水泥搅拌桩重力式挡墙在基坑围护工程中的设计与施工

◎ 汉嘉设计集团股份有限公司 蔡 群 赵 晖 浙江城建房产集团有限公司 王宇瑶

1.前言

水泥搅拌桩重力式挡墙是基坑围护中的一种重要形式，它是通过相邻水泥土搭接而成，采用水泥作为固化剂，通过专用搅拌机械，将软土和水泥强制搅拌形成水泥土，利用水泥和软土之间所产生的一系列物理、化学作用，使水泥土强度增加，成为水泥土桩，硬化后形成具有一定强度的水泥壁状挡墙。

水泥搅拌桩重力式挡墙的特点是施工震动小，无侧向挤压，对周围影响小，最大限度的利用原状土，节约材料，基坑内无支撑，有利于机械挖土，并且土体经加固后渗透系数较小，整体性和隔水性能良好。本文通过介绍清水园11#、12#、13#、14#楼基坑围护的设计和施工，希望给水泥搅拌桩重力式挡墙这种基坑围护形式提供借鉴和参考。

2.工程概况

清水园11#、12#、13#、14#楼位于杭州市崇贤镇向阳村，北侧为崇贤镇崇杭街，西侧为紫鑫华庭。基坑北侧有正建的10＃楼，采用预应力管桩基，其基础底板埋深约3.3米，距离本基坑为17米。10＃楼工程桩已施工完。基坑西侧为待建的5＃～8＃楼及3＃、4＃半地下车库。5＃楼采用夯扩桩基，基础底板底标高高-1.73；6＃～8＃楼均采用预应力管桩基，基础底板底标高高-1.13；3＃半地下车库采用夯扩桩基，基础底板底标高高-2.20；4＃半地下车库采用预应力管桩基，基础底板底标高高-2.20。以上5＃～8＃楼及3＃、4＃半地下车库的基础距离本基坑最近约4.0～7.0米，工程桩均已施工完。西南角距离本基坑约21米远还有一幢待建的4＃楼。基坑南侧距离本基坑顶边约10米远有一幢待建的二期13层楼。基坑东侧现为二期待建的空地，有二期待建的13层楼及18层楼，距离本基坑顶边约5.0～7.0米远。本基坑东侧有一条施工通道，距离本基坑顶边2.0米，局部0.3米。详见图1。

图1.基坑平面布置图

清水园11#、12#、13#、14#楼地上均为11层，地下为一层连通的汽车库。本工程拟采用Ф500、600的预应力管桩基。本基坑的普遍开挖深度5.60米，局部挖深6.10米、6.45米。

