水泥攪拌樁支護(hù)結(jié)構(gòu)及介紹

1、深層攪拌樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用研究孫友健 指導(dǎo)老師 劉榮摘要：近20年來，國(guó)內(nèi)高層建筑的飛速發(fā)展和地下空間的充分利用，使深基坑支護(hù)工程的設(shè)計(jì)和施工問題成了基礎(chǔ)工程中熱點(diǎn)問題。沿海地區(qū)和內(nèi)陸平原地帶廣泛分布著軟土地層，在軟土地基上從事工程建設(shè)活動(dòng)，許多情況下采用深層攪拌樁加固軟土地基，從而深層攪拌樁支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用研究逐漸成為土木工程界的熱點(diǎn)。針對(duì)目前狀況，我對(duì)深層攪拌樁結(jié)構(gòu)技術(shù)和水泥土的加固機(jī)理作了詳細(xì)的介紹，對(duì)存在的問題與前景進(jìn)行了分析，并附有較為典型的工程應(yīng)用實(shí)例。關(guān)鍵詞：深層攪拌樁結(jié)構(gòu)技術(shù) 水泥土的加固機(jī)理 存在的問題與前景 工程應(yīng)用實(shí)例Abstract: Over the past 20 yea

2、rs, the rapid development of domestic high-rise buildings and the use of underground space, make the design and construction of deep foundation pit bracing engineering have become a hot issue in the foundation pit engineering .The coastal area and inland plains region are widely distributed in soft

3、soil layer, when people are engaged in engineering construction activities on the soft ground, they use deep mixing pile to reinforce the soft soil ground ,thus ,the of application and research of the deep mixing pile supporting structure gradually become the hot spot in civil engineering. In view o

4、f the present situation, I introduce deep mixing pile structure technology and the reinforcement mechanism of soil-cement in detail, analyze the existing problems and future, and have more typical engineering application example. Keywords: deep mixing pile structure technology the reinforcement mech

5、anism of soil-cement existing problems and future engineering application example 1.概述近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市用地日益緊張。為了節(jié)約用地，利用地下空間，深基坑工程的到快速發(fā)展。深基坑工程是一個(gè)古老而具有劃時(shí)代特點(diǎn)的綜合性的巖土工程課題，因?yàn)樗壬婕暗酵亮W(xué)典型強(qiáng)度問題和變形問題，又涉及到土體與支護(hù)結(jié)構(gòu)的相互作用問題。基坑工程的發(fā)展是一種新的支護(hù)類型的出現(xiàn)帶動(dòng)新的分析方法的產(chǎn)生，并遵循實(shí)踐，認(rèn)識(shí)，再實(shí)踐，再認(rèn)識(shí)的規(guī)律而趨向成熟。我國(guó)于20世紀(jì)80 年代初開始出現(xiàn)大量的基坑工程。80年代前，國(guó)內(nèi)國(guó)內(nèi)為

6、數(shù)不多的高層建筑的地下室多為一層，基坑深不過4米，常用放坡開挖就可以解決問題。到80年代，隨著高層建筑的大量興建，開始出現(xiàn)兩層地下室，開挖深度一般在8米左右少數(shù)超過10米，進(jìn)入90年代，我國(guó)的高層建筑迅速發(fā)展，同時(shí)各地還興建了許多地下市政設(shè)施、地下商場(chǎng)、地下車站等，導(dǎo)致多層地下室逐漸增多，基坑開挖深度超過十米的比比皆是。目前國(guó)內(nèi)高層建筑地下室深達(dá)6層，基坑深度達(dá)30多米再也不罕見。首都國(guó)家大劇院的地下室為三層，基坑深度達(dá)32.5米。隨著基坑深度快速發(fā)展，基坑支護(hù)工程已成為當(dāng)前工程建設(shè)的熱點(diǎn)。目前經(jīng)常采用的主要基坑支護(hù)類型有：土釘墻支護(hù)、水泥深層攪拌樁支護(hù)、灌注樁+錨索支護(hù)、地下連續(xù)墻支護(hù)和內(nèi)支

