擋土結(jié)構(gòu)構(gòu)與基坑坑工程木林隆博博士士巖土大樓樓820室65982005mulinlong@第三講水水泥土土圍護結(jié)結(jié)構(gòu)的設(shè)設(shè)計和施施工概述水泥土圍圍護結(jié)構(gòu)構(gòu)的特點點和斷面面型式水泥土圍圍護墻的的計算分分析方法法和設(shè)計計水泥土圍圍護墻的的施工要要點重力式水水泥土擋擋墻案例例概述水泥土重重力式圍圍護墻是是以水泥泥系材料料為固化化劑，通通過攪拌拌機械采采用噴漿漿施工將將固化劑劑和地基基土強行行攪拌，，形成連連續(xù)搭接接的水泥泥土柱狀狀加固體體擋墻。。（DMM）水泥土重重力式圍圍護墻的的概念定義常用的施施工機械械概述雙軸水泥泥土攪拌拌機三軸水泥泥土攪拌拌機高壓噴射射注漿機機水泥土的的發(fā)展與與現(xiàn)狀攪拌法原原是我國國及古羅羅馬、古古埃及等等文明古古國，以以石灰為為拌合材材料，應(yīng)應(yīng)用最早早而且流流傳最廣廣泛的一一種加固固地基土土的方法法。例如如，我國國房屋或或道路建建設(shè)中傳傳統(tǒng)的灰灰土墊層層(或面層)，就是將將石灰與與土按一一定比例例拌合、、鋪筑、、碾壓或或夯實而而成；又又如萬里里長城和和西藏佛佛塔以及及古羅馬馬的加普普亞軍用用大道、、古埃及及的金字字塔和尼尼羅河的的河堤等等，都是是用灰土土加固地地基的范范例。應(yīng)用水泥泥土較早早的一些些國家，，如日本本約始于于1915年，美國國約始于于1917年。隨后后，許多多國家紛紛紛將水水泥土用用于道路路、水利利等工程程。攪拌樁最最早于本本世紀50年代初問問世于美美國。我我國自1977年開始研研究攪拌拌樁機械械。概述攪拌樁在在我國應(yīng)應(yīng)用的頭頭10年中，其其主要用用途是加加固軟土土，構(gòu)成成復(fù)合地地基以支支承建筑筑物或結(jié)結(jié)構(gòu)物。。將攪拌拌樁用于于基坑工工程，雖雖在其發(fā)發(fā)展初期期已有成成功的實實例，但但大量應(yīng)應(yīng)用則是是90年代初隨隨著我國國各地高高層建筑筑和地下下設(shè)施大大量興建建而迅速速興起的的，其中中尤以上上海及沿沿海各地地為最多多。大大功率率的三軸軸攪拌機機加固深深度可達達到25~30m。水泥土重重力式圍圍護墻的的應(yīng)用概述攪拌軸數(shù)數(shù)：攪拌拌樁的截截面主要要有雙軸軸和三軸軸加筋：加加筋和非非加筋復(fù)合形式式：水泥泥土結(jié)合合鋼筋混混凝土預(yù)預(yù)制板樁樁、鉆孔孔灌注樁樁、型鋼鋼、斜向向或豎向向土錨等等結(jié)構(gòu)形形水泥土重重力式圍圍護墻的的類型與與適用范范圍水泥土圍圍護結(jié)構(gòu)構(gòu)的特點點和斷面面型式水泥土重重力式圍圍護墻的的類型平面布置置：滿膛膛布置、、格柵型型布置和和寬窄結(jié)結(jié)合的鋸鋸齒形布布置按豎向布布置：等等斷面布布置、臺臺階形布布置水泥土重重力式圍圍護墻的的布置無支撐自自立式擋擋土墻，，依靠墻墻體自重重、墻底底摩阻力力和墻前前基坑開開挖面以以下土體體的被動動土壓力力穩(wěn)定墻墻體。變形主要要表現(xiàn)為為墻體水水平平移移、墻頂頂前傾、、墻底前前滑以及及幾種變變形的疊疊加。水泥土重重力式圍圍護墻的的特點水泥土圍圍護結(jié)構(gòu)構(gòu)的特點點和斷面面型式開挖深度度：不宜超出7m，在基坑坑周邊環(huán)環(huán)境保護護要求較較高的情情況下，，基坑深深度應(yīng)控控制在5m范圍以內(nèi)內(nèi)土質(zhì)條件件：水泥土攪攪拌樁和和高壓噴噴射注漿漿均適用用于加固固淤泥質(zhì)質(zhì)土、含含水量較較高而地地基承載載力小于于120kPa的粘土、、粉土、、砂土等等軟土地地基，當當土中含含高嶺石石、多水水高嶺石石、蒙脫脫石等礦礦物時，，加固效效果較好好；土中中含伊里里石、氯氯化物和和水鋁英英石等礦礦物時，，加固效效果較差差，土的的原始抗抗剪強度度小于20～30kPa時，加固固效果也也較差。。