以水泥搅拌桩作大型基坑支护结构的工程实践.doc

以水泥搅拌桩作大型基坑支护结构的工程实践摘要：本文介绍了天津经济技术开发区翠亨新村高层住宅(东区)工程基坑开挖采用水泥搅拌桩作支护结构的工程实例，着重叙述了水泥土挡墙的设计计算要点，指出：严谨的设计、严格的施工和严密的监测是确保基坑工程成功的关键。ThePracticeonLarge-scaledFoundationPitSupportwithCementMixedPilesZhenHongetalAbstract：Inthispaperthepracticeonapplicationofcementmixedpilesforsupportduringtheexcavationoffoundationpitinthehigh-risebuildingconstructionwasintroduced. ThebuildingissituatedinCuihengVillageineconomicalandtechnologicaldevelopmentareaofTianjinCity.Themainpointsindesignofcemtnt- soilretainingwallwereelaborated.Itpointsoutthatacarefuldesign,rigorousconstructionworkandstrictcontrolaretheguaranteeforthesuccessofthefoundationwork.Keywords：Cementmixedpile,foundationpit,supportingstructure一、工程概况天津经济技术开发区住宅合作社投资兴建翠亨新村(东区)高层住宅五栋，位于新城西路与泰达大街交汇处，楼高共二十四层，地下室一层，结构类型为剪力墙结构，采用钻孔灌注桩基础。该场地处于冲积海积平原上，原为盐池，后经多次填垫至现地坪。现地面标高为3.514.53m。本次岩土工程勘察最大钻探深度为80m，皆为第四系全新统和上更新统沉积物，按其形成年代、成因类型及物质组成特征，共划为九个工程地质层。土层物理力学指标统计平均值详见表1。表1 土层物理力学指标统计平均值层号土层名称土层厚度(m)含水量w(%)容重（KNm3）孔隙比e压缩指数a1-2（1MPa）内聚力c（KPa）内摩擦角（）1杂填土0.52粘土1.532.119.10.890.56021.57.93淤泥质粘土1347.817.71.301.00013.65.44粉土1.218.621.10.520.13015.328.65粉质粘土1.224.520.30.660.22022.218.66粉土2.520.820.60.580.12014.729.57粉砂1019.420.30.580.09010.630.58粉土1.333.319.10.910.36054.012.29粘土2.535.718.71.000.42049.812.1通过钻探土质鉴别及室内土工试验成果分析，埋深在17.0m以上的地基上结构以海绵状结构为主，表现为含水量高、容重小、强度低及压缩性高等欠固结土特征。17.031.0m地基土结构多为单粒结构为主、含水量低、容重大、强度为中等及低压缩性的超固结上。31.0m以下地基土结构多为蜂窝状结构及单粒结构，含水量低、容重大、强度高，为中低压缩性正常固结土及超固结土。该场地表层粘土层很薄，对基坑支护影响最大的为厚13m的淤泥质土层。该场地地下水属潜水及潜水微承压水类型。地下水位埋深在121140m之间，水位标高2.39m。该场地地下水属ClNaK型，PH值722为中性水，矿化度为82148mgL，水中SO24含量为3122mgL，对混凝土具有中等腐蚀性(中等结晶侵蚀性)，对金属具有强侵蚀性。根据室内渗透试验分析，该场地10.0m浅层土皆为弱透水性。二、基坑开挖支护方案选择拟建建筑物开挖深度为5.50m左右，根据场地工程地质及水文地质条件可以考虑的支护方案大体有三种。第一种为无支护放坡大开挖方案。但在开发区超软地基中，表层有13m厚的淤泥质土层，含水量在50%左右，强度很低，是欠固结土层，不采用支护而开挖5m深坑，实际是很难施工的。由于无支护大开挖将会影响周围邻近建筑物，道路及各种管道会变形，因而此方案是不可取的，也是很难实现的。第二种方案是采用钻孔灌注支护排桩，桩顶设置帽梁，并设内支撑。此方案从技术上是可行的，但结合开发区超软地基的特点，地表下17m范围内主要为淤泥质土层，支护桩长度一般要穿过此层，所以桩长要大于17m，再加上钢筋混凝土帽梁及内支撑，因而造价是高的，对于5.5m深基坑明显是不经济的。第三种方案是采用水泥搅拌桩格构状重力式挡墙。