7、撐支護(hù)等。其中深層攪拌樁支護(hù)結(jié)構(gòu)主要適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土和粘性土地基，可根據(jù)需要將地基加固成塊狀、圓柱狀、壁狀、格柵狀等形狀的水泥土。主要用于形成復(fù)合地基、基坑支檔結(jié)構(gòu)、地基中形成止水帷幕及其他用途。深層攪拌樁法施工速度快，無公害，施工過程無振動(dòng)，無噪聲，無地面隆起，不排污，不排土，不污染環(huán)境和對(duì)相鄰建筑物不產(chǎn)生有害影響，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。近十年來，在我國(guó)分布有較多軟土的地區(qū)，如浙江、江蘇、上海、天津、福建、廣東、廣西、云南、湖北、湖南、安徽、河南、山西、陜西，以及臺(tái)灣等地得到廣泛應(yīng)用，發(fā)展迅速。2.深層攪拌樁結(jié)構(gòu)技術(shù)21施工工藝211漿噴施工工藝深層攪拌樁施工流程：樁機(jī)

8、就位鉆進(jìn)噴漿到孔底提升攪拌重復(fù)噴射攪拌重復(fù)提升攪拌成樁完畢，如圖1所示。圖1 深層攪拌樁施工工藝流程在施工過程中，有時(shí)在鉆進(jìn)貫入時(shí)噴漿，也有時(shí)在提升時(shí)噴漿，何時(shí)噴漿最佳須根據(jù)地層的軟硬情況和攪拌的工藝特點(diǎn)而定。同理，重復(fù)攪拌過程是否噴漿，亦應(yīng)根據(jù)地基土的力學(xué)指標(biāo)和設(shè)計(jì)要求靈活掌握。（1） 樁基就位。利用起重機(jī)或開動(dòng)絞車移動(dòng)深層攪拌樁機(jī)到達(dá)指定樁位對(duì)中。為保證樁位準(zhǔn)確，必須使用定位卡，樁位誤差不超過2cm，導(dǎo)向架和攪拌軸應(yīng)與地面垂直，垂直度的偏離不應(yīng)超過0.5%。（2） 噴漿成樁。開動(dòng)灰漿泵，核實(shí)漿液從噴嘴噴出后啟動(dòng)樁機(jī)向下旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)噴漿成樁并連續(xù)噴入水泥漿液。鉆進(jìn)速度、旋轉(zhuǎn)速度、噴漿壓力、噴漿量

9、應(yīng)根據(jù)工藝試成樁時(shí)確定的參數(shù)操作。鉆進(jìn)噴漿成樁到設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)或?qū)游缓螅貒姖{半分鐘，再反轉(zhuǎn)勻速提升。（3） 提升攪拌。攪拌頭自樁底反轉(zhuǎn)勻速攪拌提升，直到地面。攪拌頭如被軟粘土包裹應(yīng)及時(shí)處理。（4） 重復(fù)鉆進(jìn)攪拌。按上述（2）操作要求進(jìn)行，如噴漿量已達(dá)設(shè)計(jì)要求時(shí)，需要重復(fù)攪拌不再送漿。（5） 重復(fù)攪拌提升。按照上述3操作步驟進(jìn)行，將攪拌頭提升到地面。（6） 成樁完畢。連同3、4、5共進(jìn)行3次復(fù)攪，即可完成一根攪拌樁的作業(yè)。開動(dòng)灰漿泵清洗管路中殘存的水泥漿，樁機(jī)移至下一樁位，施工下一根攪拌樁。3.深層攪拌法的加固機(jī)理深層攪拌法加固地基主要利用水泥土具有較高的強(qiáng)度、模量和小的滲透系數(shù)，并具有較好的隔水