環(huán)境條件件：在基坑周周邊距離離1~2倍開挖深深度范圍圍內(nèi)存在在對沉降降和變形形較敏感感的建（（構(gòu)）筑筑物時，，應(yīng)慎重重選用水水泥土重重力式圍圍護墻。。水泥土重重力式圍圍護墻的的適用條條件水泥土圍圍護結(jié)構(gòu)構(gòu)的特點點和斷面面型式水泥土重度度室內(nèi)試驗驗結(jié)果表明明，當水泥泥摻入比為為5%～20%、水灰比=0.45～0.5時，水泥土土較被加固固的土體重重度增加約約1%～3%左右。天然軟土含含水量越大大或水泥摻摻入比越大大，則水泥泥土加固體體的含水量量降低幅度度越大。不同含水量量的軟土用用不同的水水泥摻入比比加固后，，其液限將將稍有降低低，而其塑塑限則有較較大提高。。水泥土的物物理特性水泥土圍護護結(jié)構(gòu)的特特點和斷面面型式加固土的物物理力學(xué)特特性水泥土的無無側(cè)限抗壓壓強度在0.3～4.0MPa之間，大約約比天然軟軟土強度提提高數(shù)十倍倍到數(shù)百倍倍（土質(zhì)↑↑，齡期↑↑，水泥泥摻入比↑↑，土的含含水量↓，，土的化化學(xué)性質(zhì)-PH值↑，水水泥品種與與標號↑，，外摻劑））水泥土的抗抗剪強度Cu與其法向應(yīng)應(yīng)力有關(guān)。。設(shè)計時如如做較保守守之考慮，，可取σu為零時的抗抗剪強度τf0作為樁體不不排水抗剪剪強度設(shè)計計值。τf0與無側(cè)限抗抗壓強度的的比例介于于1/2～1/5之間。水泥泥土的抗剪剪強度隨抗抗壓強度的的增大而提提高，但隨隨著抗壓強強度增大，，兩者的比比值減小。。一般地說說，當無側(cè)側(cè)限抗壓強強度qu=0.5~4.0MPa時，其粘聚聚力cu=0.1~1.1MPa，內(nèi)摩擦角角?約在20～30°之間。水泥泥土的抗拉拉強度σt與無側(cè)限抗抗壓強度qu的關(guān)系：當當qu<1.5MPa時，σt約等于0.2MPa。水泥土的力力學(xué)特性水泥土圍護護結(jié)構(gòu)的特特點和斷面面型式加固土的物物理力學(xué)特特性水泥土無側(cè)側(cè)限抗壓強強度愈大，，破壞應(yīng)變變量愈小。。當qu=0.5~4.0MPa時，E=(100~150)qu。它的抗?jié)B性性能明顯改改善。負溫一般并并不影響水水泥攪拌樁樁施工，但但它會使水水泥土化學(xué)學(xué)反應(yīng)停滯滯而推遲攪攪拌樁強度度的發(fā)展。?，F(xiàn)場樁體強強度/室內(nèi)試塊強強度的比值值約為0.6～0.75。加固土的物物理力學(xué)特特性水泥土的力力學(xué)特性水泥土圍護護結(jié)構(gòu)的特特點和斷面面型式設(shè)計方案比比選水泥土圍護護墻的計算算分析方法法和設(shè)計1．施工時時無振動、、噪聲小、、無泥漿廢廢水污染；；2．施工操操作簡便、、成樁工期期較短，造造價較低；；3．基坑開開挖時一般般不需要支支撐、拉錨錨；4．隔水防防滲性能良良好；5．基坑內(nèi)內(nèi)空間寬敞敞，方便土土方開挖和和后期結(jié)構(gòu)構(gòu)施工；6．擋墻頂頂面可設(shè)置置路面行駛駛施工車輛輛，而路面面結(jié)構(gòu)又可可增加擋墻墻剛度；7．同一墻墻體可設(shè)計計成變截面面、變深度度、變強度度；8．有利于于縮短綜合合工期；9．可就近近利用一部部分粉煤灰灰等工業(yè)廢廢料作為固固化劑的外外摻劑。優(yōu)點設(shè)計方案比比選1．