水泥搅拌桩在高层建筑基坑支护中的应用探讨

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　　摘要：本文结合实例，就水泥搅拌桩在高层建筑基坑支护中的应用进行了分析,并提出了严谨的设计、严格的施工和严密的监测是确保基坑工程成功的关键,以供同仁参考。
　　关键词：深基坑，水泥搅拌桩，支护结构
　　
　　1工程概况
　　拟建某大厦高共十八层，地下室一层，结构类型为剪力墙结构，采用钻孔灌注桩基础。该场地面标高为3.51～4.53m。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。17.0～31.0m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。该场地地下水位埋深在1.21～1.40m之间，水位标高2.39m。根据室内渗透试验分析，该场地10.0m浅层土皆为弱透水性。
　　
　　2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。
　　（1）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。
　　（2）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。
　　（3）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。
　　
　　3排桩结构配筋如下
　　分别按最大正负弯矩计算配筋，取钢筋面积的最大值并满足0.2％的最小配筋率。
　　钢筋面积为6312mm2,钢筋根数为17。实配钢筋为根数20根直径22mm2级钢筋。
　　
　　4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。
　　4.1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。按以往施工经验，一般要求D/H≥1.1～1.2，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/H＝0.8～1.0，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
　　4.2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K0＝1.587。用比肖普法进行验算，计算结果显示最小安全系数K0＝1.685。
　　提示：最小安全系数大于1.2～1.3，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1。
　　基坑抗隆起稳定性验算结果表1

　　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Ks＝1.35＞1.3，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Kt＝1.654＞1.5，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fb＝215.719kPa，墙底平均压应力p＝200.11kPa，墙底最大压应力pmax＝233.311kPa，墙底最小压应力pmm＝176.909kPa。由于p＜fb，pmax＜1.2fb且pmin＞0，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Kp＝4.946＞2.0，满足抗管涌安全需要。
　　4.3墙身强度验算
　　（1）用弹性抗力法计算，结果显示墙身压应力最大值σcmax＝200.659kPa＜［σc］＝400kPa，满足墙身抗压强度要求。
　　（2）用弹性抗力法计算，结果显示墙身拉应力最大值σlmax＝0.00kPa＜［σl］＝160kPa，满足墙身抗拉强度要求。
　　（3）用弹性抗力法计算，结果显示墙身剪应力最大值τmax＝31.08kPa＜［τ］＝343.393kPa，满足墙身抗剪强度要求。
　　4.4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－0.21cm。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。
　　
　　5主要技术措施
　　（1）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，SO2－4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qu＞0．8MPa。[!--empirenews.page--]
　　（2）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。
　　（3）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，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，视具体情况而定。
　　（4）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。
　　
　　6结语
　　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。