搅拌桩在深厚软土层边坡加固中的应用

余列强

广东省水利电力勘测设计研究院，广东 广州 510635

搅拌桩在深厚软土层边坡加固中的应用

余列强

广东省水利电力勘测设计研究院，广东 广州 510635

本文详尽地介绍了莲阳桥闸厂房基坑边坡加固的设计过程，并对在深厚软土层采用搅拌桩边坡加固进行了探讨和研究，并对加固后的边坡进行了稳定性计算分析，为同类工程的实施提供可资借鉴的设计经验。

搅拌桩；软土；边坡加固

mixing p；ilesoft soil；slop reinforcement

1 工程概况

莲阳桥闸位于韩江下游东溪支流莲阳河中部，距离出海口约12km，是韩江下游五宗出海拦河水闸中最大的一宗。枢纽建筑物主要包括拦河水闸、电站厂房、交通桥及两岸连接段。

闸址河床为软土地基，覆盖层深厚、承载能力低，厂房基坑开挖时需进行基坑支护。本文论述的是采用搅拌桩对厂房基坑两侧边坡进行加固的设计方案。

2 工程条件

2.1 厂房基坑布置及施工进度安排

电站厂房位于河床右侧，厂房右边墙离现有右堤岸约68m，右岸堤顶高程约7.1m，堤脚处河床高程一般为0.2m。厂址处河床高程一般为-3.0m，开挖面高程为-4m～-14.65m（垫层底部），基坑开挖最大深度约11.6m。基坑顺水流方向长约130m，垂直水流方向长约44m。

根据施工进度安排第1年11月～第2年3月在前期围堰保护下水下墙施工到约-3.0m高程，第2年4月～5月20日在后期围堰保护下完成-3.0m～7.5m水下墙和进厂交通桥施工，并完成出口6扇闸门吊装（含增加的3扇临时闸门）。

2.2 工程地质条件

厂址处地层依次如下：①-3.0m～-13.5m高程为淤泥层，厚约10.5m；②-13.5m～-19.4m高程为淤泥质土层，厚约5.9m；③-19.4m～-22.0m高程为黏土层，厚约2.6m; ④-22.0m以下为中砂层。各层主要地质参数建议值见表1。

2.3 厂房基坑支护的特点

(1) 基坑位于河床内，具备一定的放坡开挖场地条件。

(2) 基坑开挖范围内均为软土层，开挖深度较大时放坡开挖的稳定坡比小。

(3) 工期较紧，需在5个月左右的时间内完成约11.6m深的基坑开挖及11.6m高的厂房下部混凝土浇筑。

3 厂房基坑支护方式的比选

表1 主要地质参数建议值表

图1 基坑边坡加固断面图

根据周边环境状况以及保护对象，厂房基坑安全等级为2级，重要性系数为1.0。依据工程经验，并结合厂址处的地质条件，本工程比较了如下3个开挖方案，即大开挖、边坡加固、垂直支护方案，各方案的优缺点分述如下：

(1) 大开挖方案

该方案采用自然放坡，造价最低。但由于厂址处-3.0m高程以下为淤泥和淤泥质土层，采用自然放坡则稳定边坡较缓，基坑开挖范围大，右岸开挖边线离现有堤防坡脚太近，影响堤防安全。另外，由于开挖面太大，开挖量及回填量均大，并且较多闸段消力池、海漫等建筑物以及右岸新建堤防均位于开挖范围内，这些建筑物的施工只能推后。

(2) 边坡加固方案

该方案砂层采用自然放坡，淤泥和淤泥质土层先采用深层水泥搅拌桩加固，开挖边坡采用1:2.0。由于加固后的淤泥和淤泥质土层可以采用较陡的开挖边坡，开挖边线离右岸堤防坡脚较远，不会影响堤防安全，并且对后续建筑物的影响较小，深层水泥搅拌桩工程量仅为垂直支护方案的一半左右，造价较低。

(3) 垂直支护方案

该方案砂层也采用自然放坡，淤泥和淤泥质土层设置格构式水泥搅拌桩挡墙支护，垂直开挖。由于采用垂直开挖，故对周边建筑物的影响最小，但该方案未充分利用现场较为开阔的地形条件，格构式水泥搅拌桩挡墙支护的搅拌桩工程量大，造价最高，搅拌桩施工时间较长，施工总工期有所延长，对枯水期要求完成的形象进度有一定影响。

根据支护形式要安全可靠、结构简单、施工方便，具有良好技术经济指标的原则，依据上述分析，本工程推荐采用边坡加固方案作为厂房基坑支护方案。

4 厂房基坑边坡加固设计

4.1 厂房基坑边坡加固设计

厂房基坑两侧边坡采用搅拌桩进行加固，边坡坡比为1：2，搅拌桩桩径为0.5m，采用三角形布置，间距为1.0m。分两级布置，第一级搅拌桩施工平台高程为-6.65m，第二级搅拌桩平台施工高程为-10.65m，坡顶-5.0m～-3.0m范围内进行卸荷，卸荷宽度为5.0m。