此方案结合开发区土层及开挖深度为5.5m的条件，从技术经济条件分析是比较合理的。重力式挡墙要满足稳定性、强度及变形要求，经多次试算，各项指标基本上能达到设计要求，因而确定为终选方案。三、水泥搅拌桩挡墙的设计计算为确保基坑支护结构的安全可靠，必须进行全面、完整、严谨的设计计算。本文总结了一整套水泥搅拌桩挡墙的设计计算要点，其中主要包括：桩体截面的选择、稳定性验算、墙体强度验算以及变形估算等内容，并据此进行了该工程的设计计算。3.1墙体截面的选择根据土质条件和基坑开挖深度H，先确定搅拌桩插入基坑底深度D。按照天津沿海地区的施工经验，一般要求D/H1112，且宜插到不透水层，以阻止地下水的渗流。墙体宽度B一般可取B/H0810，且不宜小于0.6。本工程墙厚3.2m系考虑采用了3排密排双头钻机并相互咬合而得。由此我们得到的墙体剖面图见图1，排桩图见图2。图1墙体剖面图 图2排桩图3.2稳定性验算用改进的简单条分法进行验算，计算结果显示最小安全系数K01587。用比肖普法进行验算，计算结果显示最小安全系数K01685。提示：最小安全系数大于1.21.3，即可认为整体稳定性安全。若选用的土质参数是快剪指标，那么当最小安全系数大于1.1时，即可认为整体稳定性安全。用不同方法进行的基坑抗隆起稳定性验算结果见表2。基坑抗隆起稳定性验算结果表2方法名称安全系数计算结果安全系数最低限值是否满足安全要求Terzaghi-Peck2.1231.5满足Tschebotarioff1.9141.5满足NavfacDM-7(1971)1.7791.5满足用传统的重力式挡土墙方法进行墙体抗滑移稳定性验算，计算结果显示抗滑移安全系数Ks13513，满足抗滑移安全需要。用传统的重力式挡土墙方法进行墙体抗倾覆稳定性验算，计算结果显示抗倾覆安全系数Kt165415，满足抗倾覆安全需要。墙底地基承载力验算，计算结果显示：地基承载力设计值fb215719kPa，墙底平均压应力p20011kPa，墙底最大压应力pmax233311kPa，墙底最小压应力pmm176909kPa。由于pfb，pmax12fb且pmin0，因此满足地基承载力安全需要。基坑的抗管涌稳定性验算，计算结果显示抗管涌安全系数Kp494620，满足抗管涌安全需要。3.3墙身强度验算用弹性抗力法计算，结果显示墙身压应力最大值cmax200659kPac400kPa满足墙身抗压强度要求。用弹性抗力法计算，结果显示墙身拉应力最大值lmax000kPal160kPa，满足墙身抗拉强度要求。用弹性抗力法计算，结果显示墙身剪应力最大值max3108kPa343393kPa满足墙身抗剪强度要求。3.4变形估算用弹性抗力法计算墙体位移，结果显示墙体顶端位移4.13cm，基坑底部墙体位移2.51cm，墙体底端位移021cm。具体分布形式见图3。图3墙体位移图假定地表沉降曲线为三角形，计算结果显示基坑周围地表最大沉降量为3.95cm。假定地表沉降曲线为抛物线，计算结果显示地表最大沉降量为2.57cm。四、主要技术措施保证水泥土各种参数。水泥掺入比为15%，水灰比为0.45，外加剂：木质素磺酸钙0.2%，三乙醇胺0.05%。根据勘探报告，地下水具有侵蚀性，SO24浓度高，具有结晶性侵蚀，水泥品种应该采用抗硫酸盐水泥品种，但支护结构为临时性结构，对长期耐久性要求可以放松，因而选用425普通硅酸盐水泥，以节省造价。但要求水泥土28天无侧限抗压强度qu08MPa。土方开挖前至少15天开始降水，水位降至基坑底面以下1米，降水井采用无砂大口井。保证土方均匀开挖，严防开挖机构及车辆直接压在搅拌桩上，防止搅拌桩体破坏。另外施工单位采取必要的临时性措施，在挖土过程中对工程桩加以保护。表层土卸土厚度及范围要严格按施工图纸进行。关于格构状水泥搅拌桩挡墙顶面，按要求应设置20cm厚的钢筋混凝土盖板，但业主要求希望不设置盖板以节省造价。设计方认为如果在非雨季开挖，可以不设，但地表水不要侵入，考虑适当的临时措施；如果在雨季施工，还应设置盖板，视具体情况再定。为防止支护结构变形对周围建筑、道路及管线的影响，要采用信息施工，加强观测，发现问题及时会同有关单位采取措施解决。五、结束语该基坑工程在地质条件与周围环境较差的情况下，采用水泥搅拌桩支护结构方案，达到了预期的目的，为建设单位减少投资与工程早日完成投入使用创造了条件。由于全面和严谨的设计，因此基坑支护系统始终安全可靠，并且预先估算结果与实测基本吻合。如墙顶位移计算结果为4.13cm，实测结果为4.5cm，二者相当接近。各专业施工单位紧密配合，严格控制施工质量，因此该工程的水泥拌桩之间连接紧密，墙体无渗水与开裂，基坑无积水。基坑开挖后察看桩体挺直，土与水泥搅拌合均匀，强度很好，保证