重力式水泥土墙设计要点

顾山坤 马晓丽

科技创新

重力式水泥土墙设计要点

顾山坤 马晓丽

重力式水泥土墙设计时需要根据工程实际，首先确定其适用范围，再根据相关规范要求，进行稳定、强度等安全系数计算和相关参数选取，实现重力式水泥土墙的优化设计。

水泥土搅拌桩；弹性模量；格栅式水泥土墙

重力式水泥土墙是水泥土桩相互搭接成格栅或实体的重力式支护结构，在建筑基坑支护工程中广泛应用。水泥土墙在初步设计时需要计算格够墙抗滑稳定计算、抗倾覆稳定性、承载力验算（包括抗压、抗拉、抗剪）、整体滑动稳定验算等，计算参数的选取需要根据工程经验、配比、施工条件等因素综合确定。重力式水泥土挡墙设计时需要根据工程实际情况，首先应确定其适用范围，再根据相关规范要求进行稳定、强度等安全系数的计算和相关参数的选取。

1.水泥土开挖龄期轴心抗压强度设计值

根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)6.2.6，“水泥土墙体的28d无侧限抗压强度不宜小于0.8MPa”，根据条文说明6.2.6“水泥土养护龄期为90d，基坑工程一般不可能等到90d养护周期后再开挖，故设计时以龄期28d的无侧限抗压强度为标准。一些试验资料表明，一般情况下，水泥土强度随龄期的增长规律为，7d的强度可达标准强度的30%～50%，30d的强度可达标准强度的60%～75%，90d的强度为180d强度的80%左右，180d以后水泥土的强度仍在增长。水泥土强度等级也影响水泥土强度，一般水泥强度等级提高10后，水泥土的标准强度可提高20%～30%。”《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）条文说明7.3.1“一般水泥掺入比采用12%～20%，对于型钢水泥土搅拌桩（墙），由于其水灰比较大（1.5～2.0）为保证水泥土的强度，应选用不低于42.5级的水泥，且掺量不小于20%；水泥强度直接影响水泥土的强度，水泥强度等级提高10MPa，水泥土立方体抗压强度平均值约增大20%～30%。”根据《水工钢筋混凝土结构学》（第四版）“实际结构中混凝土轴心抗压强度与标准立方体的抗压强度关系为fc=0.88×0.76fcu=0.67fcu”。

根据以上资料，结合工程实际情况，建成后不会立刻投入使用，所以水泥土的养护周期可按180d计算，按照28d养护周期，轴心抗压强度为0.8MPa，180d轴心抗压强度=1÷0.8÷（0.6～0.75）×0.8MPa=1.33～1.67MPa。参考其他工程经验，水泥土轴心抗压强度取1.5MPa。

2.水泥土弹性模量取值

参考论文《水泥土变形模量及弹性模量试验研究》，文中“采用淤泥质粉质黏土水泥土，采用试块试验方法变形模量E50=112.3MPa，采用模型梁试验方法结果为弹性模量Es=942MPa，结论建议水泥土弹性模量Ec取4～5倍实验试块E50=112.3MPa值，此时仍有1.5～2.5倍安全系数。”参考论文《水泥土材料力学性能的试验研究》，水泥掺入比18%时，28d无侧限抗压强度为3.645MPa，弹性模量为3579MPa，变形模量2464MPa。

结合以上资料，选定弹性模量为230MPa，并试算弹性模量230MPa和120MPa两种试算结果，弹性模量对计算结果影响很小，仅对压应力有0.01～0.03的影响。

3.整体稳定计算

根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）6.1.3“整体稳定计算方法可采用圆弧条分法进行验算，圆弧滑动稳定安全系数不应小于1.3，滑弧面在地下水位以上或地下水位以下的黏性土，取孔隙水压力=0”。

4.其他构造要求

重力式水泥土墙中水泥土搅拌桩搭接宽度不宜小于150mm；水泥土墙顶面宜设置混凝土连接面板，面板厚度不宜小于150mm，混凝土强度不宜低于C15；重力式水泥土墙的嵌固深度，对淤泥质土，不宜小于1.2h，对淤泥，不宜小于1.3h，重力式水泥土挡墙的宽度，对淤泥质土不宜小于0.7h，对淤泥不宜小于0.8h；重力式水泥土墙采用格栅式时，格栅面积置换率，对一般黏性土、砂土，不宜小于0.6，格栅内侧的长宽比不宜大于2。

图1 分洪口门裹头布置图

表1 格栅式水泥土墙计算成果表

5.适用范围

重力式水泥土墙是采用水泥土搅拌桩相互搭接成的，搅拌桩的施工工艺一般采用喷浆搅拌法，所以重力式水泥土墙的适用地基应同水泥土搅拌桩的适用地基范围，设计时要注意结合地质情况，合理选择桩型，以避免施工时出现问题。

6.工程实例

某分洪口两侧采用水泥搅拌桩格栅墙进行裹头防护。水泥搅拌桩桩径为0.7m，间距0.5m，搭接宽度为0.2m。其中，A型格栅墙墙底高程为7.20m，墙体总厚度为7.2m，其中前墙厚1.2m，中墙1厚1.2m，中墙2厚1.2m，后墙厚1.2m，墙间净距0.8m；肋墙厚1.2m，肋墙净距1.3m；B型格栅墙墙底高程为12.70m，墙体总厚度为3.2m，前墙厚1.2m，后墙厚1.2m，墙间净距1.8m；肋墙厚1.2m，肋墙净距1.3m。两侧裹头堤身迎、背水侧边坡采用0.5m厚格宾石笼进行防护，石笼顶部覆盖15cm厚种植土及三维土工网，石笼底部采用厚15cm碎石垫层。

根据工程实际运行情况，分洪或退洪结束后基坑最危险，此时基坑内无水，基坑外侧为地下水，基坑内形成冲刷，选择该工况进行计算。分别选取A型水泥土格栅墙和B型水泥土格栅墙进行计算，计算结果见表1。

7.结语

重力式水泥土墙的设计要点包括适用地基范围、基本构造要求、相关计算参数的选取等，设计中应综合考虑各方面因素，合理选择计算参数，确定合理的结构尺寸，进行相关计算以完成重力式水泥土墙的设计。

2021-12-20

顾山坤，女，汉族，河北省水利规划设计研究院有限公司，工程师。

马晓丽，女，汉族，石家庄市冶河灌区服务中心，高级工程师。