水泥土墙工程

深基坑工程第三章

水泥土墙工程一、概述

水泥土墙：利用水泥材料为固化剂，采用特殊的拌合机械（深层搅拌机或高压喷射）在地基土中就地将原状土和固化剂强制拌合，经过一系列的物理化学反应，形成具有一定强度、整体性和水稳定性的加固土圆柱体（水泥土桩），由这些水泥土桩两两相互搭接而形成的连续壁状的加固体。水泥土桩深层搅拌桩高压喷射旋喷桩水泥土二、水泥土搅拌桩与高压喷射注浆桩（一）水泥土搅拌桩1.施工设备：深层搅拌机（湿法和干法）2.水泥土的物理力学特性3.加固机理及影响因素4.水泥土搅拌桩的特点深层搅拌机深层单轴搅拌机搅拌叶片水泥土的工程程特性（1）水泥土土的物理性质质1）重度当水泥掺入比比在8%～20%之间，水泥土土重度比原土土增加约3%～6%。2）含水量随水泥掺合量量的增大而降降低，一般比比原土降低15％～18%。3）抗渗性性渗透系数k一般在10-8～10-9cm/s。（2）水泥土土的力学性质质1）无侧限抗抗压强度水泥土的无侧侧限抗压强度度qu在0.3～4.0MPa之间，比原状状土提高几十十倍乃至几百百倍。2）抗拉强度度水泥土抗拉强强度与抗压强强度有一定关关系，一般情情况下，抗拉拉强度在（0.15～～0.25））qu之间间。。3））抗抗剪剪强强度度当水水泥泥土土qu=0.5～～4MPa时，，其其粘粘聚聚力力c在100～～1000kPa之间间，，其其摩摩擦擦角角在20～30之间间。。4））变变形形特特性性当qu=0.5～～4.0MPa时，，其其50d后的的变变形形模模量量相相当当于于（120～～150））qu。加固固机机理理（1））水水泥泥的的水水解解水水化化反反应应（2））土土颗颗粒粒与与水水泥泥水水化化物物的的作作用用1））离离子子交交换换和和团团粒粒化化作作用用2））硬硬凝凝反反应应（3））碳碳酸酸化化作作用用（1））基基本本不不存存在在挤挤土土效效应应，，对对周周围围地地基基扰扰动动小小；；（2））可可根根据据不不同同土土质质和和工工程程设设计计要要求求，，合合理理选选择择固固化化剂剂及及配配方方，，应应用用较较为为灵灵活活；；（3））施施工工无无振振动动，，无无噪噪音音，，污污染染小小，，可可在在市市区区和和建建筑筑物物密密集集地地带带施施工工；；（4））土土体体加加固固后后，，重重度度基基本本不不变变，，软软弱弱下下卧卧层层不不致致产产生生较较大大附附加加沉沉降降；；（5））结结构构型型式式灵灵活活多多样样，，可可根根据据工工程程需需要要，，选选用用柱柱状状、、壁壁状状、、格格栅栅状状或或块块状状。。（6））隔隔水水防防渗渗性性能能良良好好，，基基坑坑内内外外可可以以有有水水位位差差。。水泥泥土土搅搅拌拌桩桩的的特特点点（二二））高高压压喷喷射射注注浆浆法法1.高高压压喷喷射射注注浆浆桩桩的的分分类类（1））按按照照喷喷射射流流移移动动轨轨迹迹分分类类：：旋喷喷、、定定喷喷和和摆摆喷喷。。单管管（浆浆液液））双管管（内内浆浆外外气气））三重重管管（气、、水水、、浆浆））（2））按按注注浆浆管管类类型型分分类类：：单管管法法、、双双管管法法、、三三管管法法和和多多重重管管法法。。bcada.柱状状b.壁壁状状c.格格栅栅状状d.块块状状（3））按按照照加加固固体体形形状状分分类类：：柱状状、、壁壁状状、、格格栅栅状状和和块块状状。。