深基坑工程第三章

水泥土墻工程一、概述

水泥土墻：利用水泥材料為固化劑，采用特殊的拌合機械（深層攪拌機或高壓噴射）在地基土中就地將原狀土和固化劑強制拌合，經(jīng)過一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，形成具有一定強度、整體性和水穩(wěn)定性的加固土圓柱體（水泥土樁），由這些水泥土樁兩兩相互搭接而形成的連續(xù)壁狀的加固體。水泥土樁深層攪拌樁高壓噴射旋噴樁水泥土二、水泥土攪拌樁與高壓噴射注漿樁（一）水泥土攪拌樁1.施工設(shè)備：深層攪拌機（濕法和干法）2.水泥土的物理力學(xué)特性3.加固機理及影響因素4.水泥土攪拌樁的特點深層攪拌機深層單軸攪拌機攪拌葉片水泥土的工程程特性（1）水泥土土的物理性質(zhì)質(zhì)1）重度當水泥摻入比比在8%～20%之間，水泥土土重度比原土土增加約3%～6%。2）含水量隨水泥摻合量量的增大而降降低，一般比比原土降低15％～18%。3）抗?jié)B性性滲透系數(shù)k一般在10-8～10-9cm/s。（2）水泥土土的力學(xué)性質(zhì)質(zhì)1）無側(cè)限抗抗壓強度水泥土的無側(cè)側(cè)限抗壓強度度qu在0.3～4.0MPa之間，比原狀狀土提高幾十十倍乃至幾百百倍。2）抗拉強度度水泥土抗拉強強度與抗壓強強度有一定關(guān)關(guān)系，一般情情況下，抗拉拉強度在（0.15～～0.25））qu之間間。。3））抗抗剪剪強強度度當水水泥泥土土qu=0.5～～4MPa時，，其其粘粘聚聚力力c在100～～1000kPa之間間，，其其摩摩擦擦角角在20～30之間間。。4））變變形形特特性性當qu=0.5～～4.0MPa時，，其其50d后的的變變形形模模量量相相當當于于（120～～150））qu。加固固機機理理（1））水水泥泥的的水水解解水水化化反反應(yīng)應(yīng)（2））土土顆顆粒粒與與水水泥泥水水化化物物的的作作用用1））離離子子交交換換和和團團粒?；髯饔糜?））硬硬凝凝反反應(yīng)應(yīng)（3））碳碳酸酸化化作作用用（1））基基本本不不存存在在擠擠土土效效應(yīng)應(yīng)，，對對周周圍圍地地基基擾擾動動小小；；（2））可可根根據(jù)據(jù)不不同同土土質(zhì)質(zhì)和和工工程程設(shè)設(shè)計計要要求求，，合合理理選選擇擇固固化化劑劑及及配配方方，，應(yīng)應(yīng)用用較較為為靈靈活活；；（3））施施工工無無振振動動，，無無噪噪音音，，污污染染小小，，可可在在市市區(qū)區(qū)和和建建筑筑物物密密集集地地帶帶施施工工；；（4））土土體體加加固固后后，，重重度度基基本本不不變變，，軟軟弱弱下下臥臥層層不不致致產(chǎn)產(chǎn)生生較較大大附附加加沉沉降降；；（5））結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)型型式式靈靈活活多多樣樣，，可可根根據(jù)據(jù)工工程程需需要要，，選選用用柱柱狀狀、、壁壁狀狀、、格格柵柵狀狀或或塊塊狀狀。。（6））隔隔水水防防滲滲性性能能良良好好，，基基坑坑內(nèi)內(nèi)外外可可以以有有水水位位差差。。水泥泥土土攪攪拌拌樁樁的的特特點點（二二））高高壓壓噴噴射射注注漿漿法法1.高高壓壓噴噴射射注注漿漿樁樁的的分分類類（1））按按照照噴噴射射流流移移動動軌軌跡跡分分類類：：旋噴噴、、定定噴噴和和擺擺噴噴。。單管管（漿漿液液））雙管管（內(nèi)內(nèi)漿漿外外氣氣））三重重管管（氣、、水水、、漿漿））（2））按按注注漿漿管管類類型型分分類類：：單管管法法、、雙雙管管法法、、三三管管法法和和多多重重管管法法。。bcada.柱狀狀b.壁壁狀狀c.格格柵柵狀狀d.塊塊狀狀（3））按按照照加加固固體體形形狀狀分分類類：：柱狀狀、、壁壁狀狀、、格格柵柵狀狀和和塊塊狀狀。。2.高高壓壓噴噴射射注注漿漿樁樁的的特特點點及及適適用用范范圍圍主要要特特點點：：適用用范范圍圍廣廣、、施施工工靈靈活活方方便便、、環(huán)環(huán)保保效效果果好好。。