畢業(yè)設計---深層攪拌樁支護某結構工程設計

1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 設 計（論文）</p><p>　　題 目：深層攪拌樁支護某結構工程設計</p><p>　　學 院：資源與環(huán)境工程學院</p><p>　　專 業(yè)：地質工程</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　深層攪拌樁具有無噪音

2、、無振動、無污染、工效高及成本低等優(yōu)點，是一種新型基坑支護方式，因此，對不同形式下水泥土墻的穩(wěn)定性研究具有重要意義。本文概述了基坑支護中深層攪拌樁支護技術的發(fā)展及應用歷史，介紹了深層攪拌樁的特性、作用機理及影響因素。為廣州某一工程的基坑開挖進行深層攪拌樁支護設計，并對該設計進行理論分析和計算。比較了不同嵌固深度對攪拌樁支護結構穩(wěn)定性的影響，并繪制關系曲線，確定最優(yōu)嵌固深度。得出以下幾點結論：</p><p>　　

3、對于軟土地基而言，當開挖深度不超過7m時，較板樁支護等其他支護方式而言，深層攪拌樁支護具有明顯優(yōu)勢，因此對于這類基坑支護宜采用深層攪拌樁支護。</p><p>　　當基坑土層含大量淤泥質軟土時，深層攪拌樁支護結構的失穩(wěn)主要受抗滑穩(wěn)定性和抗傾覆穩(wěn)定性決定。</p><p>　　當基坑土層含大量淤泥質軟土，且基坑附近有較高堆載時，增加深層攪拌樁的嵌固深度和厚度對提高基坑支護結構的穩(wěn)定性作用不顯

4、著，因此這時宜配合內撐或錨拉，組成混合支護結構對基坑進行支護。</p><p>　　當基坑土層含大量淤泥質軟土，且基坑附近有較高堆載時，深層攪拌樁支護結構的穩(wěn)定性并不一定隨嵌固深度的增加而增加，在某一范圍內反而隨著嵌固深度的增加而減小。如本工程抗傾覆穩(wěn)定性隨著嵌固深度的增加而減小。</p><p>　　此外還提出深層攪拌樁的施工工藝、技術指標、質量控制及變形監(jiān)測等合理建議，對該設計進行經(jīng)濟

5、分析。</p><p>　　關鍵詞：基坑支護；深層攪拌樁；嵌固深度；基坑施工；技術指標</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Deep mixing pile has no noise, no vibration, no pollution, high efficiency and low cost adva

6、ntages, is a new type of foundation pit supporting method, therefore, the cement wall under the different forms of stability study is of great significance. This article summarizes the deep mixing pile supporting technol

7、ogy in the foundation pit supporting the development and application of history, the characteristic of deep mixing pile are introduced, action mechanism and influence factors. For guangzho</p><p>　　1.For sof

8、t soil foundation, when the excavation depth of no more than 7 m, the sheet pile support and other supporting method for deep mixing pile has obvious advantages, so for this kind of foundation pit supporting with deep mi

9、xing pile.</p><p>　　2.When the soil containing large amounts of silt soft soil foundation pit, supporting structure of deep mixing pile buckling mainly by anti-sliding stability and resistance to overturning

10、 stability decision.</p><p>　　3.When soil containing large amounts of silt soft soil foundation pit, the pit near a high heap load, increase the built-in depth and thickness of the deep mixing pile to improv

11、e the stability of foundation pit supporting structure effect was not significant, so this time cooperate to hold or anchor, composed of mixed retaining structure for foundation pit supporting.</p><p>　　4.Wh

12、en the soil containing large amounts of silt soft soil foundation pit, the pile and foundation pit near a high load, the stability of deep mixing pile supporting structure is not necessarily with build-in increase with t

13、he increase of the depth, in a certain range increased with the increase of depth of the built-in instead. Such as resistance to overturning stability of this project will decrease with the increase of built-in depth.<

14、;/p><p>　　In addition the construction technology, technical index of deep mixing pile, quality control and reasonable Suggestions, such as deformation monitoring of economic analysis of the design.</p>

15、<p>　　Key words: foundation pit supporting; Deep mixing pile; Built-in depth; The foundation pit construction; Technical indicators</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I&l

16、t;/b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 前言1</b></p><p>　　第2章 工程背景4</p><p>　　2.1 工程概況4</p><p>　　2.2 場地水文地質情況5</p><p>　　第3

17、章 支護方案的比較6</p><p><b>　　3.1 概述6</b></p><p>　　3.2 內支撐鋼板樁支護9</p><p>　　3.3 人工挖孔樁支護9</p><p>　　3.4 深層攪拌樁支護9</p><p>　　3.5 本章小結10</p><

18、p>　　第4章 深層攪拌樁介紹11</p><p>　　4.1 深層攪拌樁的發(fā)展及應用歷史11</p><p>　　4.2 深層攪拌樁的特性13</p><p>　　4.3 深層攪拌樁的作用機理14</p><p>　　4.4 深層攪拌樁的影響因素15</p><p>　　第5章 深層攪拌樁支護結構設計

19、計算17</p><p><b>　　5.1 概述17</b></p><p>　　5.2 東西面基坑支護結構設計計算17</p><p>　　5.2.1 支護方案設計及基本信息17</p><p>　　5.2.2 支護方案的理論分析及計算22</p><p>　　5.3 南北面基坑支護

20、結構設計計算36</p><p>　　5.3.1 支護方案設計及基本信息36</p><p>　　5.3.2 支護方案的理論分析及計算39</p><p>　　第6章 深層攪拌樁施工方法50</p><p>　　6.1 施工工藝50</p><p>　　6.2 技術指標51</p><p

21、>　　6.3 質量控制52</p><p>　　第7章 基坑開挖及變形監(jiān)測53</p><p>　　7.1 基坑開挖53</p><p>　　7.2 變形監(jiān)測53</p><p>　　第8章 經(jīng)濟分析56</p><p><b>　　結 論57</b></p>&

22、lt;p><b>　　參考文獻58</b></p><p><b>　　致 謝60</b></p><p><b>　　第1章 前言</b></p><p>　　縱觀當今世界，我們不難發(fā)現(xiàn)，由于世界人口的不斷增長，人均土地面積不斷減小，城市的各種建筑物向地下發(fā)展的趨勢逐漸增強，基坑開挖的深

