水泥土搅拌桩在软土地区基坑围护中的应用

李正坤 孟 雷

(中国建筑西南勘察设计研究院有限公司，四川 成都 610000)

0 引言

随着我国城镇化进程的迅猛发展，地下空间也随之得到开发与利用，地下工程也越来越多。地下工程的兴建涉及到岩土体的开挖与基坑围护，而基坑围护方案形式多种多样，各有其适应的环境条件和优缺点。水泥土搅拌桩重力式挡土墙，作为一种基坑围护形式，在软土地区有它的优点和适应性，是一种常用的围护方案。

1 水泥土搅拌桩概述

水泥土搅拌桩是利用水泥等材料作为固化剂通过特制的搅拌机械，就地将软土和固化剂(浆液或粉体)强制搅拌，使软土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基土强度和增大变形模量。根据固化剂掺入状态的不同，它可分为浆液搅拌和粉体喷射搅拌两种[1]。

水泥土搅拌桩具有较多的优点：1)最大限度的利用原状土；2)搅拌时无振动、无噪声及无污染，对周围原有建筑物及地下沟管影响很小；3)根据需要可灵活的采用柱状、壁状、格栅状和块状等形式；4)通过桩与桩之间的搭接形成整体，对地基土加固形成重力式挡土墙，既可挡土又可止水。

它的适宜条件及不足：1)一般用于安全等级为二级、三级的基坑；2)适应于淤泥质土、淤泥基坑，且基坑深度不宜大于7 m[2]；3)墙体占地面积较大；4)成桩后，需要一定的龄期，一般需28 d后，才能进行土方开挖。

2 工程实例

2.1 工程概况

拟建基坑工程场地位于吴江市汾湖经济开发区辛塔社区，包括10栋(1号～10号)11层～24层高层住宅楼及独立地下车库,高层住宅楼均设有1层地下室，基坑开挖深度4.45 m(局部落深5.5 m);独立地下车库基坑开挖深度6.10 m。基坑围护时，建筑物基坑与地下车库一并考虑，分序开挖，组成一个大基坑，基坑周长约835 m，面积约23 640 m2。

2.2 基坑周边环境

基坑南北侧为空地，北侧离规划红线约10.0 m，离沪苏浙高速公路约60.0 m；南侧为拟建的建设用地；东西两侧为规划整治的旧河道，西侧离现河道一般约9.0 m～10.0 m，最近约6.2 m。

基坑周边附近无暗埋的地下管线、地下电缆等。

2.3 工程地质与水文地质条件

场区内25 m深度范围内土层分布及结构特征如下：

第①层素填土,杂色，松散，不均匀，以粘性土为主，上部含植物根系，下部含淤泥质土，回填时间约5年，属欠固结土。该层厚度1.00 m～2.70 m,平均厚度1.79 m，层顶标高1.24 m～2.72 m，全场地分布。

第②层粉质粘土夹粉土,灰色～黄灰色，软塑，夹薄层粉土，局部与粉土互层，摇振反应慢，无光泽，韧性和干强度中等。该层厚度0.40 m～5.80 m,平均厚度1.82 m，层顶标高-0.88 m～1.13 m,层顶埋深1.00 m～2.70 m，局部缺失。

第③层淤泥质粉质粘土,灰黑色，流塑，含腐殖质，有臭味。该层厚度8.40 m～22.00 m,平均厚度13.12 m，层顶标高-5.07 m～1.00 m,层顶埋深1.30 m～7.40 m，全场地分布。

第④层粉质粘土夹粉土,灰黄色～灰色，可塑～软塑，底部夹薄层粉土，无摇振反应，稍有光泽，韧性和干强度中等。该层厚度0.60 m～5.50 m,平均厚度2.44 m，层顶标高-15.51 m～-10.75 m,层顶埋深12.30 m～17.30 m，部分地段缺失。

第⑤层粉土,灰色，稍密～中密，夹少量粉质粘土，摇振反应迅速，无光泽，韧性和干强度低。该层厚度1.00 m～8.80 m,平均厚度3.82 m，层顶标高-18.91 m～-13.60 m，层顶埋深15.00 m～20.70 m，部分地段分布。

