《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

挡土结构与基坑工程

木林隆博士岩土大楼820室65982005第三讲水泥土围护结构的设计和施工概述水泥土围护结构的特点和断面型式水泥土围护墙的计算分析方法和设计水泥土围护墙的施工要点重力式水泥土挡墙案例概述水泥土重力式围护墙是以水泥系材料为固化剂，通过搅拌机械采用喷浆施工将固化剂和地基土强行搅拌，形成连续搭接的水泥土柱状加固体挡墙。（DMM）水泥土重力式围护墙的概念定义常用的施工机械概述双轴水泥土搅拌机三轴水泥土搅拌机高压喷射注浆机水泥土的发展与现状搅拌法原是我国及古罗马、古埃及等文明古国，以石灰为拌合材料，应用最早而且流传最广泛的一种加固地基土的方法。例如，我国房屋或道路建设中传统的灰土垫层(或面层)，就是将石灰与土按一定比例拌合、铺筑、碾压或夯实而成；又如万里长城和西藏佛塔以及古罗马的加普亚军用大道、古埃及的金字塔和尼罗河的河堤等，都是用灰土加固地基的范例。应用水泥土较早的一些国家，如日本约始于1915年，美国约始于1917年。随后，许多国家纷纷将水泥土用于道路、水利等工程。搅拌桩最早于本世纪50年代初问世于美国。我国自1977年开始研究搅拌桩机械。概述搅拌桩在我国应用的头10年中，其主要用途是加固软土，构成复合地基以支承建筑物或结构物。将搅拌桩用于基坑工程，虽在其发展初期已有成功的实例，但大量应用则是90年代初随着我国各地高层建筑和地下设施大量兴建而迅速兴起的，其中尤以上海及沿海各地为最多。大功率的三轴搅拌机加固深度可达到25~30m。水泥土重力式围护墙的应用概述搅拌轴数：搅拌桩的截面主要有双轴和三轴加筋：加筋和非加筋复合形式：水泥土结合钢筋混凝土预制板桩、钻孔灌注桩、型钢、斜向或竖向土锚等结构形水泥土重力式围护墙的类型与适用范围水泥土围护结构的特点和断面型式水泥土重力式围护墙的类型平面布置：满膛布置、格栅型布置和宽窄结合的锯齿形布置按竖向布置：等断面布置、台阶形布置水泥土重力式围护墙的布置无支撑自立式挡土墙，依靠墙体自重、墙底摩阻力和墙前基坑开挖面以下土体的被动土压力稳定墙体。变形主要表现为墙体水平平移、墙顶前倾、墙底前滑以及几种变形的叠加。水泥土重力式围护墙的特点水泥土围护结构的特点和断面型式开挖深度：不宜超出7m，在基坑周边环境保护要求较高的情况下，基坑深度应控制在5m范围以内土质条件：水泥土搅拌桩和高压喷射注浆均适用于加固淤泥质土、含水量较高而地基承载力小于120kPa的粘土、粉土、砂土等软土地基，当土中含高岭石、多水高岭石、蒙脱石等矿物时，加固效果较好；土中含伊里石、氯化物和水铝英石等矿物时，加固效果较差，土的原始抗剪强度小于20～30kPa时，加固效果也较差。环境条件：在基坑周边距离1~2倍开挖深度范围内存在对沉降和变形较敏感的建（构）筑物时，应慎重选用水泥土重力式围护墙。水泥土重力式围护墙的适用条件水泥土围护结构的特点和断面型式水泥土重度室内试验结果表明，当水泥掺入比为5%～20%、水灰比=0.45～0.5时，水泥土较被加固的土体重度增加约1%～3%左右。天然软土含水量越大或水泥掺入比越大，则水泥土加固体的含水量降低幅度越大。不同含水量的软土用不同的水泥掺入比加固后，其液限将稍有降低，而其塑限则有较大提高。水泥土的物理特性水泥土围护结构的特点和断面型式加固土的物理力学特性水泥土的无侧限抗压强度在0.3～4.0MPa之间，大约比天然软土强度提高数十倍到数百倍（土质↑，龄期↑，水泥掺入比↑，土的含水量↓，土的化学性质-PH值↑，水泥品种与标号↑，外掺剂）水泥土的抗剪强度Cu与其法向应力有关。设计时如做较保守之考虑，可取σu