對有機機質(zhì)含量高高、pH值低（<7）、初始抗抗剪強度甚甚低（<2～3kPa）的土，或或土中含伊伊里石、氯氯化物、水水鋁石英等等礦物及地地下水具有有侵蝕性時時，加固效效果差；2．貫穿地地面或地下下硬土或其其它障礙物物有困難，，有時可用用沖水或注注水下沉解解決，有時時難以解決決；3．根據(jù)國國內(nèi)現(xiàn)有設(shè)設(shè)備，目前前常用的支支擋高度為為4～7m；一般情況況下，當采采用濕法(噴漿)施工時，開開挖深度不不超過7m；當支擋高高度較大或或工程量較較大時，可可能不經(jīng)濟濟；4．墻體占占地面積大大，水泥土土攪拌樁按按格柵形布布置，墻寬寬約0．7～1．0倍開挖深度度，樁插入入基坑底深深度約0．8～1．4倍開挖深度度；5．水泥用用量較大，，以一般軟軟土中10m深的墻體(包括插入坑坑底部分)為例，每100延長米墻體體約需水泥泥500～600t；6．成樁樁后需要28天以上的養(yǎng)養(yǎng)護期，一一般不能立立即開挖土土方；7．與有支支撐支護結(jié)結(jié)構(gòu)相比，，重力式圍圍護基坑周周圍地基變變形較大，，對鄰近建建筑物或地地下設(shè)施影影響較大。。缺點水泥土圍護護墻的計算算分析方法法和設(shè)計設(shè)計計算內(nèi)內(nèi)容水泥土圍護護墻的計算算分析方法法和設(shè)計1．水、土土壓力的計計算2．穩(wěn)定性性驗算3．墻體應(yīng)應(yīng)力驗算4．格柵截截面驗算5．墻體變變形計算水、土壓力力計算水泥土圍護護墻的計算算分析方法法和設(shè)計整體穩(wěn)定性性分析瑞典圓弧法法該法假定滑滑動面是一一個圓弧面面，并認為為條塊間的的作用力對對邊坡的整整體穩(wěn)定性性影響不大大，可以忽忽略；這種假定在在兩個土條條之間并不不滿足，對對安全系數(shù)數(shù)的計算結(jié)結(jié)果，這樣樣所造成的的誤差有時時可高達60%以上；水泥土圍護護墻的計算算分析方法法和設(shè)計不排水條件件下抗隆起起穩(wěn)定極限平衡法法一般是在指指定的破壞壞面上進行行驗算，分分析計算時時還可能會會作一些假假定Terzaghi(1943)抗隆起分析析模式γH/Su為穩(wěn)定系數(shù)數(shù)5.7即為考慮基基地完全粗粗糙時的地地基承載力力系數(shù)Nc值Terzaghi(1943)的抗隆起分分析模式適適用于比較較淺或?qū)挼牡幕涌孤÷∑鸱治鰡枂栴}，也即即適用于H/B≤1.0的情況水泥土圍護護墻的計算算分析方法法和設(shè)計抗傾覆、抗抗滑移穩(wěn)定定性分析抗傾覆抗滑移水泥土圍護護墻的計算算分析方法法和設(shè)計抗?jié)B流穩(wěn)定定性分析滲流破壞主主要表現(xiàn)為為管涌、流流土(俗稱流砂)在滲流出口口處水泥土圍護護墻的計算算分析方法法和設(shè)計抗承壓水穩(wěn)穩(wěn)定性分析析承壓水破壞壞主要表現(xiàn)現(xiàn)為突涌水泥土圍護護墻的計算算分析方法法和設(shè)計墻體應(yīng)力驗驗算水泥土圍護護墻的計算算分析方法法和設(shè)計格柵截面驗驗算水泥土重力力式圍護墻墻結(jié)構(gòu)加固固體平面通通常呈格柵柵型布置，，每個格子子的土體面面積A應(yīng)滿足水泥土圍護護墻的計算算分析方法法和設(shè)計式中：u--格子的的周長(m)分項系數(shù)，，對砂土和和粉質(zhì)砂土土取1.0，粘土取取2.0墻體變形計計算水泥土圍護護墻的計算算分析方法法和設(shè)計水泥土重力力式圍護墻墻的平面布布置三軸攪拌樁樁水泥土重力力式圍護墻墻的構(gòu)造要要求水泥土重力力式圍護墻墻的平面布布置雙軸攪拌樁樁水泥土重力力式圍護墻墻的構(gòu)造要要求水泥土重力力式圍護墻墻的平面布布置高壓旋噴注注漿水泥土重力力式圍護墻墻的構(gòu)造要要求水泥土重力力式圍護墻墻的豎向布布置水泥土重力力式圍護墻墻的構(gòu)造要要求水泥土重力力式圍護墻墻坑底以下下的插入深深度D一般可取開開挖深度h0的0.8~1.4倍，斷面布布置有等斷斷面布置、、臺階形布布置等。