2.高高压压喷喷射射注注浆浆桩桩的的特特点点及及适适用用范范围围主要要特特点点：：适用用范范围围广广、、施施工工灵灵活活方方便便、、环环保保效效果果好好。。适用用范范围围：：适用用于于处处理理淤淤泥泥、、淤淤泥泥质质土土、、流流塑塑、、软软塑塑或或可可塑塑粘粘性性土土、、粉粉土土、、砂砂土土、、黄黄土土、、素素填填土土和和碎碎石石土土等等地地基基。。不宜宜用用于于处处理理硬硬粘粘性性土土、、含含较较多多块块石石或或大大量量植植物物根根茎茎以以及及地地下下水水流流速速过过大大的的地地基基。。三、、水水泥泥土土墙墙的的设设计计（一一））一一般般规规定定适用用条条件件：：水泥泥土土挡挡墙墙适适用用于于开开挖挖深深度度不不大大于于7m的淤淤泥泥和和淤淤泥泥质质土土基基坑坑。。水泥泥掺掺入入量量：：水泥泥土土挡挡墙墙所所用用的的深深层层搅搅拌拌桩桩水水泥泥掺掺入入量量宜宜为为被被加加固固土土重重量量的的15%~18%。按50cm直直径径计计算算，，每每米米长长度度桩桩约约为为0.2立立方方米米，，淤淤泥泥重重度度约约1.5t/m3，，每米米长长度度桩桩土土重重约约300kg，，每每米米桩桩长长水水泥泥用用量量45~54kg。。（（同同样样直直径径，，旋旋喷喷桩桩每每米米桩桩长长水水泥泥用用量量130kg））（二二））水水泥泥土土墙墙的的布布置置1.平平面面布布置置水泥泥土土墙墙平平面面布布置置可可采采用用壁状状体体。若若壁壁状状的的挡挡墙墙宽宽度度不不够够时时，，可可加加大大宽宽度度，，做做成成格栅栅状状支护护结结构构，，即即在在支支护护结结构构宽宽度度内内，，不不需需整整个个土土体体都都进进行行搅搅拌拌加加固固，，可可按按一一定定间间距距将将土土体体加加固固成成相相互互平平行行的的纵纵向向壁壁，，再再沿沿纵纵向向按按一一定定间间距距加加固固肋肋体体，，用用肋肋体体将将纵纵向向壁壁连连接接起起来来。。壁状状格栅栅状状（格格栅栅状状可可改改进进成成全全处处理理，，三三角角形形布布置置））（（置置换换率率0.907））水泥泥土土墙墙应应尽尽可可能能避避免免向向内内的的折折角角而而采采用用向向外外拱拱的的折折线线形形，，以以利利减减小小支支护护结结构构位位移移，，避避免免由由于于两两个个方方向向的的位位移移而而使使水水泥泥土土墙墙内内折折角角处处出出现现裂裂缝缝。。支护结结构沿沿地下下结构构底板板外围围布置置，且且与底底板应应保持持一定定净距距，以以便于于底板板、墙墙板侧侧模的的支撑撑与拆拆除，，并保保证地地下结结构外外墙板板防水水层施施工作作业空空间。。（1））桩的的搭接接：水泥土土桩与与桩之之间的的搭接接宽度度不宜宜小于于150mm；；当搅搅拌桩桩较长长时，，应考考虑施施工时时垂直直度偏偏差问问题，，增加加设计计搭接接宽度度。常常规设设计中中搭接接宽度度200mm。。（2））水泥泥土墙墙采用用格栅栅布置置时，，格栅栅的面面积置置换率率对于于淤泥泥不宜宜小于于0.8，，淤泥泥质土土不宜宜小于于0.7，，一般般粘性性土及及砂土土不宜宜小于于0.6；；格栅栅内侧侧长宽宽比不不宜大大于2。2.构构造要要求面积置换率=例：桩径0.6m，，搭接接0.15m,上、、下每每边减减去0.015/2在2.25m长长度内内，用用24根0.6m桩桩径的的桩，，面积积6.78平米米。