《挡土结构与基坑工程》第三章水泥土围护结构的设计和施工PPT

挡土结构与与基坑工程程木林隆博博士岩土大楼820室65982005mulinlong@第三讲水水泥土围护护结构的设设计和施工工概述水泥土围护护结构的特特点和断面面型式水泥土围护护墙的计算算分析方法法和设计水泥土围护护墙的施工工要点重力式水泥泥土挡墙案案例概述水泥土重力力式围护墙墙是以水泥泥系材料为为固化剂，，通过搅拌拌机械采用用喷浆施工工将固化剂剂和地基土土强行搅拌拌，形成连连续搭接的的水泥土柱柱状加固体体挡墙。（（DMM）水泥土重力力式围护墙墙的概念定义常用的施工工机械概述双轴水泥土土搅拌机三轴水泥土土搅拌机高压喷射注注浆机水泥土的发发展与现状状搅拌法原是是我国及古古罗马、古古埃及等文文明古国，，以石灰为为拌合材料料，应用最最早而且流流传最广泛泛的一种加加固地基土土的方法。。例如，我我国房屋或或道路建设设中传统的的灰土垫层层(或面层)，就是将石石灰与土按按一定比例例拌合、铺铺筑、碾压压或夯实而而成；又如如万里长城城和西藏佛佛塔以及古古罗马的加加普亚军用用大道、古古埃及的金金字塔和尼尼罗河的河河堤等，都都是用灰土土加固地基基的范例。。应用水泥土土较早的一一些国家，，如日本约约始于1915年，美国约约始于1917年。随后，，许多国家家纷纷将水水泥土用于于道路、水水利等工程程。搅拌桩最早早于本世纪纪50年代初问世世于美国。。我国自1977年开始研究究搅拌桩机机械。概述搅拌桩在我我国应用的的头10年中，其主主要用途是是加固软土土，构成复复合地基以以支承建筑筑物或结构构物。将搅搅拌桩用于于基坑工程程，虽在其其发展初期期已有成功功的实例，，但大量应应用则是90年代初随着着我国各地地高层建筑筑和地下设设施大量兴兴建而迅速速兴起的，，其中尤以以上海及沿沿海各地为为最多。大大功率率的三轴搅搅拌机加固固深度可达达到25~30m。水泥土重力力式围护墙墙的应用概述搅拌轴数：：搅拌桩的的截面主要要有双轴和和三轴加筋：加筋筋和非加筋筋复合形式：：水泥土结结合钢筋混混凝土预制制板桩、钻钻孔灌注桩桩、型钢、、斜向或竖竖向土锚等等结构形水泥土重力力式围护墙墙的类型与与适用范围围水泥土围护护结构的特特点和断面面型式水泥土重力力式围护墙墙的类型平面布置：：满膛布置置、格栅型型布置和宽宽窄结合的的锯齿形布布置按竖向布置置：等断面面布置、台台阶形布置置水泥土重力力式围护墙墙的布置无支撑自立立式挡土墙墙，依靠墙墙体自重、、墙底摩阻阻力和墙前前基坑开挖挖面以下土土体的被动动土压力稳稳定墙体。。变形主要表表现为墙体体水平平移移、墙顶前前倾、墙底底前滑以及及几种变形形的叠加。。水泥土重力力式围护墙墙的特点水泥土围护护结构的特特点和断面面型式开挖深度：：不宜超出7m，在基坑周周边环境保保护要求较较高的情况况下，基坑坑深度应控控制在5m范围以内土质条件：：水泥泥土土搅搅拌拌桩桩和和高高压压喷喷射射注注浆浆均均适适用用于于加加固固淤淤泥泥质质土土、、含含水水量量较较高高而而地地基基承承载载力力小小于于120kPa的粘粘土土、、粉粉土土、、砂砂土土等等软软土土地地基基，，当当土土中中含含高高岭岭石石、、多多水水高高岭岭石石、、蒙蒙脱脱石石等等矿矿物物时时，，加加固固效效果果较较好好；；土土中中含含伊伊里里石石、、氯氯化化物物和和水水铝铝英英石石等等矿矿物物时时，，加加固固效效果果较较差差，，土土的的原原始始抗抗剪剪强强度度小小于于20～30kPa时，，加加固固效效果果也也较较差差。。