浅析单排型钢水泥土搅拌墙在威海某深基坑支护中的设计应用

2015-12-19程银风

西部探矿工程 2015年8期

关键词：单排威海工字钢

程银风

（威海经济技术开发区勘察测绘有限责任公司，山东威海264205）

浅析单排型钢水泥土搅拌墙在威海某深基坑支护中的设计应用

程银风*

（威海经济技术开发区勘察测绘有限责任公司，山东威海264205）

结合威海市某深基坑支护的实例，对深基坑支护采用单排型钢水泥土搅拌墙进行设计、施工分析，通过实例论述单排型钢水泥土搅拌墙在威海市深基坑支护中应用的可行性。

基坑支护；型钢水泥土搅拌墙；三轴水泥土搅拌桩；截水帷幕

随着城市经济和建筑的迅速发展，土地使用日趋紧张，高层建筑开始大量修建，带动地下空间的大量开发利用，促使城市基坑建设正向广、深发展，形成基坑支护形式多样化、多元化、现代化发展。目前型钢水泥土搅拌墙支护形式在威海地区基坑支护中应用已逐渐成熟和完善，但如何能做到经济、高效，需要在实际设计施工过程中仔细分析。本文结合实际案例从原理、设计及施工等几方面对型钢水泥土搅拌墙进行分析。

1 工程概况

某基坑工程为拟建1栋办公楼及裙楼的地下车库工程，整个建筑物设计地上24层、地下2层。基坑平面轮廓为矩形，基坑开挖深度为10.10m，基坑宽度为40m、长度为140m，基坑面积约为5600m2。基坑距离用地红线（红线外即为市政道路，下有城市污水、雨水及供暖管道）最宽处16m，最窄处仅5m。

根据钻探资料可知，在基坑支护及支护受力分析范围内地层依次为第四系杂填土和冲洪积层细砂、淤泥质粉质粘土、含粘性土砂、细砂以及陆相残坡积层的粉质粘土。各层支护参数建议值见表1。

表1 支护参数建议值表

场地水文地质条件较简单，地下水位埋藏较浅，属第四系孔隙潜水，略具承压性，场地静止水位埋深为0.95～1.24m。细砂层、含粘性土砂层和细砂层为主要含水层，富水性一般，水量一般。

2 支护方案确定

根据场地工程地质、水文地质、基坑开挖深度和周边环境特点，并结合威海地区经验，考虑采用垂直支护方式，而常用的垂直支护方式有桩锚支护和型钢水泥土墙等多种支护方式，通过各支护方案的可行性和经济性等对比分析，最终决定采用型钢水泥土搅拌墙支护中单排型钢水泥土搅拌墙支护。

3 单排型钢水泥土搅拌墙设计

3.1 单排型钢水泥土搅拌墙的概念

单排型钢水泥土搅拌墙是指在连续套接施工的单排三轴水泥土搅拌墙桩内按一定的间距插入型钢形成的复合挡土截水墙结构。

3.2 型钢水泥土搅拌墙设计有关规范规定

（1）《型钢水泥土搅拌墙技术规程》（JGJ/T 199-2010）条文中第4.1.5：型钢水泥土搅拌墙中的三轴水泥土搅拌桩和型钢应符合下列要求：

①搅拌桩28d龄期无侧限抗压强度不应小于设计要求且不宜小于0.5MPa。

②水泥宜采用强度等级不低于P.O 42.5级的普通硅酸盐水泥，材料用量和水灰比应结合土质条件和机械性能指标通过现存试验确定，并宜符合表2的规定。计算水泥用量时，被搅拌土体的体积可按搅拌桩单桩圆形截面面积与深度的乘积计算。在型钢依靠自重和必要的辅助设备可插入到位的前提下水灰比宜取小值。

③在填土、淤泥质土等特别软弱的土中以及在较硬的砂性土、砂砾土中，钻进速度较慢时，水泥用量宜适当提高。

表2 三轴水泥土搅拌桩材料用量和水灰比

④内插型钢宜采用Q235B级钢和Q345B级钢，规格、型号及有关要求宜按国家现行标准《热轧H型钢和部分T型钢》GB/T11263和《焊接H型钢》YB3301选用。

（2）《型钢水泥土搅拌墙技术规程》（JGJ/T 199-2010）条文中第4.1.6：型钢水泥土搅拌墙中的三轴水泥土搅拌桩可作为截水帷幕，搅拌桩应采用套接一孔法施工。其抗渗性能应满足墙体自防渗要求，在砂性土中搅拌桩施工宜外加膨润土。

（3）《型钢水泥土搅拌墙技术规程》（JGJ/T 199-2010）条文中第4.1.7：型钢是泥土搅拌墙中型钢的间距和平面布置形式应根据计算确定，常用的内插型钢布置形式可采用密插型、插二跳一型和插一跳一型3种，见图1。

