建筑基坑工程水泥攪拌樁-錨桿復(fù)合支護(hù)的設(shè)計(jì)與施工

建筑基坑工程水泥攪拌樁－錨桿復(fù)合支護(hù)的設(shè)計(jì)與施工

摘要：本文結(jié)合工程實(shí)例和工程地質(zhì)狀況，詳細(xì)分析了基坑工程水泥攪拌樁-錨桿復(fù)合支護(hù)技術(shù)方案設(shè)計(jì)，并分別對(duì)樁-錨復(fù)合支護(hù)施工技術(shù)要點(diǎn)及施工效果檢測(cè)進(jìn)行了詳細(xì)闡述和總結(jié)。

關(guān)鍵詞：基坑工程；水泥攪拌樁，錨桿，復(fù)合支護(hù)；設(shè)計(jì)與施工

1引言

由于水泥攪拌樁構(gòu)成的重力式擋墻布置方式靈活，基坑內(nèi)無(wú)需設(shè)置內(nèi)支撐，施工過(guò)程中無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪音、無(wú)污染，同時(shí)攪拌樁具有止水功能，這些優(yōu)點(diǎn)使得該支護(hù)形式在基坑工程中得到廣泛應(yīng)用。但水泥攪拌樁自身抗拉、抗剪強(qiáng)度很低，當(dāng)基坑開(kāi)挖深度較大時(shí)擋墻寬度明顯增大，造價(jià)和擋墻側(cè)向變形也隨之增長(zhǎng)，其應(yīng)用范圍受到一定限制。為了充分發(fā)揮攪拌樁的優(yōu)點(diǎn)，克服其抗拉、抗剪強(qiáng)度低等缺點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合其他結(jié)構(gòu)形式或材料的長(zhǎng)處，水泥攪拌樁復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)在工程中逐漸受到重視和發(fā)展，如加筋水泥攪拌樁重力式擋墻、SM工法、攪拌樁重力式擋墻與錨桿復(fù)合支護(hù)等。水泥攪拌樁-土層錨桿這種復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮和利用水泥攪拌樁的擋土和止水雙重功能，以及砂層中錨桿具有良好錨固性能的特點(diǎn)。

2工程概況

湖南株州某基坑支護(hù)與降水工程，基坑開(kāi)挖深度約為，支護(hù)周長(zhǎng)約300m，基坑面積約為6500m2。地下水位降深約為，場(chǎng)地總平面圖見(jiàn)圖1所示。

根據(jù)鉆探揭示，基坑開(kāi)挖影響深度內(nèi)場(chǎng)地巖土體依據(jù)其成因類(lèi)型及工程性能，自上而下可分為：

①雜填土：灰、灰黃等雜色，稍濕，松散，主要為建筑渣土新近回填。含碎石、碎磚、塊石等硬雜物20～30％，塊石、粘性土、中砂等70～80％，本層在場(chǎng)地內(nèi)均有分布，層厚～。

②中砂：灰、淺黃色、深灰色，飽和，松散～中密，主要成分為石英、長(zhǎng)石，其中砂含～％，中砂含量~％，細(xì)砂含量～％，粉砂含量～％，見(jiàn)少量礫卵石局部為粉砂。本層在場(chǎng)地內(nèi)均有分布，層厚～。

③淤泥：深淺灰、飽和，流塑，含有機(jī)質(zhì)，本層具有水平層理，層里面夾有1～10mm厚的片狀粉細(xì)砂，切面光滑～稍有光滑，干強(qiáng)度、韌性中等，局部相變?yōu)橛倌噘|(zhì)土。本層在場(chǎng)地內(nèi)均有分布，層厚～。

④中砂：灰、灰黃、淺青灰色，飽和，松散～中密，主要成分為石英、長(zhǎng)石。其中，粗砂含量～％，中砂含量～％，細(xì)砂含量～％，粉砂粒含量～％，本層在場(chǎng)地內(nèi)均有分布，揭穿層厚～。

⑤卵石：灰、灰黃色，飽和，中密～密實(shí)，卵石含量~％。粒徑一般在20～60mm，少量大于110mm，表面較光滑，充填物為粘性土中粗砂，膠結(jié)較好。層厚～。

⑥粘土層：灰黃色，濕，可塑～堅(jiān)硬，部分地段為粘質(zhì)粉土。主要由粘性土組成，光澤反應(yīng)稍有光滑，干強(qiáng)度及韌性中等，層厚~。

3基坑支護(hù)與降水工程設(shè)計(jì)