第⑥-1层粉质粘土,灰色，软塑，夹少量粉土，含少量腐殖质，无摇振反应，稍有光泽，韧性和干强度中等。该层厚度2.70 m～12.10 m,平均厚度7.66 m，层顶标高-22.89 m～-12.79 m,层顶埋深15.10 m～24.40 m，局部缺失。

本场地浅层地下水主要为孔隙潜水，其赋存于第①层素填土中，稳定水位埋深为0.50 m～1.60 m，稳定水位的标高为0.81 m～1.15 m。孔隙潜水主要以地表水及大气降水补给为主，以蒸发和侧向径流向河湖排泄。

基坑影响深度范围内土层的岩土设计参数取值如表1所示。

表1 基坑影响深度范围内土层的岩土设计参数表

2.4 基坑设计

2.4.1基坑围护设计方案选型

基坑开挖深度4.45 m～6.10 m，基坑开挖相对不深，基坑南北侧较空旷，施工条件较好，东西两侧离河道较近，基坑周围无建筑物及暗埋的地下管线、电缆等设施，整体而言，基坑周围条件一般。

由于场地浅层基坑影响深度范围内土质很差，南北两侧若采用单一的无围护的放坡开挖，土方开挖量很大，且占用很大的用地，坡体自稳性差，尤其是东西两侧，离河道较近，不具备放坡条件，因此，考虑有围护的基坑支护方案。

因土质很差，本围护工程不宜采用单一的土钉墙围护，综合考虑基坑及周边条件特点、场地工程地质特征，结合本地经验，本着“安全、经济、方便施工”的原则，基坑围护方案采用水泥土搅拌桩的围护形式。设计时充分利用南北侧场地用地条件良好的特点，采取适当放坡卸土后，进行水泥土搅拌桩围护，可以减小水泥土搅拌桩的墙厚，进而减少工程造价；东西侧场地条件受限制，在河道较窄处，卸土量相对较小；地下车库与建筑物基坑由于存在着1.65 m的高差，坑底为土质极差的淤泥质粉质粘土，且建筑物与地下车库的基础承台很近，不具备放坡开挖的条件，设计时采用墙厚及桩长较小的水泥土搅拌桩。

2.4.2基坑围护设计成果

本工程基坑围护采用“放坡、水泥土搅拌桩”的围护模型，采用《理正深基坑围护结构设计》软件进行计算，基坑安全等级按三级考虑，重要性系数为γ0=0.9，基坑侧壁最大水平位移设计值不大于80 mm，地面沉降设计值不大于80 mm。

基坑地面附加荷载取20 kPa。

水泥土搅拌桩均采用双轴搅拌，桩径为700，桩中心间距500,桩间搭接距离为200 mm，采用42.5级普硅水泥，水泥掺入量15%，水灰比0.5～0.55，水泥搅拌桩28 d无侧限抗压强度不低于0.8 MPa。

由于本工程基坑面积较大、边长较长，且坑底土质为淤泥质粉质粘土，为了控制基坑围护体的变形，减小基坑开挖对周边环境的不利影响，在坑内被动区设置水泥土搅拌桩暗墩进行加固，加固宽度2.2 m，加固厚度4 m。

基坑围护设计平面布置图见图1。

根据基坑区段开挖深度的不同及周边条件的差异，设计成不同的水泥土桩长和墙宽，共6个围护段剖面，以4—4剖面为例设计如下：

围护形式为放坡+双轴水泥土搅拌桩。

基坑深度6.10 m，上部采用一级放坡方案。坡高2.0 m，坡率(坡高∶坡宽)1∶2，平台宽度2.0 m，挂网喷浆，厚度100 mm，喷C20混凝土防护。

1)挂网：Φ8@200双向钢筋网。

2)喷射混凝土厚100 mm，喷C20混凝土。参考配比：碎石∶砂∶水泥为1∶1∶0.5；水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，碎石粒径5 mm～15 mm；坡顶翻边2.00 m，排水反坡坡度5%，坡底翻边0.50 m。