23、度、面積也越來越大。因此，對基坑支護的要求也越來越高。</p><p>　　基坑支護是指為保證地下結構施工及基坑周邊環(huán)境的安全，對基坑側壁及周邊環(huán)境采用的支檔、加固和保護措施的一種方法或技術。常見的基坑支護形式主要有以下幾種：</p><p><b>　　1.放坡開挖</b></p><p>　　適用于周圍場地開闊，周圍無重要建筑物，只要求穩(wěn)定

24、，位移控制無嚴格要求，價錢最便宜，回填土方較大。</p><p>　　2.深層攪拌水泥土圍護墻</p><p>　　深層攪拌水泥土圍護墻是采用深層攪拌機就地將土和輸入的水泥漿強行攪拌,形成連續(xù)搭接的水泥土柱狀加固體擋墻。水泥土圍護墻優(yōu)點:由于一般坑內無支撐,便于機械化快速挖土;具有擋土、止水的雙重功能;一般情況下較經(jīng)濟;施工中無振動、無噪音、污染少、擠土輕微,因此在鬧市區(qū)內施工更顯出優(yōu)越性

25、。水泥土圍護墻的缺點:首先是位移相對較大,尤其在基坑長度大時,為此可采取中間加墩、起拱等措施以限制過大的位移;其次是厚度較大,只有在紅線位置和周圍環(huán)境允許時才能采用,而且在水泥土攪拌樁施工時要注意防止影響周圍環(huán)境。</p><p><b>　　3.高壓旋噴樁</b></p><p>　　高壓旋噴樁所用的材料亦為水泥漿,它是利用高壓經(jīng)過旋轉的噴嘴將水泥漿噴入土層與土體混

26、合形成水泥土加固體,相互搭接形成排樁,用來擋土和止水。高壓旋噴樁的施工費用要高于深層攪拌水泥土樁,但其施工設備結構緊湊、體積小、機動性強、占地少,并且施工機具的振動很小,噪音也較低,不會對周圍建筑物帶來振動的影響和產生噪音等公害,它可用于空間較小處,但施工中有大量泥漿排出,容易引起污染。對于地下水流速過大的地層,無填充物的巖溶地段永凍土和對水泥有嚴重腐蝕的土質,由于噴射的漿液無法在注漿管周圍凝固,均不宜采用該法。</p>

27、<p><b>　　4.槽鋼鋼板樁</b></p><p>　　這是一種簡易的鋼板樁圍護墻,由槽鋼正反扣搭接或并排組成。槽鋼長6～8m ,型號由計算確定。其特點為:槽鋼具有良好的耐久性,基坑施工完畢回填土后可將槽鋼拔出回收再次使用;施工方便,工期短;不能擋水和土中的細小顆粒,在地下水位高的地區(qū)需采取隔水或降水措施;抗彎能力較弱,多用于深度≤4m的較淺基坑或溝槽,頂部宜設置一道支撐或

28、拉錨;支護剛度小,開挖后變形較大。</p><p><b>　　5.鋼筋混凝土板樁</b></p><p>　　鋼筋混凝土板樁具有施工簡單、現(xiàn)場作業(yè)周期短等特點,曾在基坑中廣泛應用,但由于鋼筋混凝土板樁的施打一般采用錘擊方法,振動與噪音大,同時沉樁過程中擠土也較為嚴重,在城市工程中受到一定限制。此外,其制作一般在工廠預制,再運至工地,成本較灌注樁等略高。但由于其截面形

29、狀及配筋對板樁受力較為合理并且可根據(jù)需要設計,目前已可制作厚度較大(如厚度達500mm 以上) 的板樁,并有液壓靜力沉樁設備,故在基坑工程中仍是支護板墻的一種使用形式。</p><p><b>　　6.鉆孔灌注樁</b></p><p>　　鉆孔灌注樁圍護墻是排樁式中應用最多的一種,在我國得到廣泛的應用。其多用于坑深7～15m 的基坑工程,在我國北方土質較好地區(qū)已有8

30、～9m 的臂樁圍護墻。鉆孔灌注樁支護墻體的特點有:施工時無振動、無噪音等環(huán)境公害,無擠土現(xiàn)象,對周圍環(huán)境影響小;墻身強度高,剛度大,支護穩(wěn)定性好,變形小;當工程樁也為灌注樁時,可以同步施工,從而施工有利于組織、方便、工期短;樁間縫隙易造成水土流失,特別時在高水位軟粘土質地區(qū),需根據(jù)工程條件采取注漿、水泥攪拌樁、旋噴樁等施工措施以解決擋水問題;適用于軟粘土質和砂土地區(qū),但是在砂礫層和卵石中施工困難應該慎用;樁與樁之間主要通過樁頂冠梁和圍檁

31、連成整體,因而相對整體性較差,當在重要地區(qū),特殊工程及開挖深度很大的基坑中應用時需要特別慎重。</p><p>　　由此可見，基坑支護結構類型繁多,各具特色,我們必須熟悉各類支護結構(尤其是新的支護體系)的適用性和局限性,以便在設計時先做好方案比較,使設計取得最佳的技術效果?為了不斷提高認識和設計水平,必須運用現(xiàn)代分析方法和測試手段,對所設計結構物進行性狀預測和施工監(jiān)測?因此深層攪拌樁擋墻設計應包括:方案比較?結

32、構設計與計算?性狀預測與監(jiān)測?</p><p>　　本文概述了基坑支護中深層攪拌樁支護技術的發(fā)展及應用歷史，介紹了深層攪拌樁的特性、作用機理及影響因素。本文為廣州某一工程的基坑開挖進行深層攪拌樁支護設計，并對該設計進行理論分析和計算。然后提出深層攪拌樁的施工工藝、技術指標、質量控制及變形監(jiān)測等合理建議。最后對該設計進行經(jīng)濟分析，從而得出深層攪拌樁支護設計是該工程基坑支護的最優(yōu)方案的結論。</p>&

33、lt;p><b>　　第2章 工程背景</b></p><p><b>　　2.1 工程概況</b></p><p>　　廣州某大型商住樓座落在市區(qū)臨江邊，擬建20層，框剪結構，地下1層，總建筑面積75000m2，建筑物總高64.8m，地下室首層1～3層為車庫商業(yè)用房，4層以上為住宅，建筑總長300m，寬250m，基礎為片筏，埋深6.5m,

