西安市政设计研究院有限公司 陕西省西安市 710068
摘要：深层搅拌法不仅在我国各软土地区工业与民用建筑地基加固中得到广泛应用, 近几年来,随着高层建筑的不断增加, 深基坑支护也越来越多。水泥深层搅拌桩支护结构以其造价低、效果好、设备简单、工期短等优点故在支护桥梁工程中得到广泛的应用。
关键词：水泥土挡墙；桥梁；基坑支护
水泥土挡墙是采用深层搅拌桩或高压旋喷等特殊的施工工艺在地面以下就地把土与水泥或水泥浆强行搅拌, 形成柱状的加固体, 并采用连续施工的搭接方法, 把柱状加固体组成墙体而形成的复合支挡结构。它一般适用于各种软土及粘性土, 但对于含有伊利石、氯化物和水铝英石等矿物的粘性土以及有机质含量高、酸碱度(PH 值)较低的粘性土效果较差。其优点主要有:墙体具有较好的防渗性能；水泥土挡墙为直立式结构, 不需加支撑, 方便开挖；造价较低。在桥梁工程的基坑支护中运用。在深厚软土地基或地下水位较高, 渗水影响较大地区开挖基坑, 水泥土挡墙是一种值得考虑的基坑支护形式。
一、水泥土挡墙的适用范围
1、按常规计算应用的范围。由于水泥土挡墙按重力式挡墙计算, 其支护深度是很有限的, 根据水泥土挡墙设计的一般原则进行试算, 一般来说。当被支护土层C >12Kpa ,φ >12时, 才有可能在降水的情况下采用水泥土挡墙支护5m 深的基坑。当C、φ值都较小时, 由于土层能提供的被动土压力较小, 所以即使挡墙厚度很大、深度很深, 也难满足验算要求。从大量工程实例来看, 一般支护深度都是5m 左右, 挡墙厚常达3m 之多, 而开挖后位移量往往较大。由此可见, 水泥土挡墙按常规设计应用的局限性很大。
2、扩大应用范围的措施。扩大水泥土挡墙在软土地区的应用范围,使挡墙倾覆和滑动稳定性验算均满足要求, 可以通过两个途径, 即减小主动土压力或增大被动土压力。在主动土压力区打设止滑深层搅拌桩或采取施工降水, 均可以减少主动土压力。但是如果主动土压力区有建筑物时, 则不容许降水, 也无法打设止滑桩。因此, 减少主动土压力的措施一般难以实现。对被动土压力区进行深层搅拌加固, 提高被动土压力区土层的C、φ值, 可以增大被动土压力。当采用壁状加固形式, 也就是在与挡墙垂直的方向打设一排排的搅拌桩, 则可有效抵挡水泥土挡墙的倾覆滑动。从而可使水泥土挡墙在C、φ值较小的土层中得到应用。
二、工程概况
该桥梁工程某基础采用4 根直径2.0m 钻孔灌注桩, 承台为长9.5m、宽9.5m、厚2.8m 的钢筋混凝土结构, 承台下设10cm 厚素混凝土垫层。原地面标高为1. 9m, 承台设计顶标高为1.5m, 底标高为4.3m, 垫层底标高为4.4m。基坑长10.5m, 宽10.5m, 开挖深度为6.3m。
1、工程地质条件。桥位处地貌单元主要为残积台地与滨海堆积滩涂过渡带地貌和滨海滩涂地貌。根据钻探资料, 本基础位置地层单元,自上而下分层为:①填土:饱和, 主要为软塑状粘性土组成的素填土, 厚度约1.6m；②淤泥质土:饱和, 软塑状态, 厚度约4.1m；③粘土及亚粘土:饱和, 一般呈可塑硬塑状态, 厚度约4. 5m；④残积砾质粘性土:稍湿, 可塑硬塑状态, 粗砾砂质结构, 厚度约7. 8m；⑤全风化花岗岩、⑥强风化花岗岩、⑦弱风化花岗岩、⑧微风化花岗岩等
2、地下水。本工程地下水可分为松散层孔隙水、风化带网状孔隙水、基岩裂隙水。松散层孔隙水赋存于填土中, 属于上层滞水,其水源主要受大气降水补给。淤泥及粘土层的透水性及富水性差, 为相对隔水层。风化带网状孔隙水主要由残积层风化岩中赋存的地下水构成, 以承压水类型为主。该类型含水层属弱透水层, 富水性差。
3、挡墙厚度
墙厚按下式计算:
式中:γ0 -重要性系数, 本工程取γ0 =1；Eai -水泥土墙底以上基坑外侧水平荷载标准值合力之和；ha -合力?Ea i作用点至水泥土墙底的距离；Epj -水泥土墙底以上基坑内侧水平抗力标准值之和；hp -合力Ep j作用点至水泥土墙底的距离；γc s -水泥土墙体平均重度；主动土压力强度ea 、被动土压力强度ep 按下式计算:ea =γztan2 (45°- φ/2) - 2c tan(45°- φ/2)ep =γz tan2(45°+φ /2)+2ctan(45°+φ /2)式中:γ-墙后填土重度；c -填土的粘聚力；φ- 填土的内摩擦角；z -计算点离填土面深度。主动土压力强度、被动土压力强度计算结果如图所示。经计算, b≥ 2. 94m, 取b =3.7m。