適用用范范圍圍：：適用用于于處處理理淤淤泥泥、、淤淤泥泥質(zhì)質(zhì)土土、、流流塑塑、、軟軟塑塑或或可可塑塑粘粘性性土土、、粉粉土土、、砂砂土土、、黃黃土土、、素素填填土土和和碎碎石石土土等等地地基基。。不宜宜用用于于處處理理硬硬粘粘性性土土、、含含較較多多塊塊石石或或大大量量植植物物根根莖莖以以及及地地下下水水流流速速過過大大的的地地基基。。三、、水水泥泥土土墻墻的的設(shè)設(shè)計計（一一））一一般般規(guī)規(guī)定定適用用條條件件：：水泥泥土土擋擋墻墻適適用用于于開開挖挖深深度度不不大大于于7m的淤淤泥泥和和淤淤泥泥質(zhì)質(zhì)土土基基坑坑。。水泥泥摻摻入入量量：：水泥泥土土擋擋墻墻所所用用的的深深層層攪攪拌拌樁樁水水泥泥摻摻入入量量宜宜為為被被加加固固土土重重量量的的15%~18%。按50cm直直徑徑計計算算，，每每米米長長度度樁樁約約為為0.2立立方方米米，，淤淤泥泥重重度度約約1.5t/m3，，每米米長長度度樁樁土土重重約約300kg，，每每米米樁樁長長水水泥泥用用量量45~54kg。。（（同同樣樣直直徑徑，，旋旋噴噴樁樁每每米米樁樁長長水水泥泥用用量量130kg））（二二））水水泥泥土土墻墻的的布布置置1.平平面面布布置置水泥泥土土墻墻平平面面布布置置可可采采用用壁狀狀體體。若若壁壁狀狀的的擋擋墻墻寬寬度度不不夠夠時時，，可可加加大大寬寬度度，，做做成成格柵柵狀狀支護護結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，，即即在在支支護護結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)寬寬度度內(nèi)內(nèi)，，不不需需整整個個土土體體都都進進行行攪攪拌拌加加固固，，可可按按一一定定間間距距將將土土體體加加固固成成相相互互平平行行的的縱縱向向壁壁，，再再沿沿縱縱向向按按一一定定間間距距加加固固肋肋體體，，用用肋肋體體將將縱縱向向壁壁連連接接起起來來。。壁狀狀格柵柵狀狀（格格柵柵狀狀可可改改進進成成全全處處理理，，三三角角形形布布置置））（（置置換換率率0.907））水泥泥土土墻墻應(yīng)應(yīng)盡盡可可能能避避免免向向內(nèi)內(nèi)的的折折角角而而采采用用向向外外拱拱的的折折線線形形，，以以利利減減小小支支護護結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)位位移移，，避避免免由由于于兩兩個個方方向向的的位位移移而而使使水水泥泥土土墻墻內(nèi)內(nèi)折折角角處處出出現(xiàn)現(xiàn)裂裂縫縫。。支護結(jié)結(jié)構(gòu)沿沿地下下結(jié)構(gòu)構(gòu)底板板外圍圍布置置，且且與底底板應(yīng)應(yīng)保持持一定定凈距距，以以便于于底板板、墻墻板側(cè)側(cè)模的的支撐撐與拆拆除，，并保保證地地下結(jié)結(jié)構(gòu)外外墻板板防水水層施施工作作業(yè)空空間。。（1））樁的的搭接接：水泥土土樁與與樁之之間的的搭接接寬度度不宜宜小于于150mm；；當攪攪拌樁樁較長長時，，應(yīng)考考慮施施工時時垂直直度偏偏差問問題，，增加加設(shè)計計搭接接寬度度。常常規(guī)設(shè)設(shè)計中中搭接接寬度度200mm。。（2））水泥泥土墻墻采用用格柵柵布置置時，，格柵柵的面面積置置換率率對于于淤泥泥不宜宜小于于0.8，，淤泥泥質(zhì)土土不宜宜小于于0.7，，一般般粘性性土及及砂土土不宜宜小于于0.6；；格柵柵內(nèi)側(cè)側(cè)長寬寬比不不宜大大于2。2.構(gòu)構(gòu)造要要求面積置換率=例：樁徑0.6m，，搭接接0.15m,上、、下每每邊減減去0.015/2在2.25m長長度內(nèi)內(nèi)，用用24根0.6m樁樁徑的的樁，，面積積6.78平米米。