34、筏板厚1.8m。基坑開挖深度為6.7m。</p><p>　　工程距離北面道路48m,西面毗鄰三座3～13層的住宅大樓5m，東南方向6m處有一20層的大廈，南面方向15～30m處為一江河，場地工程地質平面圖如圖2-1所示。</p><p>　　工程施工程序為先地基深層攪拌水泥土樁加固后基坑土方開挖。因此，坑內土層的內摩擦角可適當提高。</p><p>　　圖2-1

35、工程地質平面圖</p><p>　　2.2 場地水文地質情況</p><p>　　商住樓距離河北堤約15～30m，場地為舊建筑物拆除地，地下存在舊基礎或舊的地下管道。上覆地層為第四系沖積層，其下基巖為石炭系石灰?guī)r。場地在地貌上為河流I級階地。</p><p>　　工程所在地的土層自上而下為:①人工填土層;②粉質粘土層;③淤泥質粉質粘土層;④淤泥層;⑤中、粗砂夾淤泥層

36、；⑥淤泥層；⑦粉質粘土層。土層參數(shù)如下表2-2所示。</p><p>　　場地位于江河畔，地下水位受江河水影響較大。穩(wěn)定時，地下水位2.4m。</p><p><b>　　表2-2 土層參數(shù)</b></p><p>　　第3章 支護方案的比較</p><p><b>　　3.1 概述</b><

37、/p><p>　　根據(jù)規(guī)范，建筑基坑常用支護結構可根據(jù)其適用條件和不宜使用條件按表3-1選用。</p><p>　　支護結構應根據(jù)基坑開挖深度、工程地質與水文地質條件、場地條件、施工季節(jié)、進度要求、鄰近建（構）筑物及地下障礙物的分布、地下結構的特點以及可能采用的施工手段，選擇經(jīng)濟合理、安全可靠的單獨或組合支護方案。缺乏經(jīng)驗時可參照表3-2選擇。</p><p>　　因此

38、，根據(jù)該工程的場地情況，工程地質條件以及上述規(guī)范為該工程提出了三種基坑開挖的支護方案：</p><p>　　方案一：內支撐鋼板樁支護</p><p>　　方案二：人工挖孔樁支護</p><p>　　方案三：深層攪拌樁支護</p><p>　　現(xiàn)就該三種支護方案進行比較，然后確定最優(yōu)的基坑開挖的支護方案。</p><p>

39、;　　表3-1 常用支護結構適用條件和不宜使用條件 </p><p>　　表3-2 支護方案選擇參考表 </p><p>　　3.2 內支撐鋼板樁支護</p><p>　　鋼板樁支護應用于基坑深度超過五米的深基坑支護。它屬于一種連續(xù)支護。鋼板樁的形狀類似于U型鋼但比U型鋼寬和深。截面大約呈一個梯型。板材厚約二十五毫米，寬

40、三米左右，長度一般六到九米，也有特制超過十二米的。支護時，先定位放線，用振動打樁機或者挖掘機打下第一個定位樁，隨后的樁，與第一個定位樁一正一反，一反一正地扣合，沿放線連續(xù)打入地下，形成對基坑壁的有效支護。</p><p>　　本工程基坑深6.7m，選用10m長拉森板樁，設一道鋼管內支撐,H型鋼為支撐鋼柱，拉森板樁有力學性能好、密封性好、耐錘擊及施打時對周圍環(huán)境影響小等優(yōu)點。但拉森鋼板樁內支撐需邊開挖邊支撐，給施工

41、帶來麻煩，并且開挖工作面小，挖土速度慢，有30%的土需人工開挖。在地下室工程施工時，板樁內支撐又不可除，對支設模板、綁扎鋼筋、澆搗鹼帶來很大困難。此外，拉森鋼板樁需進口，造價很高，成本較大。</p><p>　　3.3 人工挖孔樁支護 </p><p>　　人工挖孔樁指用人力挖土、現(xiàn)場澆筑的鋼筋混凝土樁。人工挖孔樁一般直徑較粗，最細的也在800毫米以上，能夠承載樓層較少且壓力較大的結

42、構主體，目前應用比較普遍。樁的上面設置承臺，再用承臺梁拉結、連系起來，使各個樁的受力均勻分布，用以支承整個建筑物 </p><p>　　人工挖孔樁施工方便、速度較快、不需要大型機械設備，挖孔樁要比木樁、混凝土打入樁抗震能力強，造價比沖錐沖孔、沖擊錐沖孔、沖擊鉆機沖孔、回旋鉆機鉆孔、沉井基礎節(jié)省。從而在公路、民用建筑中得到廣泛應用。但挖孔樁井下作業(yè)條件差、環(huán)境惡劣、勞動強度大，安全和質量顯得尤為重要。場地內打降水井

43、抽水，當確因施工需要采取小范圍抽水時，應注意對周圍地層及建筑物進行觀察，發(fā)現(xiàn)異常情況應及時通知有關單位進行處理。 </p><p>　　人工挖孔樁支護方案具有剛度大、穩(wěn)定性好的優(yōu)點，但人工挖孔樁與樁之間有空隙，有擋水要求時不能滿足。并且該方案由于土層含淤泥量較高，施工不便。</p><p>　　3.4 深層攪拌樁支護</p><p>　　深層攪拌水泥土樁是用特制的進

44、入土深層的深層攪拌機將噴出的水泥漿固化劑與地基土進行原位強制拌合，制成水泥土樁，硬化后即形成具有一定強度的壁狀擋墻，既可擋土又可形成隔水帷幕，對任何平面都適用。深層攪拌水泥土樁具有無噪音、無振動、無污染、工效高及成本低等優(yōu)點。</p><p>　　此方案做法是采用樁Φ500格構式布置，樁與樁搭接150mm，水泥土擋土結構寬4m(見圖5-2-1-1a)?；娱_挖高度H=6.7m，入土深度6.0～6.3m，水泥土擋土

45、結構總高12.7～13.0m(見圖5-3-1-1)，水泥摻量不少于13%。</p><p><b>　　3.5 本章小結</b></p><p>　　通過對三個方案進行比較可以發(fā)現(xiàn)，由于深層攪拌水泥土樁的剛度大、擋土及擋水性能好、施工場地大、造價低等特點，比其他方案有明顯優(yōu)勢，故被采用作為最優(yōu)方案。</p><p>　　第4章 深層攪拌樁介紹&

