水泥土搅拌桩围护结构及其工程应用的研究

张文

摘要：水泥土搅拌桩应用于围护结构具有高止水性、对周边环境影响小、对邻近建筑危害小、工期短、造价低等优点。本文概述了水泥土搅拌桩围护结构，并以实际工程为例分析了其设计与施工要点。

关键词：水泥土搅拌桩；围护结构；工程应用

一、水泥土搅拌桩围护结构

水泥土深层搅拌桩又称搅拌桩挡墙，是加固软土地基的一种新方法，它是利用水泥、石灰等材料作为固化剂，通过深层搅拌机械，将软土和固化剂（漿液或粉体）强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理、化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体。

适应条件：深层搅拌桩最适宜于各种成因的饱和软粘土，包括淤泥、淤泥质土、粘土和粉质粘土等。一般认为含有高岭石、多水高岭石与蒙脱石等粘土矿物的软土加固效果较好；含有伊利石、氯化物等粘性土以及有机质含量高、酸碱度（PH值）较低的粘性土的加固效果较差。

水泥土搅拌桩在基坑围护中的应用主要分为以下几类：

（1）形成水泥土防渗帷幕，一般与灌注桩配合使用。水泥土的渗透系数比天然土的渗透系数小几个数量级，通常在10～7cm/sec以上，此方法中水泥土搅拌桩主要用于止水。这种方法在软土地区应用十分广泛，1、2、3级基坑皆可应用，一般当基坑深h=8～14m，周围环境要求不十分严格时多考虑采用。

（2）水泥土组合拱结构，这种方法大多也是与灌注桩配合使用，但水泥土桩除了挡水，还可有效利用自身的强度起到挡土的作用。

（3）水泥土重力式围护结构，这种方法中水泥土搅拌桩连续成桩，相互搭接成墙，既挡水又挡土，当基坑属于2、3级基坑，基坑深h≤7m，坑边至红线间有足够的距离时，往往优先采用。

（4）加筋水泥土墙围护结构，这种方法是重力式结构的一种改进，插筋之后大大提高了水泥土挡墙的抗拉能力。

二、水泥土搅拌桩围护结构的应用

（一）工程实例

某广场一期工程地下一层，地下室建筑面积8533m2，主楼基础整板基础底板面柱高-4.5、底标高-6.53，裙房基础底板面积标高-3.800m，室外车库底标高-3.80m，主楼底板厚1.9m，裙房底板厚400mm。承台底标高-5.03m，室外车库底标高-4.98m，主楼相对封闭，及裙房与室外车库通道口相连。本工程内外高差0.8m，主楼基坑开挖深度5.4m，裙房室外地下室开挖深度3.88m。本工程采用局部整体围护，局部敞开放坡开挖，基坑面积约10000m2，基坑围护桩长度约320m，采用深层搅拌桩格栏式水泥土挡土墙，掺灰量15%，桩顶距自然地面2m（裙房部位1m），桩长8.5m（裙房部位5.6m）。

（二）具体设计要点

深层搅拌水泥土桩挡墙设计，参照以往类似工程经验，充分考虑土体侧向压力及墙顶周围的施工荷载，按重力式挡墙进行设计并验算抗倾覆和侧向位移。坑外侧向压力按水、土压力分算，其中土压力采用朗肯土压力理论。坑内土压力计算采用M法计算土体反力。

水泥桩挡土墙当墙后土重度为γ，内摩擦角为φ，粘聚力为C=0，土对墙背摩擦角δ=0，水泥桩挡土墙后土表面均布荷载为q，墙高H，墙后地下水位在墙底面以上h米处，地下水位以下土重度γ1，水重度γw=10KN/m3，地下水位处土产生的主动土压力强度为бa1

该挡墙按格栅形组合，形成土、桩结合体受荷，采用9排直径为700mm水泥土桩，相邻两桩搭接度为200mm，以确保挡墙的挡水性能。经计算，桩长为8.50米，墙宽4.7米，墙顶距室外自然地面为3.00米，按1：1放坡，坡脚做砖砌明沟（500×500，i=2%）进行明沟排水；开挖边坡采用Ф100～150，长3.20米，@600mm木桩并堆砂包护坡。

本工程采用双轴深层搅拌桩机施工，叶片直径为700。搅拌桩桩位偏差不超过5cm，桩身垂直度误差不超过1/200，桩径偏差不大于1cm。水泥采用PO42.5级普通硅酸盐水泥，要求水泥应新鲜、干燥、无结块现象，水泥掺量为15%，28天无侧限抗压强度标准值>1.0MPa。浆液水灰比0.50～0.55，送浆压力0.4～0.6MPa。穿越粉土、粉砂范围，宜掺入5～10kg/立方米膨润土。成桩采用二搅二喷搅拌工艺。

（三）施工技术要点

1、障碍物清理

因该止水桩要求连续施工，故在施工前应对围护施工区域地下障碍物进行探测清理，以保证施工顺利进行。

2、测量放线

根据甲方提供坐标基准点、总平面布置图、围护工程施工图。按图放出桩位控制线，设立临时控制桩，做好技术复核单，提请甲方及监理验收。

3、开挖沟槽

根据基坑围护边线用挖机开挖槽沟，沟槽尺寸为宽3700×深1000mm；并清除地下障碍物，开挖沟槽土体应及时处理，以保证搅拌桩正常施工。

4、桩机就位

桩机应平稳、平正，并用经纬仪或线锤进行观测以确保钻机的垂直度；水泥搅拌桩桩位定位偏差应小于5cm，桩径偏差小超过2cm，桩身垂直偏差不超过1%。

5、水泥土配合比

根据水泥土搅拌桩的施工特点，水泥土配比的技术要求如下：设计合理的水泥浆液及水灰比，使其确保水泥土强度。根据设计要求 对水灰比进行控制。制备水泥浆液及浆液注入：在施工现场布置水泥拌浆系统，在开机前按要求进行水泥浆液的搅制。将配制好的水泥浆送入贮浆桶内备用。水泥浆配制好后，停滞时间不得超过2小时，搭接施工的相邻搅拌桩施工间隔不得超过24小时。

6、搅拌

搅拌下沉用输浆胶管将储料罐、灰浆泵同深层搅拌桩机连通，升机转速正常后，借深层搅拌机的自重，以0.38-0.75M/min的速度，沿导架旋转切土下沉直至加固深度，预搅下沉时不宜冲水，当遇较硬土层下沉太慢时，方可适当冲水，但应考虑对成桩质量的影响。提升喷浆搅拌：当搅拌头下沉到设计深度时，将搅拌头稍微提升（约20cm）开动灰浆泵，使水泥浆压入软土层中，以0.3～0.5M/min的均匀速度边提升、边喷浆，使水泥与土体充分搅和，直至设计标高以上50cm，待开挖后凿去。

重复上下搅拌：为使软土与水泥浆搅拌均匀，用同样方法进行二次下沉，喷浆搅拌，即将深层搅拌转头重复下沉和重复喷浆，搅拌提升。