水泥桩基坑支护设计与施工可行研究

浅谈软土深基坑支护设计与施工【摘要】：结合上海宝钢集团浦钢搬迁罗泾工程宽厚板轧机工程淬火机、管廊及冲渣沟基坑支护设计与施工，根据现场的地质条件及施工条件，讨论上海地区软土10m以上深基坑支护体系采用水泥土搅拌桩的设计与施工的可行性。关键词：深基坑水泥土搅拌桩轻型井点降水监测1、工程概况浦钢搬迁罗泾工程宽厚板轧机精整区工程场地位于浦钢罗泾基地纬六路与纬三路之间，西侧与成品库衔接，东侧与轧二标相连。其中淬火机、管廊及冲渣沟基础基坑位于H～M列50～54线，基坑南侧靠近H列51～53线，基坑北侧与纬六路相连。基坑形状基本呈长方形，南北长约172.30m、东西宽39.30m（北部）~64.10m（南部），开挖深度为－6.00～－11.40m。基坑位于H～M列50～54线，基坑南侧靠近H列51～53线，基坑北侧与纬六路相连。本次施工还包括8个柱基。设备基础埋深为－6.00～－11.40m。柱基埋深为JH51（－8.60m）、52（－7.60m）、53（－6.60m），JK51（－9.10m）、52（－9.10m）、53（－9.10m），JL51（－9.60m）、53（－7.10m）。本工程±0.000相当于绝对高程＋4.850m。场地自然地面标高约为-0.750m。本施工区域内地坪桩较多，施工平面紧张，专业间穿插交叉作业，且临近雨季施工，需及早采取措施保证边坡稳定。2、工程水文地质拟建场地原为农田。工程地区地面标高3.44～5.70m，素填土厚0.5～4.70m，主要是粘性土组成。地下水稳定水位埋深0.50～0.70m，设计和施工时地下水水位取1.50m。各层土的物理力学指标见下表层名土层名称层底标高m含水量%重度KN/m3内摩檫角Φ内聚力Kpa渗透系数KHcm/S①1素填土3.44～1.76①2浜填土1.04～-1.04②粉质粘土1.77～-0.5329.218.619.526.02.41x10-5③1淤泥质粉质粘土0.94～-0.8637.217.616.511.02.44x10-5③2砂质粉土-2.06～-4.5029.718.624.08.03.13x10-4③3淤泥质粉质粘土-4.36～-7.6140.117.415.010.03.96x10-6④淤泥质粘土-13.86～-18.7148.916.811.512.05.04x10-73、基坑设计由于没有场地限制，就近又有堆土场，从经济角度考虑整个基坑采用放坡大开挖法，基本分为3级坡，坡度从上到下分别为1:1、1:1.25、1:1.5，中间设2级马道，宽3m，并分别作为一级、二级轻型井点设置位置。基坑坡面由内布一层BWAR25*3.5－30*1型钢丝网的3cm厚M10水泥砂浆抹面护坡的围护形式，另在现场准备一些草袋，如基坑开挖后，基坑变形超过报警值，进行加固处理。深基坑如下图所示：3.1基坑支护设计本次基坑支护只针对基坑内设备基础高低差，拟采取水泥土搅拌桩重力挡土墙支护处理。采用双头Φ700mm水泥土搅拌桩，搭接长度为200mm，水泥土搅拌桩水泥掺量15％，水泥采用32.5级普通硅酸岩水泥，为了使水泥浆具有良好的和易性和加固效果，必须严格控制水灰比，由于本工程土质含水量较大，故采用较低的水灰比，水灰比控制在0.4～0.5，搅拌桩垂直度不大于0.5％。基坑开挖深度为10.4m，采用厚度为3.2m的搅拌桩围护结构，桩长为15.7m，桩顶标高为-5.8m。以基坑1-1剖面为例，对搅拌桩围护结构验算如下：计算时考虑地面超载20kPa。3.220(粉质粘土)(粉质砂土)(淤泥质粘土)(淤泥质粘土)(粉质粘土)7.510.511Pa=1507kN4.68mPp=1968kN3.83mG=980kNO抗倾覆K=1.29抗滑移K=1.55抗倾覆/抗滑移验算水土合算,三角形荷载3.220(粉质粘土)(粉质砂土)(淤泥质粘土)(淤泥质粘土)(粉质粘土)10.511YXO安全系数K=1.51,圆心O(-2.91,4.08)整体稳定验算20(粉质粘土)(粉质砂土)(淤泥质粘土)(淤泥质粘土)(粉质粘土)7.510.511Prandtl:K=3.12Terzaghi:K=3.61墙底抗隆起验算抗管涌验算:按砂土，安全系数K=5.066按粘土，安全系数K=5.757l列电缆隧道51线端部包络图(水土合算,矩形荷载)40200-20-400246810121416182022深度(m)水平位移(mm)Max:27.14002000-200-4000246810121416182022深度(m)弯矩(kN*m/m)-273.9~0100500-50-1000246810121416182022深度(m)剪力(kN/m)-72.6~50.1泥土加固体坑底截面处应力计算：2001BM6h－＝Ju2002K2qBM6qh）（＋＋＝M－弯距（KN·m）0－水泥土的重度（KN/m3）h0－开挖深度（m）B－水泥土围护墙宽度η－墙体截面水泥土置换率，为水泥土加固体和墙体截面积之比KJ－安全系数，通常取2.0。