46、lt;/p><p>　　4.1 深層攪拌樁的發(fā)展及應用歷史</p><p>　　深層攪拌樁是一種加固飽和軟粘土地基的新方法，它是利用水泥、石灰等材料作為固化劑的主劑，通過特制的深層攪拌機械，在地基深處就將軟土和固化劑(漿液或粉劑)強制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產生的一系列物理、化學反應，使軟土硬化成具有較高地整體性、水穩(wěn)性和強度的地基。國外使用深層攪拌樁加固的土質有新吹填的超軟十、沼澤地帶的

47、泥炭土、沉淀的粉土和淤泥質十等，加固深度達到60m左右。國內目前主要適用于淤泥、淤泥質土、粘土和粉質</p><p>　　粘土等的加固，加固深度一般為20m左右。</p><p>　　深層攪拌樁技術在70年代中期由日本首創(chuàng)并開始應用。我國于1977年末由交通部和冶金部協(xié)作進行研制和開展室內外試驗，并在工程中投入使用。隨著現(xiàn)代技術的迅猛發(fā)展，越來越多的新技術、新工藝應用于工程建設，從70年代

48、中期由日本住友株式會社將深層攪拌樁技術應用于工程實踐，迄今已經(jīng)有30多年的歷史。雖然日本深層攪拌樁技術發(fā)展比較迅速，其技術并不比我國成熟和應用范圍也不如我國廣泛，但由于其先進的施工設備及其市場營銷理念，深層攪拌樁技術在日本迅速得以推廣和應用。</p><p>　　深層攪拌樁在美國、前蘇聯(lián)、法國、荷蘭等國也得到了大力的推廣和應用。深層攪拌樁技術在國外多應用于建筑物基礎處理以及在有地面荷載的工業(yè)廠房、高填方等地基的加

49、固方面，有時也用于地下防滲墻工程用以防止地下水滲流。</p><p>　　深層攪拌水泥土樁是用特制的深層攪拌機械，在深層將水泥和軟土強制攪拌成樁或墻。能提高軟十承載力、減少地面沉降、防止地下水滲透。它也可作為地下防滲墻，對樁背后的軟土進行加固，從而增加地基土的側向承載能力。深層攪拌樁技術在我國建筑業(yè)有廣泛的應用，如下表4-1所示。例如上海，由由人廈基坑深9. 9m，采用深層攪拌樁技術制成厚1. 2m的水泥土墻作隔

50、水帷幕，用直徑900間距1. 0m鉆孔灌注樁擋土，基坑支護既防滲又擋土，成功地完成支護任務。通過理論分析和工程實踐證明:深層攪拌樁技術用于加固基坑被動區(qū)土體是經(jīng)濟有效的技術措施，它能減少樁身內力、樁身水平位移、地面沉降，防止被動土體破壞，防止產生管涌現(xiàn)象。</p><p>　　表4-1 深層攪拌樁的應用實例</p><p>　　4.2 深層攪拌樁的特性</p><p&g

51、t;　　4.2.1 深層攪拌樁擋土結構與其他支護體系相比所具有如下優(yōu)點? </p><p>　　(1)施工時無振動?無噪音?無泥漿廢水污染? 　　(2)施工操作簡便?成樁工期較短?造價較低? 　　(3)基坑開挖時一般不需要支撐拉錨,坑外不需要井點降水? 　　(4)隔水防滲性能好,基坑內外可以有水位差? 　　(5)基坑內干燥整潔,空間寬敞,有利于文明施工和安全生產,方便后期結構施工? 　　(

52、6)基坑周圍地基變形小,對鄰近建筑物或地下設施影響小? 　　(7)擋墻頂面在可設置路面行駛施工車輛,而路面結構又可增加擋墻剛度? 　　(8)同一墻體設計成變截面?變深度?變強度? 　　(9)有利于縮短綜合工期? 　　(10)可就近利用一部分粉煤灰等工業(yè)廢料作為固化劑的外摻劑? </p><p>　　4.2.2 深層攪拌樁擋墻在應用上存在下列制約 　　</p><p>　

53、　(1)對有機質含量高?pH值低?初始抗剪強度甚低(<2～3KPa)的土,或土中含伊里石?氯化物?水鋁石英等礦物及地下水具有侵蝕性時,加固效果差? 　　(2)貫穿地面或地下硬土或障礙物有困難,有時可用沖水或注水下沉解決,有時難以解決需進行地下清除障礙物? 　　(3)根據(jù)國內現(xiàn)有設備,目前最大支檔高度約為9m,個別工程達14m,而常用的支檔高度為4～7m;一般情況下,當采用濕法施工時,開挖深度不超過7m;當采用干法施工時,開

54、挖深度不超過5m,當支檔高度較小或工程量較小時,可能不經(jīng)濟?　　(4)墻體占地面積大,根據(jù)廣州地區(qū)經(jīng)驗,水泥攪拌樁按格柵形布置,墻寬約為0.6～0.8倍開挖深度,樁插入基坑底深度約0.8～1.2倍開挖深度? 　　(5)水泥或石灰用量較大,以一般軟土中10m深的墻體(包括插入坑底深度)為例,每100延米,墻體約需水泥或石灰500～600t? 　　(6)成樁后需要7～10天以上的保養(yǎng)期,一般不能立即開挖土方? 　　 </p

55、><p>　　4.3 深層攪拌樁的作用機理</p><p>　　深層攪拌樁是加固軟土地基的一種新方法，它是利用水泥、石灰等材料作固化劑通過深層攪拌機械，將軟土和固化劑(漿體或粉體)強制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產生的一系列物理—化學反應，使軟土硬結成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的樁體。</p><p>　　深層攪拌法最適宜于各種成因的飽和軟粘土，包括淤泥、淤泥質土、

56、粘土和粉質粘土等。加固深度從數(shù)米到50一60m，國內最大深度可達15一18m。一</p><p>　　般認為含有高嶺石、多水高嶺石與蒙脫石等粘土礦物的軟土加固效果較好;含有伊里石、氯化物等粘性土以及有機質含量高、酸堿度較低的粘性土的加固效果較差。</p><p><b>　　水泥土的加固機理</b></p><p>　　水泥加固土的物理化學反應