环境境条条件件：：在基基坑坑周周边边距距离离1~2倍开开挖挖深深度度范范围围内内存存在在对对沉沉降降和和变变形形较较敏敏感感的的建建（（构构））筑筑物物时时，，应应慎慎重重选选用用水水泥泥土土重重力力式式围围护护墙墙。。水泥泥土土重重力力式式围围护护墙墙的的适适用用条条件件水泥泥土土围围护护结结构构的的特特点点和和断断面面型型式式水泥泥土土重重度度室室内内试试验验结结果果表表明明，，当当水水泥泥掺掺入入比比为为5%～20%、水水灰灰比比=0.45～0.5时，，水水泥泥土土较较被被加加固固的的土土体体重重度度增增加加约约1%～3%左右右。。天然然软软土土含含水水量量越越大大或或水水泥泥掺掺入入比比越越大大，，则则水水泥泥土土加加固固体体的的含含水水量量降降低低幅幅度度越越大大。。不同同含含水水量量的的软软土土用用不不同同的的水水泥泥掺掺入入比比加加固固后后，，其其液液限限将将稍稍有有降降低低，，而而其其塑塑限限则则有有较较大大提提高高。。水泥泥土土的的物物理理特特性性水泥泥土土围围护护结结构构的的特特点点和和断断面面型型式式加固固土土的的物物理理力力学学特特性性水泥泥土土的的无无侧侧限限抗抗压压强强度度在在0.3～4.0MPa之间间，，大大约约比比天天然然软软土土强强度度提提高高数数十十倍倍到到数数百百倍倍（（土土质质↑↑，，龄龄期期↑↑，，水水泥泥掺掺入入比比↑↑，，土土的的含含水水量量↓↓，，土土的的化化学学性性质质-PH值↑↑，，水水泥泥品品种种与与标标号号↑↑，，外外掺掺剂剂））水泥泥土土的的抗抗剪剪强强度度Cu与其其法法向向应应力力有有关关。。设设计计时时如如做做较较保保守守之之考考虑虑，，可可取取σu为零零时时的的抗抗剪剪强强度度τf0作为为桩桩体体不不排排水水抗抗剪剪强强度度设设计计值值。。τf0与无无侧侧限限抗抗压压强强度度的的比比例例介介于于1/2～1/5之间间。。水水泥泥土土的的抗抗剪剪强强度度随随抗抗压压强强度度的的增增大大而而提提高高，，但但随随着着抗抗压压强强度度增增大大，，两两者者的的比比值值减减小小。。一一般般地地说说，，当当无无侧侧限限抗抗压压强强度度qu=0.5~4.0MPa时，，其其粘粘聚聚力力cu=0.1~1.1MPa，内内摩摩擦擦角角ϕ约在在20～30°°之间间。。水水泥泥土土的的抗抗拉拉强强度度σt与无无侧侧限限抗抗压压强强度度qu的关关系系：：当当qu<1.5MPa时，，σt约等等于于0.2MPa。水泥泥土土的的力力学学特特性性水泥泥土土围围护护结结构构的的特特点点和和断断面面型型式式加固固土土的的物物理理力力学学特特性性水泥泥土土无无侧侧限限抗抗压压强强度度愈愈大大，，破破坏坏应应变变量量愈愈小小。。当当qu=0.5~4.0MPa时，，E=(100~150)qu。它的的抗抗渗渗性性能能明明显显改改善善。。负温温一一般般并并不不影影响响水水泥泥搅搅拌拌桩桩施施工工，，但但它它会会使使水水泥泥土土化化学学反反应应停停滞滞而而推推迟迟搅搅拌拌桩桩强强度度的的发发展展。。