淺析加筋水泥土攪拌樁在軟土基坑的應(yīng)用

胡 漢 平

(山西冶金巖土工程勘察有限公司第四分公司，山西 臨汾 041000)

1 工程概況和周邊環(huán)境

該工程位于天津市××經(jīng)濟區(qū)內(nèi)，主要擬建建筑物有辦公樓、門衛(wèi)室，其中辦公樓擬采用框架結(jié)構(gòu)，地上9層，地下1層(主要功能是車庫)?；娱L約104 m，寬約33 m，基坑深度4.9 m，±0=4.4 m，地面平均標(biāo)高3.0 m(-1.4 m)?；?xùn)|側(cè)、西側(cè)、南側(cè)均為市政道路，北側(cè)有一河道通過，距基坑較近(11.68 m～13.50 m)。工程總平面圖見圖1。

2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)條件

場地地處華北平原，屬沖積、海積平原。據(jù)了解，擬建場地原為耕地，經(jīng)濟區(qū)建設(shè)時經(jīng)平整后荒廢，場地地勢較平坦，標(biāo)高介于3.00 m～2.84 m之間。

根據(jù)巖土工程勘察資料，基坑深度影響范圍內(nèi)場地地層條件自上而下分布如下：

1)人工填土層(Qml)。

全場地均有分布，厚度 0.80 m～0.90 m，底板標(biāo)高為2.20 m～1.94 m，主要由①2素填土組成，呈褐色，可塑狀態(tài)，粉質(zhì)粘土質(zhì)，含植物根，屬中壓縮性土。人工填土填墊年限大于10年。

厚度 1.70 m～2.00 m，頂板標(biāo)高為2.20 m～1.94 m，主要由④1粘土組成，呈灰黃色，軟塑～可塑狀態(tài)，無層理，含鐵質(zhì)，屬高壓縮性土。本層土水平方向上土質(zhì)較均勻，分布較穩(wěn)定。

厚度 12.20 m～12.40 m，頂板標(biāo)高為 0.30 m～0.15 m，該層從上而下可分為 2 個亞層。

第一亞層，⑥2淤泥質(zhì)粘土：厚度一般為 7.00 m～7.30 m，呈灰色，流塑狀態(tài)，無層理，含貝殼，屬高壓縮性土。局部夾流塑狀態(tài)粉質(zhì)粘土、粘土透鏡體。

第二亞層，⑥4粉質(zhì)粘土：厚度一般為 5.00 m～5.30 m，呈灰色，軟塑狀態(tài)，有層理，含貝殼，屬中壓縮性土。局部夾粘土透鏡體。

本層土水平方向上土質(zhì)較均勻，分布尚穩(wěn)定。

厚度 1.70 m～2.30 m，頂板標(biāo)高為-12.00 m～-12.16 m，主要由⑦粉質(zhì)粘土組成，呈黑灰～淺灰色，可塑狀態(tài)，無層理，含有機質(zhì)、腐植物，屬中壓縮性土。

本層土水平方向上土質(zhì)較均勻，分布較穩(wěn)定。

厚度 4.00 m～4.80 m，頂板標(biāo)高為-13.75 m～-14.30 m，主要由⑧2粉土組成，呈灰黃色，密實狀態(tài)，無層理，含鐵質(zhì)，屬中(偏低)壓縮性土。 本層土水平方向上土質(zhì)較均勻，分布較穩(wěn)定。

2.2 水文地質(zhì)條件

勘察期間測得場地地下潛水水位如下：初見水位埋深2.80 m～2.90 m，相當(dāng)于標(biāo)高0.15 m～0.04 m；靜止水位埋深2.30 m～2.50 m，相當(dāng)于標(biāo)高 0.55 m～0.46 m。表層地下水屬潛水類型，主要由大氣降水補給，以蒸發(fā)形式排泄，水位隨季節(jié)有所變化。一般年變幅在 0.50 m～1.00 m 左右。

2.3 基坑深度范圍內(nèi)各層土的物理力學(xué)指標(biāo)

基坑深度范圍內(nèi)各層土的物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 巖土物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計表

上述各層土的物理力學(xué)指標(biāo)依據(jù)巖土勘察報告，取平均值，結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗值。

3 支護方案選擇與確認(rèn)