57、過程與混凝土的硬化機理不同。混凝土的硬化主要是水泥在粗細填充料中進行水解和水化作用，所以凝結速度較快。在水泥加固土時，由于水泥的摻量很小(僅占加固土重的7%一巧%)，水泥的水解和水化反應完全時在具有一定活性的介質—土的圍繞下進行，所以硬化的速度緩慢而且作用復雜，因此水泥加固土的強度增長過程也比混凝土緩慢。</p><p>　　水泥土加固的基本原理是水泥與土經(jīng)攪拌后發(fā)生一系列的化學反應而逐步硬化，其主要反應有:&l

58、t;/p><p>　　(1)水泥的水解和水化反應。普通的硅酸鹽水泥主要由氧化鈣、二氧化硅等氧化物分別組成了不同的水泥礦物:硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣等。用水泥加固軟土時，水泥顆粒表面的礦物很快與軟土中的水發(fā)生水解和水化反應，生成氫氧化鈣、含水硅酸鈣、含水鋁酸鈣等化合物。</p><p>　　(2)粘土顆粒與水泥水化物的作用。當水泥的各種水化物生成后，有的自身繼續(xù)硬化形成水泥石骨架，有的則與周

59、圍具有一定活性的粘土顆粒發(fā)生反應。</p><p>　　(3)碳酸化反應。水泥水化物中游離的氫氧化鈣能吸收水中和空氣中的二氧化碳，發(fā)生碳酸化反應，生成不溶于水的碳酸鈣。</p><p>　　由水泥土加固土的機理可見，由于機械的切削作用，實際上不可避免地會留一些未被粉碎的大小土團，在拌人水泥后會出現(xiàn)水泥漿包裹土團的現(xiàn)象，土團之間的大孔隙會被水泥顆粒填滿。所以加固后的水泥土中形成在大小土團中沒

60、有水泥，而周圍水泥較多的情況。只有經(jīng)過較長時間，土團內的土顆粒在水泥水解產物的滲透作用下，才逐漸改變其性質。因此，水泥土中不可避免會有強度較大和水穩(wěn)定性較好的水泥石區(qū)和強度較低的土塊區(qū)。兩者在空間相互交替，從而形成一種獨特的水泥土結構?？梢远ㄐ缘闹v，水泥和土之間的強制攪拌越充分，土</p><p>　　塊粉碎得越小，水泥分布到土中越均勻，則水泥土結構強度的離散性越小，其宏觀的總體強度也越高。</p>

61、<p>　　4.4 深層攪拌樁的影響因素</p><p>　　4.4.1 水泥摻人比的影響</p><p>　　水泥摻入比是指摻加的水泥重量與被加固的軟土重量的比值，表達式如下：</p><p>　　水泥摻入比對水泥土強度的影響如圖4-2所示。從圖中我們可以看出，水泥摻入比越大，水泥土的強度也越大。在實際工程應用中，水泥摻入比通常取·7%至15

62、%，一般情況下，不宜小于12%。</p><p>　　圖4-2 水泥摻入比與強度的關系曲線</p><p>　　4.4.2 齡期的影響</p><p>　　水泥土的強度隨著齡期的增長而增大，一般齡期超過28d后，強度仍有明顯增加，當齡期超過3個月后，水泥土的強度增長才減緩，因此選用3個月齡期的強度作為水泥土的標準強度較為合適。</p><p>

63、;　　4.4.3 土中有機質的影響</p><p>　　土中有機質的含量對水泥土的強度影響如圖4.4.3所示，兩種土樣均為某地海相沉積的淤泥質土，I土的有機質含量為1.30%,n土的有機質含量為10.01%，圖中可見有機質含量較高的水泥土強度高得多。由于有機質使土具有較大的水容量和塑性，較大的膨脹性和低滲透性，并使土具有酸性，這些因素都阻礙水泥水化反應的進行。因此有機質含量較高的軟土，單純用水泥加固的效果較差。&

64、lt;/p><p>　　4.4.4 外摻劑的影響</p><p>　　常用的外摻劑有木質素硫酸鈣、石膏、碳酸鈣、氯化鈣、三乙醇胺等，根據(jù)工程的需要可選用早強劑，或具有緩凝及減水等性能的外摻劑。</p><p>　　不同外摻劑對水泥土的強度有著不同的影響，例如木質素硫酸鈣對水泥強度增長影響不大，主要起減水作用。因為水泥漿的水灰比對水泥土的強度有很大影響，由于軟土中的含水量

65、已很高，水灰比不應大于0.5一0.6，水泥漿的稠度須滿足泵送要求，故水泥漿中必須摻加減水劑，例如木質素硫酸鈣。一般摻量為水泥用量的0.20%，當增至0.25%時，減水效果無明顯變化。</p><p>　　第5章 深層攪拌樁支護結構設計計算</p><p><b>　　5.1 概述</b></p><p>　　由于該工程的東西兩面有高樓建筑物，對

66、基坑的穩(wěn)定性有較大影響，而南北兩面為江河及馬路，無較大的荷載，對基坑的穩(wěn)定性影響較小。因此，基于基坑四周堆載的差異性，本文分別對基坑的東西面，南北面進行了深層攪拌樁支護機構設計計算。</p><p>　　本章主要分為兩部分，第一部分是東西面基坑支護結構設計計算。由于土層淤泥含量較高，周圍又有高樓建筑物，堆載較大，單獨采用深層攪拌樁時無法滿足其抗拉穩(wěn)定性及抗滑穩(wěn)定性，因此采用深層攪拌樁與錨桿組合支護結構。第二部分是

67、南北面基坑支護結構設計計算。該基坑兩側分別為馬路及河流，因此僅采用深層攪拌樁支護就可滿足工程各項要求。</p><p>　　本章節(jié)對深層攪拌樁支護機構的設計主要包括深層攪拌樁的直徑、樁排數(shù)、樁的型式、錨桿長度、數(shù)量、錨固長度、錨桿的布置方式等方面。通過對不同嵌固深度對基坑穩(wěn)定性影響的驗算，并繪制關系曲線，從而確定最優(yōu)嵌固深度。并對該設計方案進行了地面沉降計算、結構計算、錨桿計算、截面承載力驗算、抗傾覆驗算、抗滑移