根據(jù)場(chǎng)地工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件和周邊環(huán)境，采用復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)。對(duì)于基坑北邊和西邊，由于基坑邊緣即為車(chē)道，來(lái)往的重載車(chē)荷載較大，在坡頂按1:1的比例放坡m，以下部分采用水泥攪拌樁與錨桿組合支護(hù)。水泥攪拌樁2排，樁徑500mm，樁長(zhǎng)7m，樁底恰好為淤泥層，可作為隔水層。土錨錨桿2排，采用Φ48×3鋼管作為拉桿，上排長(zhǎng)度12m，下排長(zhǎng)度9m，其支護(hù)剖面見(jiàn)圖2。

對(duì)于基坑?xùn)|邊和南邊，場(chǎng)地較為寬敞，地面超載也比較小，對(duì)位移和基坑穩(wěn)定性的控制較為寬松，采用水泥攪拌樁+放坡的支護(hù)形式，并在基坑開(kāi)挖時(shí)在坡腳保留1：的土坡使之對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)起到反壓的效果。水泥攪拌樁2排，樁徑500，樁長(zhǎng)7m，樁底恰好進(jìn)入淤泥層，其支護(hù)剖面見(jiàn)圖3。

考慮到基坑場(chǎng)地分布有較為深厚的中砂圓礫，厚度約為～10m，滲透系數(shù)高達(dá)35m/d，必須在基坑內(nèi)布置降水體系以降低基坑內(nèi)地下水位，確保地下室開(kāi)挖及施工的順利進(jìn)行，經(jīng)計(jì)算，該基坑共布設(shè)22口降水井。

4水泥攪拌樁-錨桿復(fù)合施工工藝

水泥攪拌樁

水泥攪拌樁主要是以水泥漿做為固化劑通過(guò)灰漿泵及攪拌頭壓入土中強(qiáng)制將地基土和水泥漿拌合在一起，經(jīng)過(guò)一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，使土硬結(jié)具有整體性、穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)。

水泥攪拌樁樁徑為Φ500mm，樁距為400mm，搭接長(zhǎng)度為100mm，攪拌樁的樁長(zhǎng)詳見(jiàn)各剖面圖。

水泥采用級(jí)普通硅酸鹽水泥，水灰比～：1，根據(jù)氣候條件，可適當(dāng)摻入適量的外加劑以增強(qiáng)漿體的流動(dòng)性，保證送漿過(guò)程不堵管。水泥攪拌樁的水泥摻合量為15％。

水泥攪拌樁成樁過(guò)程中，攪拌葉片應(yīng)為4～6片，攪拌頭的鉆進(jìn)和提升速度不得大于50cm/min，鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后應(yīng)在原位攪拌30～60秒，以保證樁端的成樁質(zhì)量。攪拌葉片的直徑應(yīng)不小于500mm，在施工過(guò)程中應(yīng)經(jīng)常檢查，及時(shí)更換攪拌葉片。

此外，還應(yīng)保證施工機(jī)械的平整度和機(jī)架的垂直度，攪拌樁的垂直度偏差不得超過(guò)1％，樁位偏差不得大于50mm。

打入式土層錨桿施工

鉆機(jī)成孔后，用水泥砂漿將一組拉桿(本工程采用鋼管)錨固在伸向地層內(nèi)部的鉆孔中，并承受拉力的柱狀錨固體就是土層錨桿。它的中心受拉部分是拉桿，拉桿所承受的拉力通過(guò)鋼管周邊的砂漿握固力而傳遞到水泥砂漿中，然后再通過(guò)錨固段周邊地層的摩檫阻力而傳到錨固區(qū)的穩(wěn)定地層中，其施工技術(shù)主要

1）土方開(kāi)挖邊槽后，應(yīng)量測(cè)標(biāo)高，并在圍護(hù)樁上拉線(xiàn)做號(hào)。鉆機(jī)就位時(shí)應(yīng)準(zhǔn)確，底座應(yīng)墊平，鉆桿的傾斜角度應(yīng)用羅盤(pán)校核，角度偏差不大于度，高差不超過(guò)5cm。

2）土層錨桿孔徑為Φ80，拉桿采用Φ48×3鋼管，豎向間距、水平夾角及錨桿長(zhǎng)度詳見(jiàn)剖面大樣。

3）Φ48鋼管同時(shí)兼作注漿花管，考慮到場(chǎng)地地質(zhì)情況注入的水泥漿應(yīng)盡可能灌入砂層內(nèi)為止。

4）錨桿注漿采用純水泥漿，水灰比：1，水泥采用硅酸鹽水泥，錨桿錨固體強(qiáng)度要求不少于10MPa。

5）錨桿注漿采用一次注漿工藝。按注漿量或注漿壓力作為控制條件，水泥用量為50kg/m，注漿壓力不小于。

5水泥攪拌樁-錨桿復(fù)合支護(hù)施工質(zhì)量檢測(cè)