为零时的抗剪强度τf0

作为桩体不排水抗剪强度设计值。τf0与无侧限抗压强度的比例介于1/2～1/5之间。水泥土的抗剪强度随抗压强度的增大而提高，但随着抗压强度增大，两者的比值减小。一般地说，当无侧限抗压强度qu=0.5~4.0MPa时，其粘聚力cu=0.1~1.1MPa，内摩擦角ϕ约在20～30°之间。水泥土的抗拉强度σt与无侧限抗压强度qu的关系：当qu<1.5MPa时，σt

约等于0.2MPa。水泥土的力学特性水泥土围护结构的特点和断面型式加固土的物理力学特性水泥土无侧限抗压强度愈大，破坏应变量愈小。当qu=0.5~4.0MPa时，E=(100~150)qu。它的抗渗性能明显改善。负温一般并不影响水泥搅拌桩施工，但它会使水泥土化学反应停滞而推迟搅拌桩强度的发展。现场桩体强度/室内试块强度的比值约为0.6～0.75。加固土的物理力学特性水泥土的力学特性水泥土围护结构的特点和断面型式设计方案比选水泥土围护墙的计算分析方法和设计1．施工时无振动、噪声小、无泥浆废水污染；2．施工操作简便、成桩工期较短，造价较低；3．基坑开挖时一般不需要支撑、拉锚；4．隔水防渗性能良好；5．基坑内空间宽敞，方便土方开挖和后期结构施工；6．挡墙顶面可设置路面行驶施工车辆，而路面结构又可增加挡墙刚度；7．同一墙体可设计成变截面、变深度、变强度；8．有利于缩短综合工期；9．可就近利用一部分粉煤灰等工业废料作为固化剂的外掺剂。优点设计方案比选1．对有机质含量高、pH值低（<7）、初始抗剪强度甚低（<2～3kPa）的土，或土中含伊里石、氯化物、水铝石英等矿物及地下水具有侵蚀性时，加固效果差；2．贯穿地面或地下硬土或其它障碍物有困难，有时可用冲水或注水下沉解决，有时难以解决；3．根据国内现有设备，目前常用的支挡高度为4～7m；一般情况下，当采用湿法(喷浆)施工时，开挖深度不超过7m；当支挡高度较大或工程量较大时，可能不经济；4．墙体占地面积大，水泥土搅拌桩按格栅形布置，墙宽约0．7～1．0倍开挖深度，桩插入基坑底深度约0．8～1．4倍开挖深度；5．水泥用量较大，以一般软土中10m深的墙体(包括插入坑底部分)为例，每100延长米墙体约需水泥500～600t；6．成桩后需要28天以上的养护期，一般不能立即开挖土方；7．与有支撑支护结构相比，重力式围护基坑周围地基变形较大，对邻近建筑物或地下设施影响较大。缺点水泥土围护墙的计算分析方法和设计设计计算内容水泥土围护墙的计算分析方法和设计1．水、土压力的计算2．稳定性验算3．墙体应力验算4．格栅截面验算5．墙体变形计算水、土压力计算水泥土围护墙的计算分析方法和设计整体稳定性分析瑞典圆弧法该法假定滑动面是一个圆弧面，并认为条块间的作用力对边坡的整体稳定性影响不大，可以忽略；这种假定在两个土条之间并不满足，对安全系数的计算结果，这样所造成的误差有时可高达60%以上；水泥土围护墙的计算分析方法和设计不排水峡条件下另抗隆起雀稳定极限平道衡法一般等是在依指定旨的破吹坏面支上进静行验惭算，叶分析郊计算损时还流可能享会作售一些逢假定Ter遗zag吹hi(辫194滤3)抗隆起鸦分析模蹄式γH/Su为稳迅定系搜数5.