68、驗算、整體穩(wěn)定驗算、抗隆起驗算及抗管涌驗算等方面。</p><p>　　5.2 東西面基坑支護結構設計計算</p><p>　　5.2.1 支護方案設計及基本信息</p><p>　　5.2.1.1 支護方案設計</p><p>　　該側基坑采用深層攪拌樁與錨桿相結合的方式進行支護，以提高深層攪拌樁的抗滑穩(wěn)定性。深層攪拌樁采用φ500mm的樁

69、，進行格柵式布置，單樁之間搭接150mm，外側設四排樁，內側設三排樁，水泥墻總厚為4000mm，平面結構圖如下圖5-1所示?；娱_挖深度為6.7m，基坑內側降水位為7m，外側水位為2.4m，攪拌樁嵌固深度為6.3m，總長13.0m。在基坑2.5m、4.3m、6.1m處設有三道錨桿，具體施工時，當基坑開挖深度為3m、4.8m、6.6m時，逐級打入這三道錨桿，具體支護方案設計圖如圖5-2所示。</p><p>　　圖

70、5-1 攪拌樁平面結構圖</p><p>　　圖5-2 支護方案設計圖</p><p>　　5.2.1.2 方案設計信息</p><p>　　根據(jù)基坑支護規(guī)范，該工程的基坑等級為二級，基坑側壁重要性系數(shù)為1.00，基坑開挖深度為6.7m，嵌固深度采用6.3m，采用深層攪拌樁格柵式支護，沒有放坡，距離基坑側壁6m處有一高20層的高樓，荷載為110KN/m，作用寬度為1

71、45m（見表5-3和表5-4），土層信息及參數(shù)見表5-5和表5-6。</p><p>　　東西兩側設有三道錨桿，第一道為2.5m處，角度為15°，錨桿長21m，錨固段長11m。第二道為4.3m處，角度為15°，錨桿長21m，錨固段長11m。第三道為6.1m處，角度為30°，錨桿長21m，錨固段長11m。詳見表5-7。</p><p>　　深層攪拌樁采用格柵式布

72、置，截面如圖5-8所示，水泥土墻具體參數(shù)見表5-9，工況信息見表5-10。</p><p><b>　　表5-3 基本信息</b></p><p><b>　　表5-4 超載信息</b></p><p><b>　　表5-5 土層信息</b></p><p><b>

73、　　表5-6 土層參數(shù)</b></p><p><b>　　5-7 支錨信息</b></p><p>　　5-7 支錨信息（續(xù)）</p><p>　　圖5-8 水泥土墻截面示意圖</p><p>　　表5-9 水泥土墻參數(shù)信息</p><p>　　表5-10 工況信息</p>

74、;<p>　　5.2.2 支護方案的理論分析及計算</p><p>　　5.2.2.1 嵌固深度計算及最優(yōu)值的確定</p><p>　　嵌固深度計算參數(shù)的選取見表5-11。</p><p>　　表5-11 嵌固深度計算參數(shù)</p><p><b>　　嵌固深度計算過程：</b></p><

75、;p>　　按《建筑基坑支護技術規(guī)程》 JGJ 120-99圓弧滑動簡單條分法計算嵌固深度：</p><p>　　圓心(—2.426，10.698)，半徑=18.854m，對應的安全系數(shù)Ks = 1.358 ≥ 1.300</p><p>　　嵌固深度計算值 h0 = 8.000m</p><p>　　嵌固深度設計值 hd = αγ0h0</p>

76、<p>　　= 1.100×1.000×8.000</p><p><b>　　= 8.800m</b></p><p>　　由于該工程土層特殊，含較多淤泥，基坑失穩(wěn)主要是由于抗傾覆穩(wěn)定性和抗滑穩(wěn)定性不足造成，因此本節(jié)在嵌固深度設計值的基礎上，通過比較不同嵌固深度下抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)和抗滑穩(wěn)定性系數(shù)的大小，然后繪制圓滑曲線找出最優(yōu)嵌固深

77、度。具體結果見表5-12和圖5-13.</p><p><b>　　表5-12 </b></p><p>　　圖5-13 抗傾覆、抗滑穩(wěn)定性系數(shù)與嵌固深度的關系曲線</p><p>　　通過上述抗傾覆、抗滑穩(wěn)定性系數(shù)與嵌固深度的關系曲線可知，在滿足規(guī)范要求（Ks≥1.2 ，Kh≥1.2）的前提下，最優(yōu)嵌固深度為6.3m。</p>

78、<p>　　故，嵌固深度采取值為6.3m</p><p>　　5.2.2.2 基坑開挖過程中土壓力、位移、彎矩、剪力及地面沉降的信息</p><p>　　基坑開挖過程中土壓力、基坑側壁位移、攪拌樁彎矩及剪力等信息的模擬計算結果如下圖所示，當開挖到3m時，基坑側壁的最大位移為2.5mm，攪拌樁的最大彎矩為122.86KN/m，最大剪力為32.78KN。當開挖到4.8m時，當開挖到4

79、.8m時，基坑側壁的最大位移為5.47mm，攪拌樁的最大彎矩為325.96KN/m，最大剪力為118.83KN。當開挖到6.6m時，基坑側壁的最大位移為7.45mm，攪拌樁的最大彎矩為1237.31KN/m，最大剪力為281.70KN。當開挖到6.7m時，基坑側壁的最大位移為7.5mm，攪拌樁的最大彎矩為1318.42KN/m，最大剪力為303.78KN。</p><p>　　基坑開挖后基坑附近地面沉降與距基坑側

80、壁距離的關系如圖5-14所示，采用三角法計算時，地面沉降量隨距基坑側壁距離的增大而減小，基坑側壁處沉降量最大，為15mm，影響范圍為距基坑側壁10m以內。采用指數(shù)法計算時，地面沉降量隨距基坑側壁距離的增大而減小，基坑側壁處沉降量最大，為22mm，影響范圍為距基坑側壁10.5m以內。采用拋物線法計算時，地面沉降量先隨距基坑側壁距離的增大而增大，然后再減小，距基坑側壁4m處沉降量最大，為10mm，影響范圍為距基坑側壁10.5m以內。<

81、/p><p>　　圖5-14 地表沉降圖</p><p>　　5.2.2.3 截面承載力驗算</p><p><b>　　內力取值 </b></p><p>　　一. 采用彈性法計算結果：</p><p>　　1.水泥土墻截面承載力驗算：</p><p>　　基坑內側計算結果：