图1 常用的内插型钢布置形式

3.3 单排型钢水泥土搅拌墙支护设计

型钢水泥土搅拌墙一般有双排水泥搅拌墙结构和单排水泥搅拌墙结构等多种方式，不同的支护方式与场地工程地质和水文地质条件、基坑开挖深度、周边环境条件、基坑形状与规模、锚索体系的工况设置等直接相关，同时也直接关系工程造价和支护体系的安全可靠性。

本着经济性原则，本案例的基坑支护体系设计采用单排型钢水泥搅拌墙结构，通过受力分析及设计计算，采用5道预应力锚索锚固体系，分成11个工况进行计算分析。具体设计方案如下：

①水泥搅拌墙桩施工设计采用三轴∅650mm@ 450mm套打工艺；

②桩墙内的型钢采用按900mm的间距按图1（c）“插一跳一型”的插入型钢方式在套打施工的水泥搅拌墙中插入Ⅰ14的工字钢；

③在型钢水泥土搅拌墙的内侧挂上一层∅6mm@ 150mm的钢筋网，并锚喷10mm的C20砼面层。

④为增强型钢水泥土搅拌墙顶部的刚度，在其墙顶设计一道400mm×600mm的C25钢筋混凝土冠梁。

3.4 设计方案分析

（1）通过三轴搅拌桩∅650mm@450mm套打施工工艺可有效杜绝相邻两桩因搭接不够而产生的墙桩下部“劈叉”现象和因搭接错位而产生的“施工冷缝”。

（2）采用“插一跳一型”的方式插入型钢是根据威海的地区经验和型钢水泥土搅拌墙的实际受力分析情况而确定的，为较经济适用的内插型钢布置形式。

（3）在水泥土搅拌桩墙的内侧挂上一层∅6mm@ 150mm的钢筋网并锚喷100mm的C20砼面层，主要是考虑到基坑工程经历的时间较长，水泥土搅拌墙面会经受冬季的冻融作用和雨季的雨水冲刷作用以及基坑开挖过程中的机械破坏作用，因此想通过钢筋混凝土面层对水泥土搅拌墙的强度进行补强。

4 型钢水泥土搅拌墙施工

4.1 水泥土搅拌墙施工

水泥土搅拌墙施工的技术含量高、要求严格，施工工艺复杂，在具体施工过程中必须严格控制各施工工序的质量。

（1）在施工过程中必须实行套打施工工艺，严格按工艺要点进行施工；

（2）严格控制好桩机的垂直度，提前挖好三轴搅拌桩的导浆槽和在地面做好桩机行走路线的标示，避免水泥搅拌桩墙下部“劈叉”、墙身错位等施工冷缝的产生；

（3）在施工过程中，需要根据场区地层实际情况及其岩土工程力学性质的差异性进行调整，如注浆压力、钻具搅拌速度、钻进速度、提升速度、喷浆量等施工参数，以保证桩墙施工质量。

4.2 插入工字钢施工

往水泥土搅拌墙桩中插入工字钢时须采用吊车吊起工字钢，在调整好其垂直度后，利用工字钢的自重将工字钢一次性下到位。当工字钢插入遇到困难时，应利用专门的振动设备将其安装到位。

总之，型钢水泥土搅拌墙的合理设计施工，是基坑支护成败的保证。在设计施工过程中除执行现有规范规定的要求外，还要根据地区经验对设计参数适当进行调整，如本工程在设计过程中将地层的力学参数进行了局部修正（见表3）。

5 结语

目前，本基坑工程已经施工、回填完毕，整个基坑运行状态良好，并且基坑监测数据表明：本基坑的侧壁最大变形量不超过30mm，支护工程非常圆满成功。

本基坑工程也是威海地区首次成功采用单排型钢水泥土搅拌墙支护的工程，取得了良好的经济效益和社会效益。同时也说明，只要通过科学合理的设计施工，在深基坑支护工程中采用单排型钢水泥土搅拌墙支护是可行的。

[1]向红.水泥搅拌桩的施工控制及质量通病的预防[J].山西建筑，2007.

[2]黄强.论某工程基坑支护设计及施工技术.建材与装饰（中旬刊），2007.

[3]龚晓南.深基坑工程设计施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1998：32-38.

[4]JGJ/T 199-2010型钢水泥土搅拌墙技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

On the Design andApplication of Single Raw Steel Cement-Soil-Stirring Wall in Support of a Deep Foundation Pit in Weihai

CHENG Yin-feng
(Weihai Open Economic Zone Surveying&Mapping Co.,Ltd., Weihai Shandong 264205,China)

With the instance of the support of a deep foundation pit in Weihai City,the design and construction of the single raw steel cement-soil-stirring wall adopted in deep foundation pit supporting were analyzed,through the example the feasibility of the application of the single raw steel cement-soil-stirring wall in deep foundation pit in Weihai City is discussed.

pit supporting；steel cement-soil-stirring wall；triaxial cement mixing pile；curtain for cutting off water