冲孔水泥土桩止水帷幕在某基坑工程中的应用|我的原创论文 - 领先的岩土技术社区，岩土领域的媒体、社区与应用平台！

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助理工程师

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只看楼主倒序阅读使用道具楼主发表于: 2013-04-11

【作者】：付文光，张兴杰
【作者机构】：
【摘要】：在地下水丰富的填石层中开挖基坑，止水帷幕的设计施工是个难题，在地下水为动水的深大基坑中尤为困难。常用的止水帷幕中，深层搅拌法在填石中不能成桩，压力灌浆法可控性差基本不采用，地下连续墙造价较高故较少采用；高压喷射桩经常采用，但效果通常欠佳甚至失败。某工程在海边填石层及砂砾层中，采用了一种新型的冲孔水泥土桩止水帷幕，即采用冲击的办法解决成孔问题，浇灌就地自行配制的水泥土作为桩身材料，施工简便、造价低，取得了较为满意的止水效果。
【Abstract】：The design and construction of curtains in the foundation pit excavation in rock-fill layer abundant of water, especially under existing hydrodynamic load, are difficult. For various curtains, deep mixing is not valid in pile-forming in the rock-fill layer and the pressure grouting is not adopted because of bad controllability. The diaphragm wall is rarely applied because of high cost, and the use of high pressure jet piles proves to be deficient. The use of punched soil-cement piles (pore-forming by punching and pouring the soil-cement self prepared) in curtains in a project has been successful. The present method is satisfactory, simple and economical
【曾发表在】：岩土工程学报

0 引言
在深圳地区，近些年来开山填海工程较多，沿海岸线产生了大量的人工陆域，不少陆域填料以开山石为主，厚度很大，强透水性极强，给桩基、地基处理及基坑支护等基础工程设计施工带来了极大的困难，其中，基坑开挖时的地下水处理是难中之难。填石中及砂层中的地下水与海水相通，属于动水，如缺乏有效的止水措施，基坑开挖极为困难。

深圳地区基坑工程常用的帷幕止水方法不外乎深层搅拌法、高压喷射注浆法、压力灌浆法及地下连续成墙法等几种。在较厚的填石地层，深层搅拌桩无法施工，不能采用；地下连续墙成槽机施工困难，通常会采用冲击成孔方式，工程造价相对较高，较少采用；高压灌浆法可控性差，难以形成完整的帷幕，基本不采用；故高压喷射注浆法最为常用。高喷法机械分为单管、双管及三管等几种，成桩形式分定喷、摆喷、旋喷等几种。深圳地区基坑工程采用过上述各种高喷工艺，通常情况下成功的多，失败的很少，但在沿海填石地层，从西海岸到东海岸，大铲湾、赤湾、东角头、深圳湾、上步、盐田、大鹏等地，均失败的多，成功的少。究其原因，主要有三：①地下水受潮汐影响，为动水。不少文献指出地下水流速较大时对高喷法成桩质量有影响，但目前尚缺少值得参考的定量分析。②水质受海水影响较大。高喷法一般采用水泥为固化剂，不同的水泥对水质的适应性不同，有些水泥在海水中凝固慢甚至不能凝固。③填石粒径大、级配不良。高喷法靠高压水流切割土体成桩，不能切割块石，要绕流成桩，不是很可靠。
综上，在沿海填石地区止水帷幕一直是基坑开挖的难点和重点，基坑深大时更是如此。工程技术人员一直在积极地寻找各种有效的解决办法。笔者在某工程中采用了冲孔法形成水泥土桩止水帷幕，对解决这个难题进行了有益地尝试。

1 工程及地质概况
深港西部通道深圳侧接线工程将土建、地基处理及基坑支护工程分成了几个标段，其中某三个标段的基坑连在一起形成了接头基坑。接头基坑开挖深度11～12 m，南侧边长约50 m。
根据岩土工程勘察报告，接头区基坑影响范围内土层自上而下为：①人工填石，南侧填筑厚度6～12 m；②第四系全新统海陆交互相沉积层砾砂；③第四系上更新统沼泽相沉积层，分为淤泥质亚黏土、含有机质粗砾砂层等亚层；④第四系上更新统冲洪积层含黏性土砾砂；⑤第四系残积层砾质黏性土。各土层物理力学指标见表1。接头基坑南侧为向海侧，距海岸较近，约百余米，地下水与海水有水力联系，水位埋深2～3 m，随海水潮汐而变化。
表1 各土层主要物理力学性质指标
Table 1 Parameters of soil

土层名称	承载力 /kPa	内摩擦角j/(°)	黏聚力 c/kPa	重度 /(kN·m-3)
填石	140	35	0	20.0
砾砂	170	32	0	20.4
淤泥质亚黏土	80	8	12	17.1
含黏性土砾砂	200	32	8	20.1
砾质黏性土	230	25	20	18.4