本基坑工程為軟土基坑，支護方案在設(shè)計過程中考慮三種支護結(jié)構(gòu)：1)地下連續(xù)墻，支護與截水二合一，基坑內(nèi)管井降水，安全可靠，在當(dāng)?shù)爻Ｓ?，造價高；2)支護樁(懸臂樁)，地下水控制采用在支護樁之間設(shè)置高壓旋噴樁，與支護樁一起形成截水帷幕，基坑內(nèi)布設(shè)管井降水，安全可靠，在當(dāng)?shù)爻Ｒ?，較為經(jīng)濟；3)采用內(nèi)放坡+加筋水泥土攪拌樁+微型鋼管樁支護結(jié)構(gòu)，加筋水泥土攪拌樁一方面作為截水帷幕，控制地下水，另一方面起超前支護作用，基坑內(nèi)布設(shè)管井降水，該方案經(jīng)濟，在當(dāng)?shù)匚匆?，具有一定的安全風(fēng)險。

三種支護方案上報業(yè)主后，業(yè)主邀請相關(guān)專家進行了經(jīng)濟與安全比對，認(rèn)為前兩種支護結(jié)構(gòu)即地下連續(xù)墻與支護樁造價過高，不予采取，第三種支護結(jié)構(gòu)內(nèi)放坡+加筋水泥土攪拌樁+微型鋼管樁在造價方面明顯占有很大的優(yōu)勢，極為經(jīng)濟，可比前兩種支護結(jié)構(gòu)節(jié)省造價達百萬元，雖有一定的安全風(fēng)險，但安全可控(基坑深度較淺，基坑周邊無重要的構(gòu)筑物)。

對于三種支護方案，單位亦進行了多次方案可行性討論，認(rèn)為采取內(nèi)放坡+加筋水泥土攪拌樁+微型鋼管樁支護方案可行，雖有一定的安全風(fēng)險，但完全可控，否則不具備競爭優(yōu)勢，將被淘汰出局。

4 支護方案整體思路及支護剖面圖

4.1 支護方案整體思路

依據(jù)基坑深度、地質(zhì)條件及周邊環(huán)境，本基坑為軟土基坑，基坑安全等級為二級，選用內(nèi)放坡+加筋水泥土攪拌樁+微型鋼管樁支護結(jié)構(gòu)，坡面進行鋼板網(wǎng)噴射混凝土防護，劃分為兩個剖面，其中1—1剖面(基坑?xùn)|側(cè)、北側(cè))按1∶0.75放坡開挖，2—2剖面(基坑西側(cè)、南側(cè))按1∶1放坡開挖。地下水控制采用截水帷幕+坑內(nèi)降水井。截水帷幕采用雙排水泥土攪拌樁，搭接寬度均為20 cm，樁徑500 mm。設(shè)計使用年限為一年。

本基坑支護設(shè)計采用理正巖土超級土釘6.5PB2版進行理論計算。

4.2 支護剖面圖及大樣圖

支護剖面圖及大樣圖見圖2～圖5。

5 施工技術(shù)要求

5.1 加筋水泥土攪拌樁施工要求

1)水泥土攪拌樁技術(shù)參數(shù)：樁徑500 mm，樁長10.0 m，搭接寬度200 mm，選用32.5等級水泥，每米滲入量60 kg，水灰比0.6～0.8；

2)樁位偏差不大于50 mm，樁機的垂直度偏差不超過0.5%，相鄰搭接寬度不得小于200 mm，樁徑偏差不大于設(shè)計樁徑的4%，樁長不得小于設(shè)計樁長；

3)施工中如因故停漿，恢復(fù)供漿后，應(yīng)從停漿點返回0.5 m，重新噴漿攪拌；

4)相鄰水泥土攪拌樁施工間隔時間不應(yīng)超過24 h；

5)水泥土攪拌樁加筋體采用E18鋼筋，成樁后隨即插入，間距0.6 m，長度9.0 m，梅花形布設(shè)。

5.2 微型鋼管樁施工要求

1)技術(shù)參數(shù)：選用Q235型鋼管，直徑60 mm，壁厚3.5 mm，長度6.0 m，間距1.2 m。

2)樁長不得小于設(shè)計樁長，樁位偏差5 cm，垂直度不超過1%。選用機械設(shè)備(鏟車、挖機)輔以人工壓入地層。

3)鋼管端部應(yīng)制成封閉尖錐狀，尖錐頂角宜取30°～60°。鋼管上應(yīng)布設(shè)注漿孔，注漿孔應(yīng)沿鋼管周邊對稱布置，每個注漿截面的注漿孔應(yīng)取2個，注漿孔間距為300 mm，孔徑5 mm，注漿孔外應(yīng)設(shè)置倒刺覆蓋保護孔口。倒刺可采用熱軋等邊角鋼，與鋼管夾角宜取20°～30°，角鋼寬度為30 mm～63 mm，厚度為3 mm～6 mm，長度為50 mm～60 mm。注漿孔距鋼管頂為2.0 m，距鋼管底為0.5 m。