现场场桩桩体体强强度度/室内试块块强度的的比值约约为0.6～0.75。加固土的的物理力力学特性性水泥土的的力学特特性水泥土围围护结构构的特点点和断面面型式设计方案案比选水泥土围围护墙的的计算分分析方法法和设计计1．施工工时无振振动、噪噪声小、、无泥浆浆废水污污染；2．施工工操作简简便、成成桩工期期较短，，造价较较低；3．基坑坑开挖时时一般不不需要支支撑、拉拉锚；4．隔水水防渗性性能良好好；5．基坑坑内空间间宽敞，，方便土土方开挖挖和后期期结构施施工；6．挡墙墙顶面可可设置路路面行驶驶施工车车辆，而而路面结结构又可可增加挡挡墙刚度度；7．同一一墙体可可设计成成变截面面、变深深度、变变强度；；8．有利利于缩短短综合工工期；9．可就就近利用用一部分分粉煤灰灰等工业业废料作作为固化化剂的外外掺剂。。优点设计方案案比选1．对有有机质含含量高、、pH值低（<7）、初始始抗剪强强度甚低低（<2～3kPa）的土，，或土中中含伊里里石、氯氯化物、、水铝石石英等矿矿物及地地下水具具有侵蚀蚀性时，，加固效效果差；；2．贯穿穿地面或或地下硬硬土或其其它障碍碍物有困困难，有有时可用用冲水或或注水下下沉解决决，有时时难以解解决；3．根据据国内现现有设备备，目前前常用的的支挡高高度为4～7m；一般情情况下，，当采用用湿法(喷浆)施工时，，开挖深深度不超超过7m；当支挡挡高度较较大或工工程量较较大时，，可能不不经济；；4．墙体体占地面面积大，，水泥土土搅拌桩桩按格栅栅形布置置，墙宽宽约0．7～1．0倍开挖深深度，桩桩插入基基坑底深深度约0．8～1．4倍开挖深深度；5．水泥泥用量较较大，以以一般软软土中10m深的墙体体(包括插入入坑底部部分)为例，每每100延长米墙墙体约需需水泥500～600t；6．成成桩后需需要28天以上的的养护期期，一般般不能立立即开挖挖土方；；7．与有有支撑支支护结构构相比，，重力式式围护基基坑周围围地基变变形较大大，对邻邻近建筑筑物或地地下设施施影响较较大。缺点水泥土围围护墙的的计算分分析方法法和设计计设计计算算内容水泥土围围护墙的的计算分分析方法法和设计计1．水、、土压力力的计算算2．稳定定性验算算3．墙体体应力验验算4．格栅栅截面验验算5．墙体体变形计计算水、土压压力计算算水泥土围围护墙的的计算分分析方法法和设计计整体稳定定性分析析瑞典圆弧弧法该法假定定滑动面面是一个个圆弧面面，并认认为条块块间的作作用力对对边坡的的整体稳稳定性影影响不大大，可以以忽略；；这种假定定在两个个土条之之间并不不满足，，对安全全系数的的计算结结果，这这样所造造成的误误差有时时可高达达60%以上；水泥土围围护墙的的计算分分析方法法和设计计不排水条条件下抗抗隆起稳稳定极限平衡衡法一般是在在指定的的破坏面面上进行行验算，，分析计计算时还还可能会会作一些些假定Terzaghi(1943)抗隆起分分析模式式γH/Su为稳定系系数5.7即为考虑虑基地完完全粗糙糙时的地地基承载载力系数数Nc值Terzaghi(1943)的抗隆起起分析模模式适用用于比较较浅或宽宽的基坑坑抗隆起起分析问问题，也也即适用用于H/B≤1.0的情况水泥土围围护墙的的计算分分析方法法和设计计抗倾覆、、抗滑移移稳定性性分析抗倾覆抗滑移水泥土围围护墙的的计算分分析方法法和设计计抗渗流稳稳