水泥土重力力式圍護墻墻加固體技技術(shù)要求1．水泥土水水泥摻合量量以每立方方加固體所所拌和的水水泥重量計計，常用摻摻合量為雙雙軸水泥土土攪拌樁12~15%，三軸水泥泥土攪拌樁樁18~22%，高壓噴射射注漿不少少于25%。2．水泥土加加固體的強強度以齡期期28天的無側(cè)限限抗壓強度度qu為標準，qu應(yīng)不低于0.8MPa。3．水泥土加加固體的滲滲透系數(shù)不不大于10-7cm/sec，水泥土圍圍護墻兼作作隔水帷幕幕。4．水泥土重重力式圍護護墻攪拌樁樁搭接長度度應(yīng)不小于于200mm。墻體寬度度大于等于于3.2m時，前后墻墻厚度不宜宜小于1.2m。在墻體圓圓弧段或折折角處，搭搭接長度宜宜適當加大大。水泥土土加固體在在習(xí)慣上稱稱為攪拌樁樁，相鄰樁樁搭接部分分的截面積積為雙弧形形，搭接長長度200mm指攪攪拌拌轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸軸中中心心連連線線位位置置的的最最大大搭搭接接長長度度。。5．水水泥泥土土重重力力式式圍圍護護墻墻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角角及及兩兩側(cè)側(cè)剪剪力力較較大大的的部部位位應(yīng)應(yīng)采采用用攪攪拌拌樁樁滿滿打打、、加加寬寬或或加加深深墻墻體體等等措措施施對對圍圍護護墻墻進進行行加加強強。。6．當當基基坑坑開開挖挖深深度度有有變變化化，，圍圍護護墻墻體體寬寬度度和和深深度度變變化化較較大大的的斷斷面面附附近近應(yīng)應(yīng)當當對對墻墻體體進進行行加加強強。。水泥泥土土圍圍護護墻墻的的計計算算分分析析方方法法和和設(shè)設(shè)計計水泥泥土土重重力力式式圍圍護護墻墻壓壓頂頂板板及及聯(lián)聯(lián)結(jié)結(jié)的的構(gòu)構(gòu)造造1．水水泥泥土土重重力力式式圍圍護護墻墻結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)頂頂部部需需設(shè)設(shè)置置150～200mm厚的的鋼鋼筋筋混混凝凝土土壓壓頂頂板板，，壓壓頂頂板板應(yīng)應(yīng)設(shè)設(shè)置置雙雙向向配配筋筋，，鋼鋼筋筋直直徑徑不不小小于于φ8，間間距距不不大大于于200mm。墻墻頂頂現(xiàn)現(xiàn)澆澆的的混混凝凝土土壓壓頂頂板板是是水水泥泥土土重重力力式式圍圍護護墻墻的的一一個個組組成成部部分分，，不不但但有有利利于于墻墻體體整整體體性性，，防防止止因因坑坑外外地地表表水水從從墻墻頂頂滲滲入入擋擋墻墻格格柵柵而而損損壞壞墻墻體體，，也也有有利利于于施施工工場場地地的的利利用用。。2．水水泥泥土土重重力力式式圍圍護護墻墻內(nèi)內(nèi)、、外外排排加加固固體體中中宜宜插插入入鋼鋼管管、、毛毛竹竹等等加加強強構(gòu)構(gòu)件件。。加加強強構(gòu)構(gòu)件件上上端端應(yīng)應(yīng)進進入入壓壓頂頂板板，，下下端端宜宜進進入入開開挖挖面面以以下下。。目目前前常常用用的的方方法法是是內(nèi)內(nèi)排排或或內(nèi)內(nèi)外外排排攪攪拌拌體體內(nèi)內(nèi)插插鋼鋼管管，，深深度度至至開開挖挖面面以以下下，，對對開開挖挖較較淺淺的的基基坑坑，，可可以以插插毛毛竹竹，，毛毛竹竹直直徑徑不不小小于于50mm。3．水水泥泥土土加加固固體體與與壓壓頂頂板板之之間間應(yīng)應(yīng)設(shè)設(shè)置置連連接接鋼鋼筋筋。。