重力式水泥土墻在基坑支護的應用及設(shè)計

葉威健

以某實際工程的支護結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工情況，闡述了重力式水泥土墻在基坑支護的應用及其設(shè)計方法和原則，實踐表明采用重力式水泥土墻作為基坑支護結(jié)構(gòu)具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

重力式水泥土墻是無支撐自立式擋墻，依靠形成整體的墻體自重、墻底摩阻力和墻前基坑開挖面以下土體的被動土壓力穩(wěn)定墻體，以滿足整體穩(wěn)定、抗傾覆穩(wěn)定、抗滑移穩(wěn)定和控制墻體變形的要求，在基坑支護結(jié)構(gòu)中被廣泛應用。同時，水泥土墻可兼具止水帷幕作用，而且施工簡單、對周邊環(huán)境影響小、造價經(jīng)濟，適用于基坑開挖深度不大于6m且基坑周邊環(huán)境對變形要求不高的支護工程。

本文以重力式水泥土墻在廣州市白云區(qū)某實際工程的應用，闡述其在基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體方法和原則，并對重力式水泥土墻的施工工藝、質(zhì)量要求及基坑監(jiān)測等進行簡要論述。

一、工程概況

廣州市某工程場地位于白云區(qū)江高鎮(zhèn)教育園區(qū)內(nèi)，西側(cè)毗鄰廣清高速干道，南、北、東三面均臨城市規(guī)劃路，其中東面規(guī)劃路為主要干道。基坑面積約為7067.2m2 ，周長約為340.9m，開挖深度為5.7m。基坑周邊環(huán)境情況相對簡單。

根據(jù)巖土勘察報告的鉆孔揭露，場地內(nèi)埋藏地層按自上而下的順序依次描述如下：雜填土，松散；粉質(zhì)粘土，可塑狀態(tài)為主；粉細砂，稍密；粗砂，稍密；礫砂，稍密；中風化灰?guī)r，巖芯呈碎塊狀；微風化灰?guī)r，屬較硬巖。

場地范圍內(nèi)地下水類型主要為孔隙水，測得地下水穩(wěn)定水位為0.8～6.2米。

二、基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計

1. 基坑支護設(shè)計的方案選型

根據(jù)本基坑工程的開挖深度、場地地形及水文地質(zhì)條件、基坑與周邊環(huán)境的關(guān)系，以及考慮施工工期和控制造價等因素綜合分析，本基坑支護設(shè)計方案采用格柵式水泥土墻形式。按《廣東省標準建筑基坑工程技術(shù)規(guī)程》（DBJ/T 15-20-2016）的規(guī)定，本基坑工程安全等級為三級，重要系數(shù)為γ0=0.9。本基坑支護系統(tǒng)為臨時結(jié)構(gòu)，使用有效期為1年。

根據(jù)巖土勘察報告的各個鉆孔及剖面揭露，并綜合考慮開挖深度和周邊環(huán)境情況，將本基坑劃分為1個支護剖面單元。

格柵式水泥土墻采用水泥土攪拌樁，墻寬5.6m，樁徑800mm，樁距600mm，排距600mm，咬合200mm。設(shè)計采取靠近基坑外側(cè)的兩排攪拌樁兼做止水帷幕，詳見圖1。

圖1 格柵式水泥土墻1-1剖面圖

2. 基坑支護設(shè)計的計算及結(jié)果

本基坑支護結(jié)構(gòu)采用理正深基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件（7.0PB5）進行分析計算，采用圓弧滑動簡單條分法計算整體穩(wěn)定性。

根據(jù)地質(zhì)勘察報告，選取地質(zhì)條件最不利的地質(zhì)鉆孔（JK014）進行分析計算，主要土層物理力學參數(shù)詳見表1。對于砂土，采用水土分算方法計算；對于粘性土，采用水土合算方法計算。

表1 主要土層物理力學參數(shù)