根據(jù)基坑支護(hù)要求，必須對(duì)整個(gè)基坑的水泥攪拌樁和土層錨桿進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，以保證水泥攪拌樁的成樁質(zhì)量和錨桿的承載力滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，避免基坑失穩(wěn)或者對(duì)周邊建筑物產(chǎn)生不利影響。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，淤泥質(zhì)土與水泥漿強(qiáng)制攪拌所形成的水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度應(yīng)大于，芯樣采取率大于50％；砂層與水泥漿強(qiáng)制攪拌所形成的水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度應(yīng)大于5MPa，芯樣采取率大于80％。土層錨桿的承載力設(shè)計(jì)值為100kN。

水泥攪拌樁取芯試驗(yàn)

選取27#、446#和646#三根水泥攪拌樁進(jìn)行鉆芯取樣，檢測(cè)結(jié)果

27#鉆芯取樣總鉆深，為粘土、淤泥和中砂夾淤泥與水泥漿強(qiáng)制攪拌攪拌形成的水泥土。淤泥與水泥攪拌段取芯率達(dá)％，其芯樣抗壓強(qiáng)度平均值為，最大值為，最小值為，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。中砂夾淤泥與水泥攪拌取芯率達(dá)％，芯樣基本完整，抗壓強(qiáng)度平均值為，最大值為，最小值為，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

446#樁鉆芯取樣總鉆深m，為粘土、淤泥和中砂夾淤泥與水泥漿強(qiáng)制攪拌攪拌形成的水泥土。淤泥與水泥攪拌段取芯率達(dá)％，其芯樣抗壓強(qiáng)度平均值為，最大值為，最小值為。中砂夾淤泥與水泥攪拌取芯率達(dá)％，芯樣呈長(zhǎng)圓柱狀，褐灰色，堅(jiān)硬，攪拌均勻，其抗壓強(qiáng)度平均值為MPa，最大值為，最小值為，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

646#樁鉆芯取樣總鉆深，為粘土、淤泥和中砂夾淤泥與水泥漿強(qiáng)制攪拌攪拌形成的水泥土。淤泥與水泥攪拌段取芯率達(dá)％，芯樣抗壓強(qiáng)度平均值為，最大值為MPa，最小值為。中砂夾淤泥與水泥攪拌取芯率達(dá)％。其芯樣抗壓強(qiáng)度平均值為MPa，最大值為，最小值為。檢測(cè)結(jié)果表明，水泥攪拌樁的強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

土層錨桿抗拔試驗(yàn)

圖4為土層錨桿抗拔試驗(yàn)的抗拔力Q與錨端位移s之間的關(guān)系圖，選作抗拔試驗(yàn)的錨桿號(hào)為10#、30#、60#、91#和130#。從圖中可以看出，當(dāng)錨桿試驗(yàn)抗拔力達(dá)到設(shè)計(jì)值100kN時(shí)，最大位移均不超過(guò)12mm，變形較小。

施工效果分析

目前，該地下室結(jié)構(gòu)部分已經(jīng)施工完畢，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)資料，基坑坡頂最大沉降為mm，深層土體最大位移為，基坑整體穩(wěn)定和變形及周邊建筑物的安全均得到較好的保證和控制，未出現(xiàn)失穩(wěn)或變形等不利情況，水泥攪拌樁和錨桿復(fù)合合支護(hù)的性能得到充分發(fā)揮。

6結(jié)論

綜上所述，該基坑支護(hù)采用水泥攪拌樁-錨桿復(fù)合支護(hù)設(shè)計(jì)是合理的，取得了預(yù)期效果，同時(shí)也節(jié)省了工程造價(jià)，值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。但是，這類(lèi)復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)仍存在以下問(wèn)題：

1）水泥攪拌樁和土層錨桿支護(hù)受場(chǎng)地地質(zhì)條件的影響較大，對(duì)于砂土基坑，水泥土攪拌效果和錨桿的灌漿質(zhì)量容易得到保證，取芯檢測(cè)表明芯樣抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值。而對(duì)于粘性土或淤泥、淤泥土，攪拌樁的質(zhì)量大大降低，錨桿的承載性能也較差。因此，該類(lèi)支護(hù)結(jié)構(gòu)主要適用于含砂礫土層基坑效果較好。

2）水泥攪拌樁的成樁質(zhì)量受機(jī)械設(shè)備和技工人員素質(zhì)等的影響較大。

3）當(dāng)場(chǎng)地