6.78/2.25/0.9=3.35m每個格格柵內(nèi)內(nèi)的土土體面面積應(yīng)應(yīng)符合合下式式要求求：A──格格柵內(nèi)內(nèi)土體體的截截面面面積；；δ──計計算系系數(shù)；；對粘粘性土土，取取δ＝0.5；對砂砂土、、粉土土，取取δ＝0.7；c──格格柵內(nèi)內(nèi)土的的粘聚聚力；；u──計計算周周長；；γm──格格柵內(nèi)內(nèi)土的的天然然重度度；對成層層土，，取水水泥土土墻深度范范圍內(nèi)內(nèi)各層層土按按厚度加權(quán)權(quán)的平平均天天然重重度。。樁徑0.6m，，搭接接0.15m，，樁距距0.45m，，4×0.45-0.6/4××2=1.5m5×0.45-0.6/4××2=1.95mu=1.5×2+1.95××2=6.90c取6kPa，，6*6.9/15=2.76m21.5*1.95=2.925m2再乘以以系數(shù)數(shù)d,肯肯定不不滿足足要求求3.剖剖面形形式水泥土土擋墻墻支護護結(jié)構(gòu)構(gòu)斷面面形式式4.嵌嵌固深深度和和寬度度嵌固深深度：：對淤泥泥質(zhì)土土，不不宜小小于1.2h，對淤淤泥，，不宜宜小于1.3h。擋墻寬寬度：：對淤泥泥質(zhì)土土，不不宜小小于0.7h，對淤淤泥，，不宜宜小于0.8h。重力式式水泥泥土墻墻采用用格柵柵狀布布置時時，由由于加固土土的重重度與與天然然土的的重度度接近近，按按樁體體與它它所包包圍的的土體體共同同作用用考慮慮，通通常取取格柵柵狀外外包線線寬度度作為為擋墻墻寬度度。5.水水泥土土墻體體強度度水泥土土墻體體28d無側(cè)限限抗壓壓強度度不宜宜小于于0.8MPa。當需需要增增強墻墻身的的抗拉拉性能能時，，可在在水泥泥土樁樁內(nèi)插插入桿桿筋。。桿筋筋可采采用鋼鋼筋、、鋼管管或毛毛竹。。桿筋筋的插插入深深度宜宜大于于基坑坑深度度。桿桿筋應(yīng)應(yīng)錨入入面板板內(nèi)。。6.水水泥土土墻頂頂面宜宜設(shè)置置混凝凝土連連接面面板，，面板板厚度度不宜宜小于于150mm,混凝凝土強強度等等級不不宜低低于C15。（三））水泥泥土墻墻設(shè)計計計算算1.破破壞形形式及及設(shè)計計方法法（1））墻體體強度度破壞壞墻身材材料應(yīng)應(yīng)力超超過抗抗拉、、抗壓壓或抗抗剪強強度而而使墻墻體斷斷裂。。截面選選擇：：基坑面面以下下主動動、被被動土土壓力力強度度相等等處（（剪力力最大大）基坑底底面處處（彎彎矩最最大））水泥土土墻的的截面面突變變處（（截面面面積積減小?。┓椒ǎ海赫孛婷鎽?yīng)力力驗算算。（2））穩(wěn)定定性破破壞a）傾傾覆破破壞；；b））整體體破壞壞；c）基基坑隆隆起破破壞墻整體體傾覆覆墻整體體滑移移土體整整體滑滑動墻下地地基承承載力力不足足而使使墻體體下沉沉并伴伴隨基基坑隆隆起地下水水滲流流造成成的土土體滲滲透破破壞水泥土土墻事事故2.水水泥土土墻的的設(shè)計計計算算（1））水泥泥土墻墻的設(shè)設(shè)計步步驟a)根據(jù)土土體整整體穩(wěn)穩(wěn)定性性安全全系數(shù)數(shù)或基基坑抗抗隆起起條件件確定定水泥泥土墻墻嵌固固深度度。已已有資資料分分析表表明，，根據(jù)據(jù)整體體穩(wěn)定定求得得的嵌嵌固深深度能能夠滿滿足抗抗隆起起條件件。b)根據(jù)抗抗傾覆覆條件件確定定水泥泥土墻墻的寬寬度。。此寬寬度一一般情情況下下也能能滿足足抗滑滑移穩(wěn)穩(wěn)定條條件。。C)特殊條條件下下（如如各土土層性性質(zhì)變變化較較大））進一一步驗驗算抗抗隆起起和抗抗滑移移安全全條件件。d)驗算水水泥土土墻強強度。。e)計算墻墻頂位位移。。（2））計算算公式式a)抗滑移移穩(wěn)定定性b)抗傾覆覆穩(wěn)定定性對于水水泥墻墻坑內(nèi)內(nèi)腳，，總的的抗傾傾覆力力矩與與總傾傾覆力力矩之之比，，Eak、Epk中包含含水壓壓力c)土體整整體穩(wěn)穩(wěn)定性性費倫紐紐斯條條分法法粘性土土坡的的條分分法滑面為為曲面面，近近似為為圓弧弧面1.