Qu-无侧限抗压强度（KPa），取1000KPa2001BM6h－＝＝19×10.5-6×62.3/3.22=163＞0Ju2002K2qBM6qh）（＋＋＝=19×10.5＋6×62.3/(0.8×3.22)＋20=245.13≤1000/4=250计算结果符合规范要求。3.2基坑降水设计挖土范围内所遇土层多为软土层，从上而下为素填土、粉质粘土、淤泥质粉质粘土、砂质粉土、粘质粉土，混合渗透系数5*10-5cm/s,根据武汉勘察研究院提供的地质报告，现场素填土及浜填土较厚（3m左右）。基坑拟采用轻型井点降水。井点埋设深度验算以基坑1-1剖面为例，对井点埋设深度验算如下：h＝h，－h-(h1+1/2iL)=7.8-0.5-｛(11.3-5.0)+0.1×0.5×18.5｝＝0.075m0备注：h，—井点管长度，目前我公司采用的井点管长度为7.8m。h1—总管埋设面与基底的距离。h—基坑底面至降水后的地下水位线的距离，取0.5mI—水力坡度，取0.1。L—井点管至基坑中心的水平距离。二级井点管埋设深度满足降水要求，因此采用二级井点降水能满足本工程需要。4、基坑施工4.1搅拌桩施工基坑支护采用4台搅拌桩机进行施工（J1＃、J2＃、J3＃、J4＃）。J1＃、J2＃搅拌桩机施工H～K列51～53线搅拌桩,J3＃搅拌桩机施工K～L列51～52线搅拌桩,J4＃搅拌桩机施工L～M列51～52线搅拌桩。搅拌桩机送浆压力为1～2mpa，桩上部土采用较低的压力，桩下部土采用较高的压力，淤泥土层适当加大送浆压力。水泥和原状土须均匀拌和，下沉及提升均为喷浆搅拌，下沉速度为0.5～1.0m/min，提升速度为0.6～1.0m/min，重复搅拌两次，以保证水泥浆与土充分搅拌混合，确保搅拌桩的成桩质量。4.2轻型井点施工采用高压水枪冲孔，高压水压力大约7kg/cm2左右，孔径300mm,孔底深于井点滤头底部500mm。冲孔完成后，先在孔内灌入少量砂，然后迅速插入井点管，之后开始填砂，井管在填砂过程中应不断摇晃，以保证填砂充实，且有利于较高浓度泥浆水从井点管内溢出，滤料采用粗砂，人工回填，至井管顶标高500mm时，粘土封口。井点每打入一组，应立即运转，射流泵日常运转真空度不得小于0.07Mpa，设专人值班，认真填写值班日记，及时更换水泵盘根。成孔后泥浆水及时排走，不得循环使用，射流泵排水长度20m。4.3基坑土方施工在基坑支护土体的强度达到设计要求及地下水位满足土方开挖要求时，进行土方作业施工。基坑土方开挖主要采用机械开挖，人工配合挖土、清底。开挖时严格按时空效应理论组织施工，考虑本基坑开挖最深深度为-11.40m，根据设计要求，挖出一段立即浇筑，确保基坑安全。开挖中坚持“分层、分块、均衡、对称、先中间后两边”的原则，开挖过程中临时边坡放坡严格按规范进行。1）土方开挖在基坑支护墙体强度达到设计强度1.0Mpa，水位降低至坑底以下1.0m后进行。2）土方开挖采用分层对称开挖，两台反铲接力挖土。3）在开挖土方接近坑底（30cm左右）时，辅以人工挖土整平，防止超挖、扰动基底土体，基底四周及时挖好排水沟和集水井，随时抽排基底积水。4）土方开挖时，坑边10m范围内严禁堆放弃土。5）在挖土时，基坑支护产生机械挖土盲区，盲区内土方用人工挖土堆在机械挖土范围内，以便挖出装车外运。6）在开挖过程中，对地下墙接缝或墙体上出现渗漏水现象要及时封堵，严防小股流砂引起地面沉陷，导致地下支护结构失稳。4.4施工监测由于施工场地开阔，基坑周围除已施工的基桩和西侧2个柱基外，无其它建（构）筑物和地下管线，本基坑的监测内容为边坡土体水平位移（测斜）；边坡顶水平位移；边坡顶垂直位移（沉降）；围护体（搅拌桩）顶水平位移；围护体（搅拌桩）顶垂直位移（沉降）；地下水位；坑底隆起；柱基沉降；柱基水平位移。测点布置布置如下图：深基坑支护监测点位图从监测结果来看，本基坑的支护体系是安全可靠的。各项数据均未到达报警值。（监测数据略）5、体会与建议5.1本基坑采用卸荷双头Φ700mm水泥土搅拌桩的支护体系，外加轻型井点降水，实践证明是可行的。软土深基坑10m以上采用该支护体系也是可行的。5.2本基坑采用卸载水泥土搅拌桩加井点降水的支护方法较灌注桩、SMW工法及地下连续墙，较大地减少了造价，缩短了施工工期。5.3支护体系设计中，除了对土压力、桩身应力变形仔细计算外，还要对抗倾覆、抗滑移、整体稳定性、基底隆起、抗管涌进行验算，确保基坑设计安全。5.4轻型井点降水要经常检查井点系统真空度，如低于0.07Mpa，应对相应的漏气部位进行修复。待基础底板砼强度达到80%并且基础回填时，方可拆除井点。参考文献：1.《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-992.《基坑工程设计规程》DBJ08-61-973.《地基基础设计规范》DGJ08-11-19994.深基坑工程设计施工手册，龚晓南，中国建筑工业出版社，1998