4、挡墙抗倾覆验算
挡墙抗倾覆验算按以下公式计算:
5、水泥土挡墙方案
水泥土挡墙采用直径为700mm 水泥土桩, 相邻两桩搭接宽度200 mm, 桩长为9.3m, 墙宽3.7m, 采用格栅状布置, 置换率为0.73。水泥采用32.5R 普通硅酸盐水泥, 参入比为15%, 水灰比为0.55:1, 参入水泥用量的2%氯化钙作为早强剂, 强度最低的淤泥质土其14天无侧限抗压强度qu, 14d≥1.06M Pa, 选定14天为设计开挖龄期。
6、水泥土挡墙施工
（1）施工工艺。定位。桩机走移至桩位, 对中, 并从两个互为90度的方向调整钻塔, 其垂直度偏差<1. 5%。预搅下沉。待搅拌机的冷却水循环正常后, 启动搅拌机电机, 放松起重机钢丝绳, 使搅拌机沿导向架搅拌切土下沉, 下沉的速度可由电机的电流监测表控制。工作电流不应大于70A。如果下沉速度太慢, 可从输浆系统补给清水以利钻进。制备水泥浆。待搅拌机下沉到一定深度时, 即开始按设计确定的配合比拌制水泥浆, 待压浆前将水泥浆倒入集料斗中。提升喷浆搅拌。搅拌机下沉到达设计深度后, 开启灰浆泵将水泥浆压入地基中, 边喷浆边旋转, 同时严格按照设计的提升速度提升搅拌机。重复上、下搅拌。搅拌机提升至设计加固深度的顶面标高时, 集料斗中的水泥浆应正好排空。为使软土和水泥浆搅拌均匀, 可再次将搅拌机边旋转边深入土中, 至设计加固深度后再将搅拌机提升出地面。移位。重复以上步骤, 再进行下一根桩的施工。
（2）施工注意事项。施工现场应予平整, 必须清除地上和地下一切障碍物。开机前必须调试, 检查桩机运转和输料管畅通情况。搅拌桩的垂直偏差不得超过1%, 桩位布置偏差不得大于50mm, 桩径偏差不得大于4%。施工前应确定搅拌机械的灰浆泵输浆量、灰浆经输浆管到达搅拌机喷浆口的时间和起吊设备提升速度等施工参数, 并根据成桩试验, 确定搅拌桩的配比等各项参数和施工工艺。用流量泵控制输浆速度, 使注浆泵出口压力保持在0.4～0. 6MPa, 并使搅拌提升速度与输浆速度同步。制备好的浆液不得离析, 泵送必须连续。拌制浆液的罐数、固化剂和外掺剂的用量以及泵送浆液的时间等应有专人记录。为保证桩端施工质量, 当浆液达到出浆口后, 应喷浆座底30s, 使浆液完全到达桩端。当喷浆口到达桩顶标高时,停止提升, 搅拌数秒, 以保证桩头的均匀密实。施工时因故停浆, 宜将搅拌机下沉至停浆点以下0. 5m, 待恢复供浆时再喷浆提升, 若停机超过3h, 为防止浆液硬结堵管, 宜先拆卸输浆管路, 妥为清洗。桩与桩的搭接时间不应大于24h, 如应特殊原因超过时间, 应对最后一根桩先进行空钻留出榫头以待下一批桩搭接, 如因间歇时间太长与第二根无法搭接时, 采取局部补桩或注浆措施。
（3）施工效果。基坑开挖后检验, 搅拌桩排列整齐, 衔接严密, 坑内干燥,证明水泥土挡墙基坑支护效果较好。
水泥土挡墙由于是利用原地基软土就地搅拌混合, 施工时无振动、无噪音、无污染, 对周围建筑影响很小, 且具有抗渗的特点, 对于软土地基、渗水严重地基及对周围建筑需保护的桥梁基坑是一种很好的支护形式。特别是随着型钢水泥土复合搅拌桩支护结构技术的推广及应用成熟, 它在桥梁基坑支护中也将被广泛运用。
参考文献：
[1]张惠忠，刘明建.基坑桥梁工程水泥深层搅拌桩支护基抗的设计施工[J].岩土工程学报，2012，27（8）：47.
[2]叶淑君，薛禹群.某沉降模型中桥梁工程土层变形特征研究[J].岩土工程学报，2015，27（2）：17.
[3]吴兴龙，朱碧堂.桥梁工程深基坑开挖坑周土体变形时空效应初探[J].土工基础，2012，13（3）：5－8.
[4]覃海婴，杨晓贞.桥梁工程卸载扰动与土流变特性的基坑性状的分析[J].福州大学学报（自然科学版），2012，29（1）：82.
论文作者:刘育新
论文发表刊物:《防护工程》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/1
标签：挡墙论文; 水泥论文; 基坑论文; 搅拌机论文; 水泥浆论文; 压力论文; 标高论文; 《防护工程》2018年第35期论文;