躲7即为铜考虑腥基地征完全态粗糙铁时的跪地基纺承载冤力系陕数Nc值Ter取zag枣hi(浓194去3)的抗隆呆起分析览模式适使用于比婶较浅或走宽的基刮坑抗隆娇起分析俊问题，坡也即适牛用于H/B≤1孤.0的情况水泥土股围护墙滚的计算呆分析方画法和设僚计抗倾覆耍、抗滑邪移稳定惹性分析抗倾覆抗滑移水泥宰土围惠护墙驴的计针算分楼析方幼法和托设计抗渗洁流稳描定性贤分析渗流讽破坏眠主要送表现包为管支涌、秩流土(俗称俘流砂)在渗毯流出意口处水泥症土围魄护墙庆的计亩算分还析方包法和拌设计抗承须压水军稳定牺性分彼析承压怕水破恼坏主对要表振现为摆突涌水泥贸土围尿护墙匠的计陪算分扯析方艰法和始设计墙体应倍力验算水泥擦土围垄护墙应的计榆算分滚析方此法和姐设计格栅截急面验算水泥土臣重力式胁围护墙别结构加势固体平秀面通常豪呈格栅云型布置翻，每个筝格子的喘土体面总积A应满离足水泥土隔围护墙鞠的计算晕分析方线法和设尚计式中：呼u--绿格子的拐周长(翼m)分项系错数，对贡砂土和消粉质砂现土取1稼.0，剥粘土取缸2.0墙体暴变形肝计算水泥土饭围护墙跌的计算净分析方令法和设普计水泥建土重堤力式桶围护凶墙的珍平面叮布置三轴搅煮拌桩水泥土前重力式蔑围护墙恰的构造拿要求水泥土屯重力式膝围护墙盗的平面亏布置双轴洞搅拌科桩水泥钥土重龄力式底围护猴墙的看构造缸要求水泥土痛重力式过围护墙滤的平面裕布置高压旋垃喷注浆水泥磨土重稍力式惊围护互墙的饼构造衫要求水泥土归重力式敌围护墙毒的竖向颤布置水泥献土重突力式匀围护抬墙的岛构造脂要求水泥韵土重而力式柏围护腾墙坑抵底以网下的过插入渠深度D一般可矩取开挖戚深度h0的0.袍8~奖1.洞4倍，馅断面统布置诉有等江断面宾布置线、台绞阶形暂布置径等。水泥土战重力式压围护墙收加固体畅技术要土求1．水铲泥土仇水泥吼掺合零量以恨每立细方加知固体班所拌晨和的者水泥甩重量家计，闯常用笑掺合研量为闲双轴裹水泥挽土搅色拌桩12败~1晋5%，三轴柜水泥土薄搅拌桩18疲~2丙2%，高压妹喷射注腾浆不少项于25杀%。2．水泥观土加固时体的强衫度以龄赖期28天的无急侧限抗注压强度qu为标趴准，qu应不世低于0.8应MPa。3．水强泥土烦加固摩体的静渗透问系数钥不大浴于10恼-7名cm谦/旬se锯c，水泥驻土围护闷墙兼作言隔水帷右幕。4．水贵泥土只重力韵式围险护墙宇搅拌屿桩搭色接长旅度应疏不小令于200溉mm。墙齿体宽驶度大链于等设于3.2基m时，岁前后斥墙厚夫度不庭宜小册于1.2平m。在墙升体圆弧弹段或折逐角处，并搭接长笋度宜适姻当加大罪。水泥施土加固掩体在习锡惯上称沫为搅拌旷桩，相彩邻桩搭但接部分泥的截面沉积为双匆弧形，曾搭接长赔度200冻mm指搅拌调转轴中丽心连线活位置的银最大搭葛接长度蛛。5．水泥庄土重力厦式围护悦墙转角陡及两侧岸剪力较私大的部抗位应采梁用搅拌拔桩满打改、加宽哀或加深畜墙体等绵措施对财围护墙赶进行加部强。6．当基肃坑开挖樱深度有热变化，偷围护墙郊体宽度啄和深度胜变化较失大的断谎面附近稍应当对塘墙体进帜行加强裹。水泥膜土围慢护墙理的计代算分承析方默法和扔设计水泥袭土重宅力式序围护酷墙压饰顶板骨及联然结的慰构造1．水徒泥土朵重力贼式围友护墙凝结构源顶部早需设认置15若0～20帐0m裹m厚的钢深筋混凝灿土压顶痛板，压恢顶板应沫设置双昨向配筋匹，钢筋零直径不妨小于φ8，间尿距不真大于20弹0m洲m。墙顶转现浇的疾混凝土捆压顶板粒是水泥霸土重力递式围护顽墙的一宾个组成摊部分，谢不但有血利于墙李体整体视性，防改止因坑拐外地表出水从墙赶顶渗入船挡墙格盈栅而损请坏墙体岸，也有优利于施崇工场地芳的利用宜。2．水泥泻土重力幻玉式围护废墙内、刮外排加扁固体中喝宜插入斑钢管、么毛竹等尖加强构涉件。加役强构件促上端应肝进入压蹄顶板，书下端宜潜进入开浆挖面以含下。目良前常用眼的方法颂是内排菊或内外疲排搅拌望体内插枕钢管，盏深度至夏开挖面干以下，杨对开挖柔较浅的敢基坑，影可以插遵毛竹，有毛竹直其径不小头于50阔mm。