（1）格柵式水泥土墻的主要計算方法和原則如下：

①水泥土墻的設(shè)計內(nèi)容主要有：擋土墻的嵌固深度和墻體厚度計算；抗滑動穩(wěn)定性、抗傾覆穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性驗算；擋土墻墻身正截面承載力驗算。

②主要計算參數(shù)：基坑深度5.7m，嵌固深度計算值暫取10.5m，墻頂標高-1.0m（相對場地標高），墻頂超載1個，超載值20kPa。

③水泥土墻截面參數(shù)：墻厚度5.6m，樁徑800mm，樁距600mm，排距600mm，咬合200mm，水泥土彈性模量0.008×104MPa。

（2）格柵式水泥土墻的主要計算結(jié)果（具體的計算公式及參數(shù)說明詳見國家標準《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》（JGJ 120-2012）第6.1條的相關(guān)規(guī)定，本文不再贅述）如下：

①抗滑動穩(wěn)定性驗算：Ksl=1.727≥1.20， 滿足規(guī)范要求。

②抗傾覆穩(wěn)定性驗算：Kov=1.385≥1.30， 滿足規(guī)范要求。

③整體穩(wěn)定性驗算：Ks=1.816＞1.30， 滿足規(guī)范要求。

④墻體正截面承載力驗算：拉應力=-0.21＜0.15fcs=0.30，抗拉強度滿足要求；壓應力=0.24＜0.15fcs=2.00，抗壓強度滿足要求；剪應力=-0.01＜fcs/6=0.33，抗剪強度滿足要求。

⑤嵌固深度采用值=10.50m＞嵌固構(gòu)造深度系數(shù)×基坑深度=7.41m，滿足構(gòu)造要求。

（2）格柵式水泥土墻的計算結(jié)果分析：

①水泥土墻體的嵌固深度和寬度一般根據(jù)基坑的開挖深度、土質(zhì)條件按經(jīng)驗規(guī)則選用，然后經(jīng)基坑整體穩(wěn)定性、坑底隆起穩(wěn)定性、抗?jié)B流穩(wěn)定性驗算等確定嵌固深度；再由抗傾覆穩(wěn)定性和抗滑動穩(wěn)定性驗算確定寬度。根據(jù)以上電算結(jié)果可得水泥土墻的嵌固深度及寬度滿足。

②根據(jù)電算結(jié)果求得，支護結(jié)構(gòu)最大位移為29.85mm，小于規(guī)范要求的支護結(jié)構(gòu)水平位置控制值（60～100mm且不大于0.006H，H為基坑開挖深度），基坑外最大彎矩為617.07kN·m，基坑最大剪力為191.57kN。

四、基坑支護結(jié)構(gòu)的施工工藝及注意事項

（1）水泥土攪拌樁采用雙軸攪拌機施工，攪拌樁搭接200，水泥摻入量宜為13%～16%，采用42.5R普通硅酸鹽水泥，水灰比應控制在0.5～0.6范圍內(nèi)，水泥土攪拌樁要求28d無側(cè)限抗壓強度不小于0.8MPa。

（2）攪拌樁的施工按照二噴三攪的操作程序：攪拌樁機就位→鉆頭第一次預攪下沉→鉆頭第一次噴漿攪拌提升→鉆頭第二次攪拌下沉→鉆頭第二次噴漿攪拌提升→停漿→鉆頭第三次攪拌下沉→鉆頭第三次攪拌提升至孔口→停攪→移位），搭接的水泥土攪拌樁應連續(xù)施工。

（3）鉆頭噴漿攪拌提升速度不應大于0.8m/min，鉆頭攪拌下沉速度不宜大于1.0m/min，樁位偏差不得大于20mm，垂直度偏差不大于1%，并作好每次成樁的原始記錄；保證每根樁的水泥漿液噴漿量達到設(shè)計要求。