厂房基坑加固布置方案为：开挖建基面高程为-6.65m以上的基坑两侧采用自然放坡，无需加固；开挖建基面高程为-1 0.65m～-6.65m的基坑两侧边坡施工第一级搅拌桩进行加固，搅拌桩底部高程为-1 8.65m；开挖建基面高程为-14.65m～-10.65m的基坑两侧边坡施工第一级及第二级搅拌桩进行加固，搅拌桩底部高程为-22.65m且伸入底部中粗砂层不小于0.5m，详见基坑边坡加固断面图(图1)。搅拌桩施工达28d龄期后方可进行开挖。

4.2 厂房基坑边坡稳定分析

(1)复合地基强度指标的确定

基坑两侧边坡采用水泥搅拌桩加固后形成复合地基，复合地基的强度采用等效强度法[1,2]来进行分析，复合地基的等效强度指标计算式如下：

式中, m—搅拌桩的面积置换率；c1—搅拌桩桩身黏聚力；c2—软土层黏聚力ψ1—搅拌桩桩身内摩擦角，取20o～24oψ2—软土层内摩擦角；K1—搅拌桩的刚度，kN/m； K2—桩周软土部分的刚度，kN/m；β—桩的沉降S1和桩周软土部分沉降S2之比，一般S1＜S2，可取β＝0.5。

搅拌桩桩身粘聚力可按下式计算确定：

式中，fcu—与搅拌桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块（边长为70.7mm的立方体，也可采用边长为50mm的立方体）在标准养护条件下28天龄期的立方体抗压强度平均值，kPa；η—桩身强度折减系数，干法可取0.20～0.30，湿法可取0.25～0.33。

(2) 边坡稳定分析

采用北京理正软件研究所的理正岩土系列软件3.6版之边坡稳定设计模块进行计算分析。

在本工程的设计中，对采用不同桩径、不同间距的搅拌桩加固后的厂房基坑边坡稳定分别进行了分析计算，计算成果列于表2。

表2 计算成果表

根据上述计算结果，可以看出，搅拌桩加固后的边坡稳定安全系数随着复合地基面积置换率的提高而增大；加固后的边坡稳定安全系数对面积置换率的变化不敏感，计算工况4比工况1面积置换率提高了43.5%而边坡稳定安全系数仅提高了10%，方案选用应注意安全性与经济性两者兼顾。

本工程基坑安全等级为2级，参考相关规范，基坑边坡稳定安全系数取为1.15。根据计算成果表，计算工况1满足本工程设计要求，因此，基坑边坡采用桩径为0.5m，间距为1.0m，等边三角形布置形式的搅拌桩进行加固。

5 结语

本工程厂房基坑开挖于2009年11月开始施工，按设计方案进行基坑边坡加固，水泥搅拌桩采用干法施工，水泥为福泰山牌P·S· A32.5R矿渣硅酸盐水泥，水泥掺量为60kg/ m。厂房基坑开挖顺利，于2010年4月份完成-3.0高程以下的厂房下部混凝土浇筑，顺利完成厂房基坑工程施工。

本文详尽地介绍了莲阳桥闸厂房基坑开挖过程中采用水泥搅拌桩对基坑两侧深厚软土层边坡加固的设计方案。并介绍了该方案在工程中的实际施工情况。从理论分析及实际工程应用两个方面可以看出，在深厚软土层的深基坑开挖过程中采用水泥搅拌桩对边坡加固是一种行之有效的方法。该方法安全可靠、结构简单、施工方便，具有良好技术经济指标。

[1]建筑地基处理技术规范[S].JTJ79-2002

[2]广东省海堤工程设计导则（试行）[S].DB44/T182-2004

[3]建筑基坑支护设计规程[S].JTJ120-99

[4]建筑基坑支护设计规程[S].GB50286-98

The applications of mixing piles in deep soft soil slope reinforcement

Yu Lieqiang Guangdong Provincial Investigation, Design and Reserch Institute of Water Conservancy and Electric Power, Guangzhou 51017

This arctic discribes detailedly the foundation pit slope reinforcement design process of Lianyang floodgate power station, discusses and studies the method that mixing piles reinforce foundation pit slop in deep soft soil, and analysis the stability of reinforced slope, offer design reference for similar project.

TV223.2

B

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.12.035

余列强、1980.02、男、江西省樟树、汉、工程师、硕士、从事水利水电工程施工组织设计。