3.工程地质条件

根据岩土工程勘察报告，本基坑所涉及的地层主要为：

①-1层填土：灰黄色，黄褐色、灰褐色，该层多含碎石、石子等，为近期所填，层厚0.2～1.4m。

①-2层填土：灰褐色、灰黄色，以粉质粘土为主，含较多植物根茎，夹有少量有机质，层厚0.3～0.7m。

②粉质粘土：灰黄色、灰褐色，软塑，局部可塑，切面稍光滑，干强度中等，韧性中等，局部相变为粘质粉土，层厚0.4～1.5m。

③粘质粉土：灰黄色、青灰色，很湿，稍密，摇振反应迅速，无光泽反应，干强度低，韧性低，含云母，仅在拟建场地南部存在。层厚0.70～3.0m。

④淤泥：灰色，流塑，切面稍光滑，干强度中等，韧性中等，含有机质，局部为淤泥质粘土，层厚0.40～11.7m。

④-1粘质粉土：灰色，很湿，稍密，摇振反应迅速，无光泽反应，干强度低，韧性低，含云母，系④层淤泥的夹层，仅少量孔分布，层厚0.4～1.2m。

⑤-1-1粉质粘土：灰黄色、黄褐色，软可塑，局部可塑，切面稍光滑，干强度中等，韧性中等，层厚0.4～2.2m。

图2.典型支护剖面图

⑤-1-1粉质粘土：灰黄色、黄褐色，软可塑，局部可塑，切面稍光滑，干强度中等，韧性中等，层厚0.4～2.2m。

⑤-2粉质粘土：灰黄色、黄褐色，可塑，切面稍光滑，干强度中等，韧性中等，呈层状，夹薄层粉土，层厚1.9～7.9m。

4.水泥搅拌桩重力式挡墙围护设计

本基坑开挖范围土层上部约2.0米为稍好的粉质粘土，其下为较厚的淤泥层，该淤泥层含水量高，其工程性质极差，因此对淤泥层的处理措施是本基坑围护的关键。基坑东侧因为有施工通道，荷载较大，并且卸土范围有一定限制，重力式挡墙不合适，可用围护桩加内斜支撑的围护形式。其余各侧可通过较大范围卸土减荷，采用水泥搅拌桩重力式挡墙围护。

以下以典型的1-1剖面(详见图2)介绍水泥搅拌桩挡墙的设计。

4.1 断面初定尺寸

1 -1 剖面计算开挖深度6.10米，大范围卸土2.50米，根据工程经验和试算确定，挡墙底宽为4.20米，埋入深度4.00米。本基坑坑底土土性极差，因此被动土区应进行加固，可选择采用水泥搅拌桩墩的加固形式。水泥搅拌桩布置形式详见图3。

4.2 挡墙整体稳定计算

挡墙整体稳定包括抗倾覆、抗水平滑动、抗圆弧滑动、抗坑底隆起和抗渗稳定。根据《建筑基坑工程技术规范》，1-1剖面各安全系数分别达2.318；2.231；1.588；3.091；3.537。满足规范要求。

4.3 墙身强度验算

采用弹性法计算：最大压应力、拉应力分别为0.41MPa、0.07MPa（安全）。

图3.水泥搅拌桩挡墙截面图

图4.CX1孔土体深层位移曲线

图5.CX7孔土体深层位移曲线

5.基坑监测结果

监测工作从2008年10月21日进场至2009年5月21日结束，历时7个月。本次基坑开挖1～10号各监测孔最大土体位移分别为：33.30mm、33.59mm、33.98mm、34.04mm、33.59mm、69.22mm、98.25mm、50.65mm、33.35mm、33.82mm。基坑开挖对周围环境没有造成不良的影响。1-1剖面处的测斜孔监测数据见图4，其最大位移33.30mm和理论计算值33.34mm吻合较好。

另外注意到CX7孔处的土体位移明显偏大(详见图5)。原因是该处水泥搅拌桩打设后两天，运土机械在桩顶行驶，造成水泥搅拌桩桩身出现断裂，有两～三排水泥搅拌桩坍落。由于冠梁的作用，重力挡墙还能保持较好的整体性，土体变形基本稳定，没有发生大规模的土体塌方。

6.结语

工程实践以及监测结果证明清水园11#、12#、13#、14#楼地下室基坑围护在南、西、北三侧大范围卸土后采用水泥搅拌桩重力式挡墙的围护结构；东侧采用围护桩加钢管斜内撑的方案是成功的，设计是合理的。该围护体系有较好的整体刚度和稳定性，能较好的控制位移，有效的减少了基坑开挖对周边道路、建筑的影响。它为类似的基坑围护工程的设计和施工提供了成功的经验。

通过该工程，总结出水泥搅拌桩重力式挡墙在基坑围护工程中需要注意的问题包括：(1)水泥搅拌桩施工时，要保证足够的水泥掺量，桩身要搅拌均匀。(2)水泥搅拌桩作为挡墙，要有足够的养护时间，不可为赶工期，而减少水泥搅拌桩的养护时间，否则会造成桩身强度达不到设计要求，在基坑开挖过程中，水泥搅拌桩桩体出现开裂甚至破坏。(3)水泥搅拌桩间要有良好的搭接，特别是栅格状布置水泥搅拌桩时，如果某一处水泥搅拌桩搭接不好，出现开裂，往往要影响水泥搅拌桩挡墙的整体受力，从而使围护结构失效。(4)由于水泥土抗受拉能力比较差，在设计时，除了要满足挡墙的外部整体稳定性外，特别要注意验算水泥搅拌桩墙身的抗拉强度。(5)挡墙顶部设置厚度200mm，宽度与墙身一致的钢筋混凝土冠梁是有必要的，它可大大加强挡墙的整体性和可靠性。