連連接接鋼鋼筋筋上上端端應(yīng)應(yīng)錨錨入入壓壓頂頂板板，，下下端端應(yīng)應(yīng)插插入入水水泥泥土土加加固固體體中中1～2米，，間間隔隔梅梅花花形形布布置置。。水泥泥土土圍圍護護墻墻的的計計算算分分析析方方法法和和設(shè)設(shè)計計雙軸軸水水泥泥土土攪攪拌拌機機水泥泥土土圍圍護護墻墻的的施施工工雙軸軸水水泥泥土土攪攪拌拌機機配套套設(shè)設(shè)備備1．灰灰漿漿泵泵2．灰灰漿漿攪攪拌拌機機3．灰灰漿漿集集料料斗斗4．樁樁架架施工工準準備備水泥泥土土圍圍護護墻墻的的施施工工1．技技術(shù)術(shù)準準備備進行行加加固固土土室室內(nèi)內(nèi)配配合合比比試試驗驗，，依依據(jù)據(jù)設(shè)設(shè)計計施施工工圖圖和和環(huán)環(huán)境境調(diào)調(diào)查查與與分分析析，，編編制制施施工工組組織織設(shè)設(shè)計計，，安安排排好好圍圍護護攪攪拌拌樁樁的的施施工工順順序序，，通通過過試試成成樁樁，，選選擇擇最最佳佳水水泥泥摻摻量量，，確確定定水水泥泥土土攪攪拌拌樁樁施施工工工工藝藝參參數(shù)數(shù)。。2．材材料料準準備備水泥泥進進場場，，按按每每一一袋袋裝裝水水泥泥或或散散裝裝水水泥泥出出廠廠編編號號進進行行取取樣樣、、送送檢檢。。搭搭設(shè)設(shè)水水泥泥棚棚，，布布置置漿漿液液拌拌站站，，面面積積宜宜大大于于40m2，一一般般泵泵送送距距離離不不宜宜大大于于100m。3．場場地地準準備備清表表及及原原地地面面整整平平。。溝溝槽槽開開挖挖。。樁樁位位放放樣樣。。4．設(shè)設(shè)備備準準備備設(shè)備備進進場場。。樁樁機機就就位位。。施工工工工藝藝水泥土圍圍護墻的的施工雙軸施工工要點水泥土圍圍護墻的的施工工藝試成成樁試成樁的的目的是是確定各各項施工工技術(shù)參參數(shù)a.攪拌機鉆鉆進深度度、樁底底、樁頂頂或噴、、停漿面面標高；；b.攪拌機提提升速度度與漿泵泵流量的的匹配；；c.每m樁長或每每根樁的的送漿量量、漿液液到達噴噴漿口的的時間；；d.雙軸攪拌拌機單位位時間（（min）內(nèi)，固固化劑漿漿液的噴噴出量q（KN），取決決于攪拌拌頭葉片片直徑、、固化劑劑摻入比比及攪拌拌機鉆頭頭提升速速度。雙軸施工工要點水泥土圍圍護墻的的施工施工參數(shù)數(shù)與質(zhì)量量標準水泥土攪攪拌樁采采用PO42.5新鮮普通通硅酸鹽鹽水泥，，單幅樁樁斷面一一般Ф700@500雙頭搭接接200mm，常用水水泥摻入入比為被被加固濕濕土重的的12%～15%，在暗浜浜區(qū)水泥泥摻量應(yīng)應(yīng)再適當當提高，，水灰比比0.45～0.55。攪拌樁樁垂直度度偏差不不得小于于1%，樁位偏偏差不得得大于50mm，樁徑偏偏差不得得大于4%。雙軸施工工要點水泥土圍圍護墻的的施工施工漿液液拌制及及管理水泥漿液液應(yīng)按預(yù)預(yù)定配合合比拌制制，每根根樁所需需水泥漿漿液一次次單獨拌拌制完成成；制備備好的泥泥漿不得得離析，，停置時時間不得得超過2h，否則予予以廢棄棄，漿液液倒入時時應(yīng)加篩篩過濾，，以免漿漿內(nèi)結(jié)塊塊，損壞壞泵體。。供漿必必須連續(xù)續(xù)，攪拌拌均勻。。一旦因因故停漿漿，為防防止斷樁樁和缺漿漿，應(yīng)使使攪拌機機鉆頭下下沉至停停漿面以以下1.0m，待恢復(fù)復(fù)供漿后后再噴漿漿提升。。如因故故停機超超過3h，應(yīng)先拆拆卸輸漿漿管路，，清洗后后備用，，以防止止?jié){液結(jié)結(jié)硬堵管管。泵送送水泥漿漿前管路路應(yīng)保持持濕潤，，以便輸輸漿。應(yīng)應(yīng)定期拆拆卸清洗洗漿泵，，注意保保持齒輪輪減速箱箱內(nèi)潤滑滑油的清清洗。雙軸施工工要點水