10、性能。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:31形成水泥樁復(fù)合地基，提高地基承載力和改善地基變形特性 深層攪拌法形成的水泥土增強(qiáng)體強(qiáng)度比天然土體提高幾倍至數(shù)十倍，變形模量也是如此。將水泥土增強(qiáng)體與增強(qiáng)體之間天然土形成復(fù)合地基可有效提高地基承載力和減少地基上建筑物的沉降。復(fù)合地基可具有樁式復(fù)合地基和格柵式復(fù)合地基兩種，樁式布置可采用三角形布置或正方形布置如圖2所示。圖2 復(fù)合地基平面形式有時(shí)為了獲得更高的地基承載力，適當(dāng)增減復(fù)合地基置換率，即在平面上對(duì)地基土全面進(jìn)行攪拌，形成水泥土塊狀體基礎(chǔ)，如圖3所示。圖3 水泥土塊體基礎(chǔ)32形成水泥土支擋結(jié)構(gòu) 在軟粘土地基中開挖深度為56m的基坑，應(yīng)用深層攪拌法形成的水泥

11、土重力式擋墻可以較充分利用水泥土的強(qiáng)度和防滲性能，既是擋土墻又是防滲帷幕。因此具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。水泥土重力式擋墻一般做成格構(gòu)形式，如圖4a所示。上圖中重力式擋墻高為l,寬為b，基坑深度為h，支撐結(jié)構(gòu)插入深度為d，由圖4b可以看到，重力式擋墻由水泥土與水泥土范圍內(nèi)的地基土組成。擋墻上有壓頂梁以增加整體性。水泥土格構(gòu)形擋墻的設(shè)計(jì)計(jì)算方法采用重力式擋土墻的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。近幾年來深層攪拌水泥土重力式擋墻被廣泛應(yīng)用于深層軟粘土地基地區(qū)56m深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、管道溝圍護(hù)結(jié)構(gòu)、河道圍護(hù)結(jié)構(gòu)等。為了改善水泥土重力式擋墻的受力性能，增大支護(hù)深度，不少設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)中采取在墻兩側(cè)增設(shè)水泥土樁改良土體以減少

12、主動(dòng)土壓力，或增大被動(dòng)土壓力。為了充分利用水泥土大的抗壓性能，根據(jù)基坑形狀，如條件允許可把水泥土擋墻設(shè)計(jì)成圓弧形。為了克服水泥土抗拉強(qiáng)度低的特點(diǎn)，有人在水泥土擋墻中插置竹筋，也取得較好效果。在水泥土擋墻中插置型鋼，稱為加筋水泥土擋墻，在日本稱為SMW工法，在我國(guó)國(guó)內(nèi)也有應(yīng)用。國(guó)內(nèi)外實(shí)踐表明，如不能回收鋼材，則其成本較高。圖4 格構(gòu)形水泥土重力式擋墻（a）A-A剖面（b）重力式擋墻33形成水泥土防滲帷幕水泥土的滲透系數(shù)比天然土的滲透系數(shù)小幾個(gè)數(shù)量級(jí)，水泥土具有很好的防滲水性能。近幾年被廣泛用于軟粘土地基基坑開挖工程和其他工程的防滲帷幕。防滲帷幕由相互搭接的水泥土樁組成。視土層土質(zhì)情況，可由一排或

13、二排或多排相互搭接的深層攪拌樁組成。4.工程實(shí)例41工程概況南湖新村是江蘇省南京市重點(diǎn)新建的住宅小區(qū)之一，占地面積640000m2，擬建200多余棟多層住宅，建筑面積達(dá)550000m2。場(chǎng)地為長(zhǎng)江及秦淮河的漫灘地帶，主要地層為高壓縮性流塑狀的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土的軟土地基，厚度超過30m，土質(zhì)松軟，承載力很低。為了提高軟土地基承載力，充分利用有限的建筑場(chǎng)地，增加住宅樓層數(shù)，南京市城鎮(zhèn)建設(shè)綜合開發(fā)公司第五處和南京市建筑設(shè)計(jì)院除采用大開挖深換土、使用大板和折板基礎(chǔ)外，還采用了碎石樁、石灰樁、現(xiàn)場(chǎng)灌注混凝土樁、錐形樁，以及深層攪拌法等地基處理措施。受冶金工業(yè)部建筑研究院總院地基室、南京市城鎮(zhèn)建設(shè)綜合開發(fā)公