定性分分析渗流破坏坏主要表表现为管管涌、流流土(俗称流砂砂)在渗流出出口处水泥土围围护墙的的计算分分析方法法和设计计抗承压水水稳定性性分析承压水破破坏主要要表现为为突涌水泥土围围护墙的的计算分分析方法法和设计计墙体应力力验算水泥土围围护墙的的计算分分析方法法和设计计格栅截面面验算水泥土重重力式围围护墙结结构加固固体平面面通常呈呈格栅型型布置，，每个格格子的土土体面积积A应满足水泥土围围护墙的的计算分分析方法法和设计计式中：u--格格子的周周长(m)分项系数数，对砂砂土和粉粉质砂土土取1.0，粘粘土取2.0墙体变形形计算水泥土围围护墙的的计算分分析方法法和设计计水泥土重重力式围围护墙的的平面布布置三轴搅拌拌桩水泥土重重力式围围护墙的的构造要要求水泥土重重力式围围护墙的的平面布布置双轴搅拌拌桩水泥土重重力式围围护墙的的构造要要求水泥土重重力式围围护墙的的平面布布置高压旋喷喷注浆水泥土重重力式围围护墙的的构造要要求水泥土重重力式围围护墙的的竖向布布置水泥土重重力式围围护墙的的构造要要求水泥土重重力式围围护墙坑坑底以下下的插入入深度D一般可取取开挖深深度h0的0.8~1.4倍，断面面布置有有等断面面布置、、台阶形形布置等等。水泥土重重力式围围护墙加加固体技技术要求求1．水泥土土水泥掺掺合量以以每立方方加固体体所拌和和的水泥泥重量计计，常用用掺合量量为双轴轴水泥土土搅拌桩桩12~15%，三轴水水泥土搅搅拌桩18~22%，高压喷喷射注浆浆不少于于25%。2．水泥土土加固体体的强度度以龄期期28天的无侧侧限抗压压强度qu为标准，，qu应不低于于0.8MPa。3．水泥土土加固体体的渗透透系数不不大于10-7cm/sec，水泥土土围护墙墙兼作隔隔水帷幕幕。4．水泥土土重力式式围护墙墙搅拌桩桩搭接长长度应不不小于200mm。墙体宽宽度大于于等于3.2m时，前后后墙厚度度不宜小小于1.2m。在墙体体圆弧段段或折角角处，搭搭接长度度宜适当当加大。。水泥土土加固体体在习惯惯上称为为搅拌桩桩，相邻邻桩搭接接部分的的截面积积为双弧弧形，搭搭接长度度200mm指搅拌转转轴中心心连线位位置的最最大搭接接长度。。5．水泥土土重力式式围护墙墙转角及及两侧剪剪力较大大的部位位应采用用搅拌桩桩满打、、加宽或或加深墙墙体等措措施对围围护墙进进行加强强。6．当基坑坑开挖深深度有变变化，围围护墙体体宽度和和深度变变化较大大的断面面附近应应当对墙墙体进行行加强。。水泥土围围护墙的的计算分分析方法法和设计计水泥土重重力式围围护墙压压顶板及及联结的的构造1．水泥土土重力式式围护墙墙结构顶顶部需设设置150～200mm厚的钢筋筋混凝土土压顶板板，压顶顶板应设设置双向向配筋，，钢筋直直径不小小于φ8，间距不不大于200mm。墙顶现现浇的混混凝土压压顶板是是水泥土土重力式式围护墙墙的一个个组成部部分，不不但有利利于墙体体整体性性，防止止因坑外外地表水水从墙顶顶渗入挡挡墙格栅栅而损坏坏墙体，，也有利利于施工工场地的的利用。。2．水泥土土重力式式围护墙墙内、外外排加固固体中宜宜插入钢钢管、毛毛竹等加加强构件件。加强强构件上上端应进进入压顶顶板，下下端宜进进入开挖挖面以下下。目前前常用的的方法是是内排或或内外排排搅拌体体内插钢钢管，深深度至开开挖面以以下，对对开挖较较浅的基基坑，可可以插毛毛竹，毛毛竹直径径不小于于50mm。