3．水泥摔土加固阀体与压捷顶板之植间应设努置连接拦钢筋。挂连接钢领筋上端张应锚入筹压顶板落，下端箱应插入徐水泥土烈加固体悼中1～2米，间斧隔梅花男形布置钞。水泥谨土围虹护墙既的计绣算分钓析方威法和鸦设计双轴昨水泥习土搅贩拌机水泥言土围热护墙摔的施川工双轴水亮泥土搅裁拌机配套悟设备1．灰牲浆泵2．灰竹浆搅画拌机3．灰浆筋集料斗4．桩泻架施工单准备水泥土胃围护墙赴的施工1．技丧术准疫备进行加仁固土室鸟内配合知比试验记，依据牧设计施卧工图和谢环境调佩查与分个析，编朵制施工茄组织设怎计，安排排好围夕护搅拌能桩的施膝工顺序眼，通过好试成桩闪，选择乖最佳水纸泥掺量候，确定虫水泥土族搅拌桩喇施工工嘴艺参数飘。2．材料宽准备水泥进铅场，按军每一袋爱装水泥惰或散装员水泥出狱厂编号臂进行取韵样、送幸检。搭啊设水泥馒棚，布泳置浆液萄拌站，右面积宜风大于40m买2，一般画泵送距轻离不宜脸大于100昌m。3．场地闻准备清表淡及原市地面喂整平季。倚沟槽欲开挖晶。桩已位放藏样。4．设备啊准备设备进姻场。桩田机就位改。施工工软艺水泥土坑围护墙欢的施工双轴夕施工凳要点水泥墙土围城护墙津的施寨工工艺抢试成翁桩试成桩偏的目的诵是确定丛各项施矛工技术份参数a.搅拌梦机钻岂进深跨度、刘桩底傻、桩删顶或俘喷、干停浆状面标段高；b.搅拌隶机提夕升速份度与陡浆泵遮流量行的匹贴配；c.每m桩长或伯每根桩秩的送浆伍量、浆婶液到达贷喷浆口惩的时间内；d.双轴搅刃拌机单然位时间堤（mi棍n）内身，固肃化剂级浆液好的喷亩出量q（KN），步取决旋于搅略拌头嘱叶片玩直径妇、固绘化剂集掺入屋比及沫搅拌持机钻阁头提论升速恶度。双轴遍施工铁要点水泥配土围餐护墙见的施税工施工膝参数鞋与质买量标但准水泥土输搅拌桩梨采用PO朝42翻.5新鲜普票通硅酸励盐水泥读，单幅驰桩断面跟一般Ф7届00抛@5工00双头配搭接200应mm，常用胆水泥掺非入比为错被加固件湿土重符的12假%～15%，在舟暗浜橡区水垃泥掺益量应印再适踩当提厘高，歌水灰威比0.远45～0.宽55。搅头拌桩喘垂直让度偏誉差不浊得小柴于1%，桩伍位偏达差不缘瑞得大越于50m屡m，桩径批偏差不炉得大于4%。双轴嫩施工级要点水泥仰土围剂护墙姓的施摔工施工乓浆液筒拌制韵及管郊理水泥浆锐液应按浸预定配枪合比拌座制，每炼根桩所结需水泥码浆液一竖次单独侵拌制完庙成；制扑备好的浅泥浆不秀得离析锦，停置忽时间不浙得超过2h，否则炼予以废携弃，浆次液倒入士时应加阅筛过滤鹅，以免盆浆内结前块，损殿坏泵体丢。供浆每必须连家续，搅济拌均匀绢。一旦狱因故停竹浆，为过防止断壳桩和缺瘦浆，应余使搅拌尼机钻头安下沉至箱停浆面汉以下1.沟0m，待吹恢复暖供浆袖后再饰喷浆结提升辆。如去因故让停机卡超过3h，应敌先拆佛卸输府浆管魄路，废清洗躺后备艳用，梢以防全止浆亡液结售硬堵大管。棍泵送祥水泥捕浆前支管路钢应保踏持湿属润，好以便础输浆觉。应姨定期拒拆卸难清洗可浆泵叛，注范意保看持齿拾轮减查速箱供内润战滑油续的清复洗。双轴施忘工要点水泥闪土围剖护墙糊的施塑工施工瓜技术搅拌已桩施业工必拍须坚闪持两赠喷三惭搅的浪操作盈顺序即，且温喷浆斥搅拌抽时，量搅拌化头提盏升速疼度不刷宜大格于0.5啊m/m朵in，钻垦头每锹转一馆圈提蓝升（礼或下散降）窜量以1.驾0～1.5次cm为宜敌，最较后一词次提嫌升搅袭拌宜约采用租慢速南提升逮，当零喷浆箱口达粉桩顶然标高吧时，敲宜停鲜止提撕升，锯搅拌柴数秒爱，以炉保证粒桩头患均匀女密实挖。对于透双轴情水泥循重力惑式围拉护墙子内套镜打钻层孔灌喷注围棵护桩蓝时，跑