82、 </p><p>　　計算截面距離墻頂 6.50m, 彎矩設計值 = 1.25×1.00×410.67 = 513.34kN.m</p><p>　　1). 壓應力驗算:</p><p><b>　　抗壓強度滿足!</b></p><p>　　2). 拉應力驗算:</p><

83、p><b>　　抗拉強度滿足!</b></p><p>　　基坑外側計算結果： </p><p>　　計算截面距離墻頂 13.00m, 彎矩設計值 = 1.25×1.00×409.44 = 511.80kN.m</p><p>　　1). 壓應力驗算:</p><p><b>　　

84、抗壓強度滿足!</b></p><p>　　2). 拉應力驗算:</p><p><b>　　抗拉強度滿足!</b></p><p>　　二. 采用經(jīng)典法計算結果：</p><p>　　1.水泥土墻截面承載力驗算：</p><p>　　基坑內側計算結果： </p>&

85、lt;p>　　計算截面距離墻頂 5.72m, 彎矩設計值 = 1.25×1.00×181.68 = 227.10kN.m</p><p>　　1). 壓應力驗算:</p><p><b>　　抗壓強度滿足!</b></p><p>　　2). 拉應力驗算:</p><p><b>　　

86、抗拉強度滿足!</b></p><p>　　基坑外側計算結果： </p><p>　　計算截面距離墻頂 13.00m, 彎矩設計值 = 1.25×1.00×1318.42 = 1648.02kN.m</p><p>　　1). 壓應力驗算:</p><p><b>　　抗壓強度滿足!</b&

87、gt;</p><p>　　2). 拉應力驗算:</p><p><b>　　抗拉強度滿足!</b></p><p>　　式中γcs———水泥土墻平均重度(kN/m3);</p><p>　　z———由墻頂至計算截面的深度(m);</p><p>　　M———單位長度水泥土墻截面彎矩設計值(kN

88、.m);</p><p>　　W———水泥土墻截面模量(m3);</p><p>　　fcs———水泥土抗壓強度(MPa);</p><p>　　5.2.2.4 抗傾覆穩(wěn)定性驗算</p><p>　　錨固力計算依據(jù)錨桿實際錨固長度計算。</p><p>　　序號支錨類型材料抗力(kN/m)錨固力(kN/m)<

89、;/p><p>　　1 錨桿 246.301 270.736</p><p>　　2 錨桿 80.425 532.920</p><p>　　3 錨桿 80.425 622.035</p><p>　　抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)Ks = 1.74 >

90、;= 1.2, 滿足規(guī)范要求。</p><p>　　(Ks >= 1.2)</p><p>　　5.2.2.5 抗滑移穩(wěn)定性驗算</p><p>　　錨固力計算依據(jù)錨桿實際錨固長度計算。</p><p>　　序號支錨類型材料抗力(kN/m)錨固力(kN/m)</p><p>　　1 錨桿

91、 246.301 270.736</p><p>　　2 錨桿 80.425 532.920</p><p>　　3 錨桿 80.425 622.035</p><p>　　抗滑安全系數(shù)(Kh >= 1.2):</p><p>　　Kh = 1.251&l

92、t;/p><p>　　5.2.2.6 整體穩(wěn)定驗算</p><p>　　計算方法：瑞典條分法</p><p><b>　　應力狀態(tài)：總應力法</b></p><p>　　條分法中的土條寬度: 0.40m</p><p><b>　　滑裂面數(shù)據(jù)</b></p><

93、;p>　　整體穩(wěn)定安全系數(shù) Ks = 1.401</p><p>　　圓弧半徑(m) R = 9.874</p><p>　　圓心坐標X(m) X = —0.033</p><p>　　圓心坐標Y(m) Y = 2.713</p><p>　　5.2.2.7 抗隆起驗算</p><p>　　Prandtl(普朗德

94、爾)公式(Ks >= 1.1～1.2)，注：安全系數(shù)取自《建筑基坑工程技術規(guī)范》YB 9258～97(冶金部):</p><p>　　Ks = 3.565 >= 1.1, 滿足規(guī)范要求。</p><p>　　Terzaghi(太沙基)公式(Ks >= 1.15～1.25)，注：安全系數(shù)取自《建筑基坑工程技術規(guī)范》YB 9258～97(冶金部):</p>&l

95、t;p>　　Ks = 4.171 >= 1.15, 滿足規(guī)范要求。</p><p><b>　　隆起量的計算 ：</b></p><p>　　注意：按以下公式計算的隆起量，如果為負值，按0處理!</p><p>　　式中δ———基坑底面向上位移(mm);</p><p>　　n———從基坑頂面到基坑底面處的土

96、層層數(shù);</p><p>　　ri———第i層土的重度(kN/m3)；</p><p>　　地下水位以上取土的天然重度(kN/m3)；地下水位以下取土的飽和重度(kN/m3);</p><p>　　hi———第i層土的厚度(m);</p><p>　　q———基坑頂面的地面超載(kPa);</p><p>　　D———

97、樁(墻)的嵌入長度(m);</p><p>　　H———基坑的開挖深度(m);</p><p>　　c———樁(墻)底面處土層的粘聚力(kPa);</p><p>　　φ———樁(墻)底面處土層的內摩擦角(度);</p><p>　　r———樁(墻)頂面到底處各土層的加權平均重度(kN/m3);</p><p><

98、;b>　　δ = 0(mm)</b></p><p>　　5.2.2.8 抗管涌驗算</p><p>　　抗管涌穩(wěn)定安全系數(shù)(K >= 1.5):</p><p>　　式中γ0———側壁重要性系數(shù);</p><p>　　γ'———土的有效重度(kN/m3);</p><p>　　γw—

99、——地下水重度(kN/m3);</p><p>　　h'———地下水位至基坑底的距離(m);</p><p>　　D———樁(墻)入土深度(m);</p><p>　　K = 4.264 >= 1.5, 滿足規(guī)范要求。</p><p>　　5.3 南北面基坑支護結構設計計算</p><p>　　5.3.1