14、司和南京市建筑設(shè)計(jì)院委托，本公司對(duì)南湖新村18棟六層和七層的住宅樓軟粘土地基進(jìn)行深層攪拌樁加固，于1984年8月至1985年4月共施工攪拌樁2861根，共計(jì)27657.5米，完成攪拌樁載荷試驗(yàn)4組，水泥土強(qiáng)度檢驗(yàn)200余組和95根樁的樁身質(zhì)量檢驗(yàn)。在正常施工的情況下，每棟住宅樓地基加固工期僅710天，與原擬采用的鋼筋混凝土現(xiàn)場(chǎng)灌注樁相比，節(jié)約地基加固費(fèi)用100萬元。42擬建場(chǎng)地工程地質(zhì)條件南湖新村場(chǎng)地主要地層為高壓縮性的淤泥質(zhì)粘土，其表面有1.53.0m厚的人工填土，容許承載力為75kpa，其下為未被鉆穿的厚層淤泥質(zhì)粘土，容許承載力僅為60kpa。土樣有機(jī)質(zhì)含量為2.37%，可溶鹽含量為0.1

15、35%，燒失量為6.94%。各層土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見表表1層次厚度/m土名含水量（%）重度/(kN/m3)孔隙比塑性指數(shù)液性指數(shù)粘聚力/(kN/m2)內(nèi)摩擦角（°）壓縮模量/MPa容許承載力/MPa-201.5淤泥及淤泥質(zhì)土5416.91.50181.66412.51.6-31.53.0素填土4018.21.10200.851213.53.675未穿淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土4717.41.31141.78417.52.160各土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)1。43設(shè)計(jì)為了獲得工作必需的攪拌樁參數(shù)，在施工現(xiàn)場(chǎng)附近進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。這里主要介紹一下地基加固設(shè)計(jì)。布樁方案：南湖新村采用深層攪拌樁加固地基的住宅

16、樓主要有七層點(diǎn)式和六層條式兩種。431七層點(diǎn)式住宅樓地基加固設(shè)計(jì)南湖新村西五區(qū)七層點(diǎn)式住宅樓場(chǎng)地為征用的菜地，地基土主要為厚層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，容許承載力為70kPa，表層有1.52.0m厚的素填土，容許承載力為80kpa。這種七層點(diǎn)式住宅樓的建筑面積為1560m2,基礎(chǔ)占地面積為228.04m2,基底壓力為152.2kPa。分別包括以下3方面。（1） 攪拌樁單樁設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)考慮場(chǎng)地標(biāo)高與基底標(biāo)高之間的距離，單樁承載力按摩擦型樁計(jì)算。（2） 攪拌樁置換率m和樁數(shù)n的計(jì)算。（3） 群樁基礎(chǔ)驗(yàn)算。將加固后的樁群視為一個(gè)格子狀的假想實(shí)體基礎(chǔ)，然后分別進(jìn)行承載力驗(yàn)算和沉降驗(yàn)算（4） 底層為商店的六層式

17、住宅樓地基加固設(shè)計(jì)。南湖新村西三區(qū)13號(hào)商店住宅樓建在西三區(qū)東部魚塘上，塘底標(biāo)高+3.8+4.0m，基底設(shè)計(jì)標(biāo)高為+5.5m，魚塘在地基加固施工前新填素粘土1.52.0m，其下為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，容許承載力為65kPa，新填土容許承載力根據(jù)輕便觸探錘擊數(shù)并考慮未固結(jié)等因素取50kPa。六層條式住宅樓建筑面積為2037m2，條基底面積為426.7m2，基地壓力為121.6kPa。分別包括以下3方面。（1） 攪拌樁單樁的設(shè)計(jì)。計(jì)算樁長(zhǎng)按摩擦型樁考慮，不考慮新填土層樁段長(zhǎng)度。（2） 水泥土攪拌樁置換率m和樁數(shù)n的計(jì)算。（3） 群樁基礎(chǔ)驗(yàn)算。將加固后的群樁視為以格子狀的假想實(shí)體基礎(chǔ)，然后再分別進(jìn)行承載力

