計(jì)算，換填厚度1.2m，換填寬度5.0m，翼墻基礎(chǔ)兩側(cè)各0.4m，換填后地基承載力滿足要求。

3.3兩種地基處理方法分析對比

從上述計(jì)算分析可知，水泥土攪拌樁和換填墊層法都可以解決擋土墻地基承載力不滿足的問題，但兩種方法的原理不同。

水泥土攪拌樁屬于深層處理，軟土與水泥采用機(jī)械加固的基本原理是基于水泥土的物理化學(xué)反應(yīng)過程，它與混凝土的硬化機(jī)理不同，混凝土的硬化主要是水泥在粗填料中進(jìn)行水解、水化作用，凝結(jié)速度較快，而在水泥土加固中，因水泥的慘量很小，水泥的水解和水化反應(yīng)是在土的圍繞下進(jìn)行，因此硬化速度緩慢，所以水泥土強(qiáng)度增長的過程比較緩慢。水泥土攪拌樁適用范圍廣，能很好的解決軟土地基承載力不足的問題。但在工程施實(shí)過程中，也遇到過一些問題，比如在一些規(guī)模較小的工程中，工期往往較短，攪拌樁檢測需要的周期往往給工程工期帶來挑戰(zhàn)，且地基處理工程量較小，檢測費(fèi)用所占地基處理本本身的比例就顯得比較高。

換填墊層法屬于淺層處理，當(dāng)需要處理的地基軟弱土位于表層且厚度不大，或頂部荷載不太大，換填墊層法往往可以取得較好的經(jīng)濟(jì)效果。對于較深厚的軟弱土層，僅用墊層局部置換上層軟弱土層時(shí)，下臥軟弱土層在荷載作用下的長期變形可能依然很大，不如深層處里方法更可靠。但換填墊層法施工方法簡單，質(zhì)量容易控制，投資較低，施工周期短。結(jié)合以往的工程經(jīng)驗(yàn)，小規(guī)模的工程中，擋土墻級別較低，地基處理量又較少，采用換填墊層法進(jìn)行表層加固后，能夠滿足要求。考慮到工程工期等各方面因素，本工程實(shí)例采用了換填墊層法，工程經(jīng)長期運(yùn)行之后，取得了不錯(cuò)的效果。

4、結(jié)語

工程中經(jīng)常遇到天然軟土地基，在軟土地基上修建擋土墻，地基承載力往往不能滿足要求，需要進(jìn)行地基處理。各種地基處理都有自己的特點(diǎn)和作用機(jī)理，也都有局限性，具體的工程地質(zhì)條件、材料來源、施工機(jī)具、施工條件和施工工期要求都不同。必須綜合考慮，通過可能采用的地基處理案進(jìn)行比較，選擇一種技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理、施工可行的方案。文中結(jié)合工程實(shí)例，重點(diǎn)對水泥土攪拌樁和換填墊層法在設(shè)計(jì)和施工方面進(jìn)行了分析對比，希望能在類似的工程方面提供一些經(jīng)驗(yàn)。

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