6.78/2.25/0.9=3.35m每个格格栅内内的土土体面面积应应符合合下式式要求求：A──格格栅内内土体体的截截面面面积；；δ──计计算系系数；；对粘粘性土土，取取δ＝0.5；对砂砂土、、粉土土，取取δ＝0.7；c──格格栅内内土的的粘聚聚力；；u──计计算周周长；；γm──格格栅内内土的的天然然重度度；对成层层土，，取水水泥土土墙深度范范围内内各层层土按按厚度加权权的平平均天天然重重度。。桩径0.6m，，搭接接0.15m，，桩距距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再乘以以系数数d,肯肯定不不满足足要求求3.剖剖面形形式水泥土土挡墙墙支护护结构构断面面形式式4.嵌嵌固深深度和和宽度度嵌固深深度：：对淤泥泥质土土，不不宜小小于1.2h，对淤淤泥，，不宜宜小于1.3h。挡墙宽宽度：：对淤泥泥质土土，不不宜小小于0.7h，对淤淤泥，，不宜宜小于0.8h。重力式式水泥泥土墙墙采用用格栅栅状布布置时时，由由于加固土土的重重度与与天然然土的的重度度接近近，按按桩体体与它它所包包围的的土体体共同同作用用考虑虑，通通常取取格栅栅状外外包线线宽度度作为为挡墙墙宽度度。5.水水泥土土墙体体强度度水泥土土墙体体28d无侧限限抗压压强度度不宜宜小于于0.8MPa。当需需要增增强墙墙身的的抗拉拉性能能时，，可在在水泥泥土桩桩内插插入杆杆筋。。杆筋筋可采采用钢钢筋、、钢管管或毛毛竹。。杆筋筋的插插入深深度宜宜大于于基坑坑深度度。杆杆筋应应锚入入面板板内。。6.水水泥土土墙顶顶面宜宜设置置混凝凝土连连接面面板，，面板板厚度度不宜宜小于于150mm,混凝凝土强强度等等级不不宜低低于C15。（三））水泥泥土墙墙设计计计算算1.破破坏形形式及及设计计方法法（1））墙体体强度度破坏坏墙身材材料应应力超超过抗抗拉、、抗压压或抗抗剪强强度而而使墙墙体断断裂。。截面选选择：：基坑面面以下下主动动、被被动土土压力力强度度相等等处（（剪力力最大大）基坑底底面处处（弯弯矩最最大））水泥土土墙的的截面面突变变处（（截面面面积积减小小）方法：：正截面面应力力验算算。（2））稳定定性破破坏a）倾倾覆破破坏；；b））整体体破坏坏；c）基基坑隆隆起破破坏墙整体体倾覆覆墙整体体滑移移土体整整体滑滑动墙下地地基承承载力力不足足而使使墙体体下沉沉并伴伴随基基坑隆隆起地下水水渗流流造成成的土土体渗渗透破破坏水泥土土墙事事故2.水水泥土土墙的的设计计计算算（1））水泥泥土墙墙的设设计步步骤a)根据土土体整整体稳稳定性性安全全系数数或基基坑抗抗隆起起条件件确定定水泥泥土墙墙嵌固固深度度。已已有资资料分分析表表明，，根据据整体体稳定定求得得的嵌嵌固深深度能能够满满足抗抗隆起起条件件。b)根据抗抗倾覆覆条件件确定定水泥泥土墙墙的宽宽度。。此宽宽度一一般情情况下下也能能满足足抗滑滑移稳稳定条条件。。C)特殊条条件下下（如如各土土层性性质变变化较较大））进一一步验验算抗抗隆起起和抗抗滑移移安全全条件件。d)验算水水泥土土墙强强度。。e)计算墙墙顶位位移。。（2））计算算公式式a)抗滑移移稳定定性b)抗倾覆覆稳定定性对于水水泥墙墙坑内内脚，，总的的抗倾倾覆力力矩与与总倾倾覆力力矩之之比，，Eak、Epk中包含含水压压力c)土体整整体稳稳定性性费伦纽纽斯条条分法法粘性土土坡的的条分分法滑面为为曲面面，近近似为为圆弧弧面1.