双轴水泥土搅拌桩(φ700)，格栅墙布置，挡墙宽5.20 m，嵌固深度为7.40 m和10.4 m，水泥土搅拌桩长14.5 m，桩顶采用200厚C20混凝土面板压顶，宽度5.70，采用φ8@200双向配筋，在桩体顶部，插筋9φ12@1 000，插入混凝土面板100，在搅拌桩内外侧各插一根φ48×3.0钢管，钢管长L=6.0 m，@1 000。

该剖面计算结果参数如下：

最大水平位移：54 mm，符合设计控制要求；

最大沉降量：58 mm，符合设计控制要求；

抗滑安全系数Ksl=2.05，满足规范要求(Ksl≥1.2)；

抗倾覆稳定性系数Kov=1.94,满足规范要求(Kov≥1.3)；

整体稳定安全系数Ks=1.31，满足规范要求(Ks≥1.3)；

抗隆起验算Kb=2.30,满足规范要求(Kb≥1.4)。

2.5 水泥土搅拌桩施工

1)搅拌桩采用φ700双轴搅拌桩，桩体搭接长度200，采用42.5级普通硅酸盐水泥，水泥掺量(即消耗水泥重量和被加固土体重量的百分比，双头搅拌桩单桩面积为0.71 m2)为15%，水泥浆液水灰比为0.55，施工前做比重测试。经测试确定后，控制标准以比重计测试为准。

2)施工前对桩架进行检查，搅拌头片直径不小于70 cm，误差不超过2 cm。

3)施工前对施工区域地下障碍物进行探测，对有障碍物进行清除后回填好土(软土或经过人工处理的专用回填土)，分层夯实后方进行围护桩施工。

4)施工时量测平台高程，以控制桩底标高，施工时，桩底标高误差不大于5 cm，桩底标高以二搅拌头片的中线为基准；桩位平面定位误差不大于5 cm，桩体垂直偏差不大于1/100。

5)拌桩桩体施工为两喷三搅工艺，即：搅拌下沉→喷浆提升→搅拌下沉→喷浆提升→下沉→搅拌提升→完成。

6)施工时及时进行检查。检查内容：水泥投放量、水灰比、比重、输浆泵泵送时间、搅拌头喷浆提升开始时间、到达地面时间、标高垂直度控制方法。

7)搅拌桩施工保持有连续性，没有出现24 h施工冷缝(施工组织设计预留除外)。

8)搅拌桩施工时及时对周围环境进行监测及加强观察，通过监测数据及观察信息调整搅拌桩的施工进度。

9)搅拌桩施工同时做试块同条件养护，养护期为28 d，搅拌强度达到设计要求0.8 MPa。

10)根据现场施工情况，对搅拌桩进行钻芯取样，以检查搅拌桩长度及桩身质量。

2.6 施工效果

水泥土搅拌桩施工过程顺利，施工完成28 d后，进行土体开挖，基坑开挖后表明：基坑壁面平整，水泥土搅拌桩桩体直立，桩与桩之间咬合搭接严密，无渗漏，施工效果良好。

3 结语

1)水泥土搅拌桩在基坑围护中既能挡土又可止水，且具有无振动、无噪声及无污染，施工灵活，安全经济等优点，在软土地区，对于基坑深度较浅(一般小于7.0 m)且土体工程性质差(淤泥质粘性土或淤泥)等环境条件中常被应用；

2)本工程案例中，采用了双轴水泥土搅拌桩进行基坑围护，安全性指标(抗滑移、抗倾覆、整体稳定性、抗隆起)等满足规范要求。针对坑底土质软弱的特点，在坑内被动区设计了水泥土搅拌桩暗墩，起到加固土体、控制基坑围护体的变形、减小基坑开挖对周边环境影响的作用；在搅拌桩内外侧插入一定长度钢管，起到加强水泥土搅拌桩抗拉强度的作用；施工结果表明：该案例水泥土搅拌桩在基坑围护中挡土和止水效果明显，满足了工程建设要求，取得了预期的围护效果。

参考文献：

[1] JGJ 79—2012，建筑地基处理技术规范[S].

[2] JGJ 120—2012,建筑基坑围护技术规程[S].

[3] 刘建航，侯学渊.基坑工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.