2 基坑支护及止水帷幕设计方案
2.1 设计思路
接头区为规划的深圳地铁2号线通过区域，地铁箱涵顶标高与侧接线箱涵地道底板相距3 m。地铁箱涵将采用盾构等暗挖法施工，为避免基坑支护结构物对以后地铁箱涵隧道产生不良影响，地铁公司要求伸入到地铁箱涵范围内的桩等结构物的强度不得超过2 MPa，最好不超过1 MPa。
基坑南侧坑壁是支护及止水的重点。地铁公司的要求，使得很难采用排桩及地连墙类支护形式，因为此类支护结构的坑底嵌固长度通常要超过3 m。也很难采用复合土钉墙支护，因为填石层中施打土钉或锚杆极为困难。故设计采用无支护、即放坡开挖，坡率1∶2，坡面挂网喷射混凝土护面。
填石层中最有效、最可靠的成孔方式为冲击成孔，故设计决定采用两两相互搭接的冲孔桩形成帷幕止水。考虑到地铁公司的要求，冲孔桩不能填充混凝土，故设计填充一种低强度混合材料——水泥土，即水泥与黏性土的混合物。
冲孔水泥土桩毕竟是一种新的尝试，设计时有一定的顾虑：①商品混凝土供应商不提供成品水泥土，只能自行拌制。使用什么机械、如何拌制、速度能否满足施工要求？水泥土强度要求特殊，而其强度又与拌制方式、工艺相关，如何控制其强度？②水泥土相对水下混凝土而言，重度小、黏度大，能否顺利浇灌？③冲击成孔时，相邻桩孔水泥土已具有一定强度，是否会产生冲切脆性破坏？是否容易导致本桩出现偏锤偏孔现象？相邻桩搭接长度多少为宜？
此外，还需考虑止水帷幕对边坡稳定的影响。止水帷幕截断了基坑内外的水力联系，基坑开挖后坑内水位下降，使作用在帷幕上的坑内的水土压力减少，即被动土压力减少，对边坡稳定将产生不良影响。但这种有限空间的土压力问题是另外一个议题，在此略过。本工程实用处理方法为：结合侧接线箱涵及排洪渠的地基处理要求，采用了袖阀管注浆法加固被动土压力区。设计方案如图1所示。
2.2 设计要求
为使水泥土强度适中，不要因强度过低容易被破坏，也不要强度过高，设计采用了淤泥为主要材料。水泥强度普硅32.5 MPa，淤泥为附近挖取的流塑状淤泥。设计配合比暂定为：水灰比0.6，水泥重量∶淤泥重量＝1∶6，混合料呈流塑状态，暂定坍落度为200～240 mm，桩身强度0.5~0.8 MPa。设计要求施工单位

图1 止水帷幕及边坡加固示意图
Fig. 1 Reinforcement of curtains and slopes

在设计人员的指导下工艺性配方试验后最终确定上述参数。设计桩径Φ1.0 m@0.8 m；桩底端穿过含黏性土砾砂层2.5 m，总长度23~25 m；冲击成孔时跳成孔，相邻孔施工应间隔3 d以上；水下浇灌水泥土，无需洗孔，导管直径200 mm，浇灌前须润湿导管以防混合料黏管。
坑底土体抗管涌安全系数按相关公式[1]估算，满足规范要求。
3 施工过程及效果检验
施工时发现，淤泥挖取、运输、拌和均不方便，工效较慢，故决定替换为在现场挖取的由冲洪积或残积黏性土组成的干燥填土。水泥掺入比是较为关键的技术。水泥掺量如过低，则水泥土混合料不易均匀，会导致水泥土结构不致密，离散性大，局部漏水；如过高，则强度会较大，不满足地铁公司要求。故设计采用强度较低的装修水泥，实际强度约20 MPa，因工期十分紧张，没有时间进行水泥土配合比室内试块试验，设计人员根据经验定为水泥：黏性土＝1∶8。现场先后试尝采用砂浆拌和机、混凝土搅拌机及挖土机拌和水泥土，最终采用了后者拌和及浇灌。随着挖机操作手的日益熟练，一台挖机约3～4 h可完成一条桩的浇灌，一台冲孔桩机24 h可完成一条桩的成孔及浇灌。一序桩完成3～7 d后进行二序桩施工，已成型的一序桩对二序桩的影响不大。
帷幕施工完成后即基坑开挖。边坡有渗水现象，但并不严重。对冲孔水泥土桩抽芯进行强度检验，实测强度约一半不足1 MPa，个别芯样强度略超过2 MPa，基本达到了设计目的。
4 结语
冲孔水泥土桩就地取材，施工简单，因水泥土造价远低于混凝土，故工程造价较低；解决了填石层中成孔困难的问题，施工速度快，受不良地质条件干扰较少；如插入型钢、钢筋笼等劲性材料，还可形成插筋水泥土桩，用于较浅的基坑支护。总之，冲孔水泥土桩作为基坑的止水帷幕，在地下水丰富的填石地层及砂砾层，不失为一种值得尝试的好办法、新工艺，值得受到越来越多的关注、研究与应用。
参考文献：
[1] DBJ08—61—97 基坑工程设计规程[S]. 1997. (DBJ08—61—97 Code for design of excavation engineering[S]. 1997. (in Chinese))

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北侠

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2013-04-12

fudidi