4)鋼管壓入地層后，應(yīng)在鋼管內(nèi)進行壓力注漿，注漿材料選用P.O42.5水泥，水灰比0.5，注漿壓力不小于0.6 MPa，注漿量取300 kg/根。

5)微型樁頂部兩側(cè)設(shè)置E18鋼筋連接，并噴射混凝土。

5.3 降水井施工要求

1)技術(shù)參數(shù)：降水井55口，井深9.0 m(孔口標(biāo)高3.0 m)，孔徑700 mm，井管500 mm，選用無砂混凝土井管，降水井按間距13 m～15 m布設(shè)；

2)濾料選用磨圓度好的圓礫，井管底部設(shè)置沉砂段；

3)對不易塌孔、縮徑的地層采用清水鉆進，鉆孔深度應(yīng)大于設(shè)計深度0.3 m；

4)采用泥漿護壁時應(yīng)在鉆進到孔底后清除孔底沉渣并立即置入井管，注入清水，當(dāng)泥漿比重不大于1.05時，方可投入濾料，濾料填充體積不得小于計算量的95%。

5.4 降水要求

1)潛水泵應(yīng)安設(shè)在設(shè)計降水深度以下位置，降水期間不得隨意停抽；

2)降水開始前應(yīng)統(tǒng)測一次自然水位，開始后，在水位未達到設(shè)計降水深度以前，每天觀測三次水位、水量；

3)當(dāng)水位已達到設(shè)計降水深度，且趨于穩(wěn)定時，每天觀測一次，雨季時應(yīng)每日2次～3次；

4)對水位、水量監(jiān)測記錄及時整理，繪制水量Q與時間t和水位降深值S與時間t過程曲線圖，分析水位、水量下降趨勢，預(yù)測設(shè)計降水深度要求所需時間；

5)根據(jù)水位、水量觀測記錄，查明降水過程中的不正常狀況及其產(chǎn)生的原因，及時提出調(diào)整補充措施，確保達到降水深度。

5.5 放坡開挖施工要求

1)截水帷幕達到養(yǎng)護齡期(28 d)再進行基坑開挖；

2)基坑土方開挖應(yīng)按設(shè)計坡比分層開挖，第一步2.0 m，第二步1.5 m，第三步1.4 m，不得超挖，分段開挖，分段長度不大于30 m，分塊分區(qū)對稱進行；

3)機械開挖時，對坡體土層應(yīng)預(yù)留10 cm。由人工予以清除，坡面無虛土，坡度嚴(yán)格按設(shè)計要求；

4)每步開挖到位后及時進行坡面防護。

5.6 坡面防護施工要求

該基坑為軟土基坑，為防止雨雪對坡面的浸泡，導(dǎo)致坑壁坍塌，對坡面進行鋼板網(wǎng)噴射混凝土防護。噴射混凝土厚度為50 mm，強度等級為C20，細(xì)骨料宜選用中粗砂，含泥量應(yīng)小于3%；粗骨料宜選用粒徑不大于10 mm的級配礫石；噴射作業(yè)應(yīng)分段依次進行，同一分段內(nèi)應(yīng)自下而上均勻噴射;噴射作業(yè)時，噴頭應(yīng)與坡面保持垂直，其距離宜為0.6 m～1.0 m；鋼板網(wǎng)與坡面的間隙應(yīng)為20 mm；混凝土面層采用鋼筋固定。鋼板網(wǎng)的規(guī)格為：板厚1.2 mm，梗寬2 mm，長節(jié)距100 mm，短節(jié)距50 mm。

6 結(jié)語

本工程業(yè)已順利完成，基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，各項位移指標(biāo)均在容許范圍內(nèi)。工程的順利實施得到了監(jiān)理、業(yè)主及當(dāng)?shù)刭|(zhì)監(jiān)站的肯定，在當(dāng)?shù)仡愃乒こ讨芯哂薪梃b經(jīng)驗。