瑞瑞典典條分分法（（費倫倫紐斯斯條分分法））不考慮慮單一一土條條力的的不平平衡各土條條安全全系數(shù)數(shù)相同同（抗抗剪強強度發(fā)發(fā)揮作作用相相同））根據(jù)總總滑動動力矩矩與總總抗滑滑力矩矩平衡衡考慮滑滑動力力矩與與抗滑滑力矩矩平衡衡，條條間作作用力力對圓圓心力力矩作作為內(nèi)內(nèi)力抵抵消Wi——條塊塊重量量,包包括上上覆荷荷載ai-i條條塊滑面傾傾角li-i條塊塊滑面長長度選取不不同圓圓心與與半徑徑，安安全系系數(shù)最最小的的滑面面為最最危險險滑面面，該該安全全系數(shù)數(shù)代表表土坡坡穩(wěn)定定性c)土體整整體穩(wěn)穩(wěn)定性性費倫紐紐斯條條分法法由于水水泥土土強度度比淤淤泥土土大得得多，，最危危險滑滑面（（安全全系數(shù)數(shù)最小小）繞繞墻腳腳，水水泥土土墻嵌嵌入深深度小小，安安全系系數(shù)小小，會會不滿滿足安安全要要求。。以安安全系系數(shù)大大于等等于1.3來確確定水水泥土土墻嵌嵌入深深度。。經(jīng)驗值值：樁長：：擋墻寬寬度：：

d)墻體正正截面面應(yīng)力力驗算算拉應(yīng)力力壓應(yīng)力力剪應(yīng)力力矩形截截面，，彎矩矩作用用下，，抵抗抗矩：：驗算拉拉應(yīng)力力時減減去自自重應(yīng)應(yīng)力驗算壓壓應(yīng)力力時加加上自自重應(yīng)應(yīng)力乘乘以重重要性性系數(shù)數(shù)與安安全系系數(shù)抗拉強強度取取開挖挖時抗抗壓強強度的的15%抗剪強強度取取抗壓壓強度度的1/6。m—墻墻體材材料的的抗剪剪斷系系數(shù)，，0.4~0.5BLM水平位位移可可采用用經(jīng)驗驗公式式法、、彈性性地基基“m”法和和非線線性有有限元元法進進行計計算。。e)水泥土土墻的的水平平位移移計算算當插入入深度度hd＝(0.8～1.2)h（h為基坑坑開挖挖深度度），，墻寬寬b＝(0.6～1.0)h時，可可采用用下列列經(jīng)驗驗公式式進行行估算算：式中δ——墻墻頂水水平位位移計計算值值；Lmax——基坑最最大邊邊長；；ξ———施工工質(zhì)量量系數(shù)數(shù)，取取0.8～～1.5，，質(zhì)量量越好好，取取值越越小；；η———量綱綱換算算系數(shù)數(shù)，δδ單位位用mm時時，ηη=1，δ單位位用cm時時，η=10。上海?！痘涌庸すこ坛碳技夹g(shù)術(shù)規(guī)規(guī)范范》建議議方方法法水泥泥土土墻墻計計算算圖圖式式1）假定

根據(jù)土質(zhì)情況和基坑開挖深度，先按經(jīng)驗設(shè)定樁長和墻的寬度：樁長：擋墻寬度：2））土土壓壓力力計計算算為簡簡化化計計算算，，對對成成層層分分布布的的土土體體，，墻墻底底以以上上各各層層土土的的物物理理力力學(xué)學(xué)指指標標按按層層厚厚加加權(quán)權(quán)平平均均計計算算。。3））抗抗傾傾覆覆計計算算4））抗抗滑滑動動計計算算5））整整體體穩(wěn)穩(wěn)定定性性計計算算重力力式式圍圍護護結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的整整體體穩(wěn)穩(wěn)定定性性計計算算應(yīng)應(yīng)考考慮慮兩兩種種破破壞壞模模式式：：一一種種是是如如圖圖所所示示的的滑滑動動面面通通過過擋擋墻墻的的底底部部；；另一一種種考考慮慮圓圓弧弧切切墻墻的的整整體體穩(wěn)穩(wěn)定定性性，，驗驗算算時時需需計計算算切切墻墻阻阻力力所所產(chǎn)產(chǎn)生生的的抗抗滑滑作作用用，，即即墻墻的的抗抗剪剪強強度度所所產(chǎn)產(chǎn)生生的的抗抗滑滑力力矩矩。。整體體穩(wěn)穩(wěn)定定性性驗驗算算一般般最最危危險險滑滑動動面面在在墻墻底底下下0.5～1.0m。當當墻墻下下土土層層很很差差時時，，危危險險滑滑弧弧的的位位置置還還可可能能更更深深，，此此時時應(yīng)應(yīng)增增大大計計算算深深度度，，直直至至γs值增增大大為為止止。。當當墻墻體體無無側(cè)側(cè)