18、驗(yàn)算和沉降驗(yàn)算。44施工施工參數(shù)以及施工工藝此處從略，主要介紹一下變摻量攪拌。在攪拌樁施工過程中，根據(jù)摩擦型攪拌樁的受力特性，采用變摻量的施工工藝。所謂變摻量，即樁端、樁中段和樁頂?shù)乃鄵饺氡认鄳?yīng)于樁身應(yīng)力而變化，即用不同的注漿提升速度和注漿次數(shù)來滿足各樁段水泥摻入比的要求。對(duì)于土質(zhì)條件比較復(fù)雜的區(qū)段，為了保證攪拌質(zhì)量，在攪拌施工前先用輕便觸探儀對(duì)全場(chǎng)地進(jìn)行觸探，劃分各土層分界線，確定相應(yīng)的注漿量。在成樁過程中，凡是由于電壓過低或其他原因造成停機(jī)或使成樁工藝中斷的，當(dāng)攪拌機(jī)重新啟動(dòng)后，為了防止斷樁，均將深層攪拌機(jī)下沉0.5m后在繼續(xù)成樁。45質(zhì)量檢驗(yàn)質(zhì)量檢驗(yàn)主要包括水泥加固土強(qiáng)度檢驗(yàn)，制樁質(zhì)量

19、評(píng)定，攪拌樁施工質(zhì)量的現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)和基槽開挖后驗(yàn)收。46問題存在問題及分析461加固方案確定時(shí)所存在的問題及分析由于七層點(diǎn)式住宅樓荷重較大，基底壓力達(dá)150kPa，但其上部建筑相對(duì)剛度較大，造成建筑物沉降將比較均勻，因此，根據(jù)這一特點(diǎn)，深層攪拌加固采用柱狀加固型式。對(duì)于六層條式住宅樓來說，雖基底壓力小于140kPa，但其上部建筑物長(zhǎng)高比較大，剛度相對(duì)較小，易產(chǎn)生不均勻沉降，尤其是六棟底層為商店的臨街住宅樓，建在地勢(shì)低洼，又是新建剛回填的魚塘上，極易產(chǎn)生不均勻沉降，因此攪拌加固設(shè)計(jì)采用了壁狀加固型式，即樁與樁搭接成壁，縱、橫方向的水泥土壁又交叉成格柵狀，使全部的攪拌樁連成一個(gè)整體，如同一個(gè)不封底的箱

20、型基礎(chǔ)，以減小不均勻沉降。此外，對(duì)于一半基礎(chǔ)坐落在新填的魚塘上，另一半坐落在岸坡上的條式住宅樓，則通過不同的樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)來調(diào)整不均勻沉降。462檢驗(yàn)水泥土強(qiáng)度時(shí)存在的問題及分析水泥加固土除與被加固性質(zhì)、狀態(tài)、水泥土摻入比以及養(yǎng)護(hù)齡期等因素有關(guān)外，還與所用的水泥質(zhì)量密切有關(guān)。由于攪拌樁水泥摻入比的設(shè)計(jì)是以水泥加固土的室內(nèi)試驗(yàn)為根據(jù)的，而施工現(xiàn)場(chǎng)所用的水泥往往與室內(nèi)試驗(yàn)所用的不同，因此實(shí)際工程所用的水泥能否達(dá)到設(shè)計(jì)的加固效果需要檢驗(yàn)。為了保證水泥加固土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，當(dāng)每批施工用的水泥進(jìn)場(chǎng)后，將事先準(zhǔn)備好的土樣按設(shè)計(jì)配方制作成水泥土試塊，進(jìn)行短期的（1d、3d、5d）強(qiáng)度強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)滿足要求大的水泥土試塊才允許投入工程使用，試驗(yàn)不滿足要