重力式水泥土墙在基坑支护的应用及设计
时间：2022-12-04 22:25:02 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
叶威健
以某实际工程的支护结构设计及施工情况，阐述了重力式水泥土墙在基坑支护的应用及其设计方法和原则，实践表明采用重力式水泥土墙作为基坑支护结构具有良好的经济效益和社会效益。
重力式水泥土墙是无支撑自立式挡墙，依靠形成整体的墙体自重、墙底摩阻力和墙前基坑开挖面以下土体的被动土压力稳定墙体，以满足整体稳定、抗倾覆稳定、抗滑移稳定和控制墙体变形的要求，在基坑支护结构中被广泛应用。同时，水泥土墙可兼具止水帷幕作用，而且施工简单、对周边环境影响小、造价经济，适用于基坑开挖深度不大于6m且基坑周边环境对变形要求不高的支护工程。
本文以重力式水泥土墙在广州市白云区某实际工程的应用，阐述其在基坑支护结构设计的具体方法和原则，并对重力式水泥土墙的施工工艺、质量要求及基坑监测等进行简要论述。
广州市某工程场地位于白云区江高镇教育园区内，西侧毗邻广清高速干道，南、北、东三面均临城市规划路，其中东面规划路为主要干道。基坑面积约为7067.2m2 ，周长约为340.9m，开挖深度为5.7m。基坑周边环境情况相对简单。
根据岩土勘察报告的钻孔揭露，场地内埋藏地层按自上而下的顺序依次描述如下：杂填土，松散；
粉质粘土，可塑状态为主；
粉细砂，稍密；
粗砂，稍密；
砾砂，稍密；
中风化灰岩，岩芯呈碎块状；
微风化灰岩，属较硬岩。
场地范围内地下水类型主要为孔隙水，测得地下水稳定水位为0.8～6.2米。
1. 基坑支护设计的方案选型
根据本基坑工程的开挖深度、场地地形及水文地质条件、基坑与周边环境的关系，以及考虑施工工期和控制造价等因素综合分析，本基坑支护设计方案采用格栅式水泥土墙形式。按《广东省标准建筑基坑工程技术规程》（DBJ/T 15-20-2016）的规定，本基坑工程安全等级为三级，重要系数为γ0=0.9。本基坑支护系统为临时结构，使用有效期为1年。
根据岩土勘察报告的各个钻孔及剖面揭露，并综合考虑开挖深度和周边环境情况，将本基坑划分为1个支护剖面单元。
格栅式水泥土墙采用水泥土搅拌桩，墙宽5.6m，桩径800mm，桩距600mm，排距600mm，咬合200mm。设计采取靠近基坑外侧的两排搅拌桩兼做止水帷幕，详见图1。
图1 格栅式水泥土墙1-1剖面图
2. 基坑支护设计的计算及结果
本基坑支护结构采用理正深基坑支护结构设计软件（7.0PB5）进行分析计算，采用圆弧滑动简单条分法计算整体稳定性。
根据地质勘察报告，选取地质条件最不利的地质钻孔（JK014）进行分析计算，主要土层物理力学参数详见表1。对于砂土，采用水土分算方法计算；
对于粘性土，采用水土合算方法计算。
表1 主要土层物理力学参数
（1）格栅式水泥土墙的主要计算方法和原则如下：
①水泥土墙的设计内容主要有：挡土墙的嵌固深度和墙体厚度计算；
抗滑动稳定性、抗倾覆稳定性和整体稳定性验算；
挡土墙墙身正截面承载力验算。
②主要计算参数：基坑深度5.7m，嵌固深度计算值暂取10.5m，墙顶标高-1.0m（相对场地标高），墙顶超载1个，超载值20kPa。
③水泥土墙截面参数：墙厚度5.6m，桩径800mm，桩距600mm，排距600mm，咬合200mm，水泥土弹性模量0.008×104MPa。
（2）格栅式水泥土墙的主要计算结果（具体的计算公式及参数说明详见国家标准《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2012）第6.1条的相关规定，本文不再赘述）如下：
①抗滑动稳定性验算：Ksl=1.727≥1.20， 满足规范要求。
②抗倾覆稳定性验算：Kov=1.385≥1.30， 满足规范要求。
③整体稳定性验算：Ks=1.816＞1.30， 满足规范要求。
④墙体正截面承载力验算：拉应力=-0.21＜0.15fcs=0.30，抗拉强度满足要求；
压应力=0.24＜0.15fcs=2.00，抗压强度满足要求；
剪应力=-0.01＜fcs/6=0.33，抗剪强度满足要求。
⑤嵌固深度采用值=10.50m＞嵌固构造深度系数×基坑深度=7.41m，满足构造要求。