100、 支護方案設計及基本信息</p><p>　　5.3.1.1 支護方案設計</p><p>　　該側基坑由于周圍無高層建筑物，因此僅采用深層攪拌樁進行支護便足以滿足工程要求。深層攪拌樁采用φ500mm的樁，進行格柵式布置，單樁之間搭接150mm，外側設四排樁，內側設三排樁，水泥墻總厚為4000mm，平面結構圖如下圖5-15所示。基坑開挖深度為6.7m，基坑內側降水位為7m，外側水位為2.4

101、m，攪拌樁嵌固深度為6.0m，總長12.7m。具體支護方案設計圖如圖5-16所示。</p><p>　　圖5-15 攪拌樁平面結構圖</p><p>　　圖5-16 支護方案設計圖</p><p>　　5.3.1.2 方案設計信息</p><p>　　根據(jù)基坑支護規(guī)范，該工程的基坑等級為二級，基坑側壁重要性系數(shù)為1.00，基坑開挖深度為6.7

102、m，嵌固深度采用6.0m，采用深層攪拌樁格柵式支護，沒有放坡，附近為馬路和河流，無堆載（見表5-17），土層信息及參數(shù)見表5-18和表5-19。</p><p>　　深層攪拌樁采用格柵式布置，截面如圖5-20所示，水泥土墻具體參數(shù)見表5-21，工況信息見表5-22。</p><p><b>　　5-17 基本信息</b></p><p><

103、;b>　　5-18 土層信息</b></p><p><b>　　5-19 土層參數(shù)</b></p><p>　　5-20 水泥土墻截面示意圖</p><p>　　5-21 水泥土墻截面參數(shù)</p><p><b>　　5-22 工況信息</b></p><p&

104、gt;　　5.3.2 支護方案的理論分析及計算</p><p>　　5.3.2.1 嵌固深度計算</p><p><b>　　嵌固深度計算參數(shù)：</b></p><p><b>　　嵌固深度計算過程：</b></p><p>　　按《建筑基坑支護技術規(guī)程》 JGJ 120～99圓弧滑動簡單條分法計算

105、嵌固深度：</p><p>　　圓心(～2.474，8.357)，半徑=14.568m，對應的安全系數(shù)Ks = 1.619 ≥ 1.300</p><p>　　嵌固深度計算值 h0 = 6.000m</p><p>　　嵌固深度設計值 hd = αγ0h0</p><p>　　= 1.100×1.000×6.000&l

106、t;/p><p><b>　　= 6.600m</b></p><p>　　由于該工程土層特殊，含較多淤泥，基坑失穩(wěn)主要是由于抗傾覆穩(wěn)定性和抗滑穩(wěn)定性不足造成，因此本節(jié)在嵌固深度設計值的基礎上，通過比較不同嵌固深度下抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)和抗滑穩(wěn)定性系數(shù)的大小，然后繪制圓滑曲線找出最優(yōu)嵌固深度。具體結果見表5-23和圖5-24。</p><p><

107、b>　　表5-23</b></p><p>　　圖5-24 抗傾覆、抗滑穩(wěn)定性系數(shù)與嵌固深度的關系曲線</p><p>　　通過上述抗傾覆、抗滑穩(wěn)定性系數(shù)與嵌固深度的關系曲線可知，在滿足規(guī)范要求（Ks≥1.2 ，Kh≥1.2）的前提下，最優(yōu)嵌固深度為6.0m。</p><p>　　故，嵌固深度采取值為6.0m</p><p>

108、;　　5.3.2.2 基坑開挖過程中土壓力、位移、彎矩、剪力及地面沉降的信息</p><p>　　基坑開挖過程中土壓力、基坑側壁位移、攪拌樁彎矩及剪力等信息的模擬計算結果如下圖所示，基坑一次性開挖到6.7m時，基坑側壁的最大位移為16.15mm，攪拌樁的最大彎矩為1191.70KN/m，最大剪力為250.23KN。</p><p>　　基坑開挖后基坑附近地面沉降與距基坑側壁距離的關系如圖5

109、-25所示，采用三角法計算時，地面沉降量隨距基坑側壁距離的增大而減小，基坑側壁處沉降量最大，為21mm，影響范圍為距基坑側壁10m以內。采用指數(shù)法計算時，地面沉降量隨距基坑側壁距離的增大而減小，基坑側壁處沉降量最大，為32mm，影響范圍為距基坑側壁10m以內。采用拋物線法計算時，地面沉降量先隨距基坑側壁距離的增大而增大，然后再減小，距基坑側壁4m處沉降量最大，為15mm，影響范圍為距基坑側壁10m以內。</p><p

110、>　　圖5-25 地表沉降圖</p><p>　　5.3.2.3 截面承載力驗算</p><p><b>　　內力取值</b></p><p>　　一. 采用彈性法計算結果：</p><p>　　1.水泥土墻截面承載力驗算：</p><p>　　基坑內側計算結果： </p>

111、<p>　　計算截面距離墻頂 0.00m, 彎矩設計值 = 1.25×1.00×0.00 = 0.00kN.m</p><p>　　1). 壓應力驗算:</p><p><b>　　抗壓強度滿足!</b></p><p>　　2). 拉應力驗算:</p><p><b>　　抗拉

112、強度滿足!</b></p><p>　　基坑外側計算結果： </p><p>　　計算截面距離墻頂 12.70m, 彎矩設計值 = 1.25×1.00×1127.16 = 1408.95kN.m</p><p>　　1). 壓應力驗算:</p><p><b>　　抗壓強度滿足!</b>

113、;</p><p>　　2). 拉應力驗算:</p><p><b>　　抗拉強度滿足!</b></p><p>　　二. 采用經(jīng)典法計算結果：</p><p>　　1.水泥土墻截面承載力驗算：</p><p>　　基坑內側計算結果： </p><p>　　計算截面距離

114、墻頂 0.00m, 彎矩設計值 = 1.25×1.00×0.00 = 0.00kN.m</p><p>　　1). 壓應力驗算:</p><p><b>　　抗壓強度滿足!</b></p><p>　　2). 拉應力驗算:</p><p><b>　　抗拉強度滿足!</b><

115、;/p><p>　　基坑外側計算結果： </p><p>　　計算截面距離墻頂 12.45m, 彎矩設計值 = 1.25×1.00×1191.70 = 1489.62kN.m</p><p>　　1). 壓應力驗算:</p><p><b>　　抗壓強度滿足!</b></p><p