3．水泥土土加固体体与压顶顶板之间间应设置置连接钢钢筋。连连接钢筋筋上端应应锚入压压顶板，，下端应应插入水水泥土加加固体中中1～2米，间隔隔梅花形形布置。。水泥土围围护墙的的计算分分析方法法和设计计双轴水泥泥土搅拌拌机水泥土围围护墙的的施工双轴水泥泥土搅拌拌机配套设备备1．灰浆浆泵2．灰浆搅搅拌机3．灰浆集集料斗4．桩架架施工准备备水泥土围围护墙的的施工1．技术准准备进行加固固土室内内配合比比试验，，依据设设计施工工图和环环境调查查与分析析，编制制施工组组织设计计，安排排好围护护搅拌桩桩的施工工顺序，，通过试试成桩，，选择最最佳水泥泥掺量，，确定水水泥土搅搅拌桩施施工工艺艺参数。。2．材料准准备水泥进场场，按每每一袋装装水泥或或散装水水泥出厂厂编号进进行取样样、送检检。搭设设水泥棚棚，布置置浆液拌拌站，面面积宜大大于40m2，一般泵泵送距离离不宜大大于100m。3．场地准准备清表及原原地面整整平。沟沟槽开开挖。桩桩位放样样。4．设备准准备设备进场场。桩机机就位。。施工工艺艺水泥土围围护墙的的施工双轴施工工要点水泥土围围护墙的的施工工艺试成成桩试成桩的的目的是是确定各各项施工工技术参参数a.搅拌机钻钻进深度度、桩底底、桩顶顶或喷、、停浆面面标高；；b.搅拌机提提升速度度与浆泵泵流量的的匹配；；c.每m桩长或每每根桩的的送浆量量、浆液液到达喷喷浆口的的时间；；d.双轴搅拌拌机单位位时间（（min）内，固固化剂浆浆液的喷喷出量q（KN），取决决于搅拌拌头叶片片直径、、固化剂剂掺入比比及搅拌拌机钻头头提升速速度。双轴施工工要点水泥土围围护墙的的施工施工参数数与质量量标准水泥土搅搅拌桩采采用PO42.5新鲜普通通硅酸盐盐水泥，，单幅桩桩断面一一般Ф700@500双头搭接接200mm，常用水水泥掺入入比为被被加固湿湿土重的的12%～15%，在暗浜浜区水泥泥掺量应应再适当当提高，，水灰比比0.45～0.55。搅拌拌桩垂垂直度度偏差差不得得小于于1%，桩位位偏差差不得得大于于50mm，桩径径偏差差不得得大于于4%。双轴施施工要要点水泥土土围护护墙的的施工工施工浆浆液拌拌制及及管理理水泥浆浆液应应按预预定配配合比比拌制制，每每根桩桩所需需水泥泥浆液液一次次单独独拌制制完成成；制制备好好的泥泥浆不不得离离析，，停置置时间间不得得超过过2h，否则则予以以废弃弃，浆浆液倒倒入时时应加加筛过过滤，，以免免浆内内结块块，损损坏泵泵体。。供浆浆必须须连续续，搅搅拌均均匀。。一旦旦因故故停浆浆，为为防止止断桩桩和缺缺浆，，应使使搅拌拌机钻钻头下下沉至至停浆浆面以以下1.0m，待恢恢复供供浆后后再喷喷浆提提升。。如因因故停停机超超过3h，应先先拆卸卸输浆浆管路路，清清洗后后备用用，以以防止止浆液液结硬硬堵管管。泵泵送水水泥浆浆前管管路应应保持持湿润润，以以便输输浆。。应定定期拆拆卸清清洗浆浆泵，，注意意保持持齿轮轮减速速箱内内润滑滑油的的清洗洗。双轴施施工要要点水泥土土围护护墙的的施工工施工技技术搅拌桩桩施工工必须须坚持持两喷喷三搅搅的操操作顺顺序，，且喷喷浆搅搅拌时时，搅搅拌头头提升升速度度不宜宜大于于0.5m/min，钻头头每转转一圈圈提升升（或或下降降）量量以1.0～1.5c