（4）成樁過程宜連續(xù)，施工中因故中斷時，應將攪拌頭下沉至停漿點以下0.5m，待恢復供漿時再成樁；且中斷時間不應超過3h。

（4）相鄰搭接樁施工的時間間隔不應超過24h，若間歇過長，搭接質(zhì)量無保證時，應采取局部補樁或注漿補強措施。

五、基坑支護結(jié)構(gòu)的質(zhì)量驗收標準及基坑監(jiān)測

1. 質(zhì)量檢查與驗收標準

支護施工使用的水泥、鋼筋、砂和碎石等原材料和成品，應按現(xiàn)行有關(guān)施工驗收規(guī)范和標準進行檢驗。水泥土攪拌樁及其它項目的質(zhì)量檢查及方法均按建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程的要求進行。水泥土攪拌樁采用鉆芯法檢測墻身的完整性，要求開挖前或攪拌樁齡期達到28d后連續(xù)鉆取全樁長范圍內(nèi)的樁芯，水泥土攪拌樁取樣數(shù)量不少于總樁數(shù)的1.0%且不少于5根。每根樁取芯數(shù)量3點，每點3件試塊。鉆孔取芯完成后的空隙應及時注漿填充。其它項目的質(zhì)量檢查及方法按有關(guān)規(guī)定及規(guī)范要求進行。

2. 基坑監(jiān)測要求

從基坑開挖至地下室完成期間，應由第三方專業(yè)監(jiān)測單位對基坑進行全過程監(jiān)測，具體監(jiān)測內(nèi)容及方案由監(jiān)測單位制定后送設(shè)計單位審核。各次、各點的觀測記錄及時整理匯總，繪制變形曲線；發(fā)現(xiàn)異常情況應及時反饋給監(jiān)理、施工和設(shè)計人員；建立完整的觀測、反饋、分析、決策及應急處理體系，實行動態(tài)設(shè)計和信息化施工的原則。

3. 基坑監(jiān)測主要內(nèi)容

支護頂部的水平、豎向位移監(jiān)測、地下水水位觀測、周邊地面及管線沉降監(jiān)測等。

六、基坑支護結(jié)構(gòu)的效果及效益

從本基坑開挖到地下室土方回填完成的整個過程中，根據(jù)第三方專業(yè)監(jiān)測單位提供的監(jiān)測報告數(shù)據(jù)顯示，支護結(jié)構(gòu)頂部水平、豎向位移變化（最大水平位移量為9.9mm）均在設(shè)計要求的限制范圍內(nèi)；周圍道路及管線安全，沒有出現(xiàn)任何沉降。由此說明采用格柵式水泥土墻的支護形式，其剛度及整體穩(wěn)定性良好，基坑支護結(jié)構(gòu)安全、可靠，達到設(shè)計的預想目標。

本工程在前期支護方案確定時，給出采用排樁+旋噴樁的支護形式與格柵式水泥土墻支護形式作對比選型。排樁+旋噴樁支護形式采用直徑1000mm、間距1200mm的旋挖樁，排樁間設(shè)置止水帷幕，采用直徑600mm、間距1200mm的旋噴樁。通過兩者方案對比，采用格柵式水泥土墻支護形式所需工程造價可節(jié)省約420萬元（以本工程提供的概算數(shù)據(jù)對比，僅供參考），取得良好的經(jīng)濟效益。

水泥土墻是無支撐自立式擋墻，開挖方便，根據(jù)施工單位提供的施工進度計劃表，現(xiàn)場通過合理安排施工機械數(shù)量、施工組織順序等，極大地縮短施工工期，保證了整個工程順利進行，得到建設(shè)單位的認可。

七、結(jié)語

通過廣州市白云區(qū)某實際工程的應用分析，在地質(zhì)土層為淤泥、淤泥質(zhì)土、素填土、粉土等軟土，基坑開挖深度不大于6m且基坑周邊環(huán)境簡單的地區(qū)，通過采用重力式水泥土墻支護結(jié)構(gòu)形式，可有效改善基坑邊坡的穩(wěn)定性，支護結(jié)構(gòu)使用安全可靠，同時可以節(jié)約工程造價、縮短施工工期，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。