（2）格栅式水泥土墙的计算结果分析：
①水泥土墙体的嵌固深度和宽度一般根据基坑的开挖深度、土质条件按经验规则选用，然后经基坑整体稳定性、坑底隆起稳定性、抗渗流稳定性验算等确定嵌固深度；
再由抗倾覆稳定性和抗滑动稳定性验算确定宽度。根据以上电算结果可得水泥土墙的嵌固深度及宽度满足。
②根据电算结果求得，支护结构最大位移为29.85mm，小于规范要求的支护结构水平位置控制值（60～100mm且不大于0.006H，H为基坑开挖深度），基坑外最大弯矩为617.07kN·m，基坑最大剪力为191.57kN。
（1）水泥土搅拌桩采用双轴搅拌机施工，搅拌桩搭接200，水泥掺入量宜为13%～16%，采用42.5R普通硅酸盐水泥，水灰比应控制在0.5～0.6范围内，水泥土搅拌桩要求28d无侧限抗压强度不小于0.8MPa。
（2）搅拌桩的施工按照二喷三搅的操作程序：搅拌桩机就位→钻头第一次预搅下沉→钻头第一次喷浆搅拌提升→钻头第二次搅拌下沉→钻头第二次喷浆搅拌提升→停浆→钻头第三次搅拌下沉→钻头第三次搅拌提升至孔口→停搅→移位），搭接的水泥土搅拌桩应连续施工。
（3）钻头喷浆搅拌提升速度不应大于0.8m/min，钻头搅拌下沉速度不宜大于1.0m/min，桩位偏差不得大于20mm，垂直度偏差不大于1%，并作好每次成桩的原始记录；
保证每根桩的水泥浆液喷浆量达到设计要求。
（4）成桩过程宜连续，施工中因故中断时，应将搅拌头下沉至停浆点以下0.5m，待恢复供浆时再成桩；
且中断时间不应超过3h。
（4）相邻搭接桩施工的时间间隔不应超过24h，若间歇过长，搭接质量无保证时，应采取局部补桩或注浆补强措施。
1. 质量检查与验收标准
支护施工使用的水泥、钢筋、砂和碎石等原材料和成品，应按现行有关施工验收规范和标准进行检验。水泥土搅拌桩及其它项目的质量检查及方法均按建筑基坑支护技术规程的要求进行。水泥土搅拌桩采用钻芯法检测墙身的完整性，要求开挖前或搅拌桩龄期达到28d后连续钻取全桩长范围内的桩芯，水泥土搅拌桩取样数量不少于总桩数的1.0%且不少于5根。每根桩取芯数量3点，每点3件试块。钻孔取芯完成后的空隙应及时注浆填充。其它项目的质量检查及方法按有关规定及规范要求进行。
2. 基坑监测要求
从基坑开挖至地下室完成期间，应由第三方专业监测单位对基坑进行全过程监测，具体监测内容及方案由监测单位制定后送设计单位审核。各次、各点的观测记录及时整理汇总，绘制变形曲线；
发现异常情况应及时反馈给监理、施工和设计人员；
建立完整的观测、反馈、分析、决策及应急处理体系，实行动态设计和信息化施工的原则。
3. 基坑监测主要内容
支护顶部的水平、竖向位移监测、地下水水位观测、周边地面及管线沉降监测等。
从本基坑开挖到地下室土方回填完成的整个过程中，根据第三方专业监测单位提供的监测报告数据显示，支护结构顶部水平、竖向位移变化（最大水平位移量为9.9mm）均在设计要求的限制范围内；
周围道路及管线安全，没有出现任何沉降。由此说明采用格栅式水泥土墙的支护形式，其刚度及整体稳定性良好，基坑支护结构安全、可靠，达到设计的预想目标。
本工程在前期支护方案确定时，给出采用排桩+旋喷桩的支护形式与格栅式水泥土墙支护形式作对比选型。排桩+旋喷桩支护形式采用直径1000mm、间距1200mm的旋挖桩，排桩间设置止水帷幕，采用直径600mm、间距1200mm的旋喷桩。通过两者方案对比，采用格栅式水泥土墙支护形式所需工程造价可节省约420万元（以本工程提供的概算数据对比，仅供参考），取得良好的经济效益。
水泥土墙是无支撑自立式挡墙，开挖方便，根据施工单位提供的施工进度计划表，现场通过合理安排施工机械数量、施工组织顺序等，极大地缩短施工工期，保证了整个工程顺利进行，得到建设单位的认可。
通过广州市白云区某实际工程的应用分析，在地质土层为淤泥、淤泥质土、素填土、粉土等软土，基坑开挖深度不大于6m且基坑周边环境简单的地区，通过采用重力式水泥土墙支护结构形式，可有效改善基坑边坡的稳定性，支护结构使用安全可靠，同时可以节约工程造价、缩短施工工期，具有良好的经济效益和社会效益。
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