瑞瑞典典条分分法（（费伦伦纽斯斯条分分法））不考虑虑单一一土条条力的的不平平衡各土条条安全全系数数相同同（抗抗剪强强度发发挥作作用相相同））根据总总滑动动力矩矩与总总抗滑滑力矩矩平衡衡考虑滑滑动力力矩与与抗滑滑力矩矩平衡衡，条条间作作用力力对圆圆心力力矩作作为内内力抵抵消Wi——条块块重量量,包包括上上覆荷荷载ai-i条条块滑面倾倾角li-i条块块滑面长长度选取不不同圆圆心与与半径径，安安全系系数最最小的的滑面面为最最危险险滑面面，该该安全全系数数代表表土坡坡稳定定性c)土体整整体稳稳定性性费伦纽纽斯条条分法法由于水水泥土土强度度比淤淤泥土土大得得多，，最危危险滑滑面（（安全全系数数最小小）绕绕墙脚脚，水水泥土土墙嵌嵌入深深度小小，安安全系系数小小，会会不满满足安安全要要求。。以安安全系系数大大于等等于1.3来确确定水水泥土土墙嵌嵌入深深度。。经验值值：桩长：：挡墙宽宽度：：

d)墙体正正截面面应力力验算算拉应力力压应力力剪应力力矩形截截面，，弯矩矩作用用下，，抵抗抗矩：：验算拉拉应力力时减减去自自重应应力验算压压应力力时加加上自自重应应力乘乘以重重要性性系数数与安安全系系数抗拉强强度取取开挖挖时抗抗压强强度的的15%抗剪强强度取取抗压压强度度的1/6。m—墙墙体材材料的的抗剪剪断系系数，，0.4~0.5BLM水平位位移可可采用用经验验公式式法、、弹性性地基基“m”法和和非线线性有有限元元法进进行计计算。。e)水泥土土墙的的水平平位移移计算算当插入入深度度hd＝(0.8～1.2)h（h为基坑坑开挖挖深度度），，墙宽宽b＝(0.6～1.0)h时，可可采用用下列列经验验公式式进行行估算算：式中δ——墙墙顶水水平位位移计计算值值；Lmax——基坑最最大边边长；；ξ———施工工质量量系数数，取取0.8～～1.5，，质量量越好好，取取值越越小；；η———量纲纲换算算系数数，δδ单位位用mm时时，ηη=1，δ单位位用cm时时，η=10。上海海《基坑坑工工程程技技术术规规范范》建议议方方法法水泥泥土土墙墙计计算算图图式式1）假定

根据土质情况和基坑开挖深度，先按经验设定桩长和墙的宽度：桩长：挡墙宽度：2））土土压压力力计计算算为简简化化计计算算，，对对成成层层分分布布的的土土体体，，墙墙底底以以上上各各层层土土的的物物理理力力学学指指标标按按层层厚厚加加权权平平均均计计算算。。3））抗抗倾倾覆覆计计算算4））抗抗滑滑动动计计算算5））整整体体稳稳定定性性计计算算重力力式式围围护护结结构构的的整整体体稳稳定定性性计计算算应应考考虑虑两两种种破破坏坏模模式式：：一一种种是是如如图图所所示示的的滑滑动动面面通通过过挡挡墙墙的的底底部部；；另一一种种考考虑虑圆圆弧弧切切墙墙的的整整体体稳稳定定性性，，验验算算时时需需计计算算切切墙墙阻阻力力所所产产生生的的抗抗滑滑作作用用，，即即墙墙的的抗抗剪剪强强度度所所产产生生的的抗抗滑滑力力矩矩。。整体体稳稳定定性性验验算算一般般最最危危险险滑滑动动面面在在墙墙底底下下0.5～1.0m。当当墙墙下下土土层层很很差差时时，，危危险险滑滑弧弧的的位位置置还还可可能能更更深深，，此此时时应应增增大大计计算算深深度度，，直直至至γs值增增大大为为止止。。当当墙墙体体无无侧侧