1、深基坑工程第三章 水泥土墻工程一、概述 水泥土墻：利用水泥材料為固化劑，采用特殊的拌合機械（深層攪拌機或高壓噴射）在地基土中就地將原狀土和固化劑強制拌合，經過一系列的物理化學反應，形成具有一定強度、整體性和水穩定性的加固土圓柱體（水泥土樁），由這些水泥土樁兩兩相互搭接而形成的連續壁狀的加固體。水泥土樁深層攪拌樁高壓噴射旋噴樁水 泥 土二、水泥土攪拌樁與高壓噴射注漿樁（一）水泥土攪拌樁1.施工設備：深層攪拌機（濕法和干法）2.水泥土的物理力學特性3.加固機理及影響因素4.水泥土攪拌樁的特點深 層 攪 拌 機深層單軸攪拌機攪拌葉片 水泥土的工程特性 （1）水泥土的物理性質 1）重度 當水泥摻入比在

2、8%20%之間，水泥土重度比原土增加約3%6%。 2）含水量 隨水泥摻合量的增大而降低，一般比原土降低1518%。 3） 抗滲性 滲透系數k一般在10-810-9cm/s。 （2）水泥土的力學性質 1）無側限抗壓強度 水泥土的無側限抗壓強度qu在0.34.0MPa之間，比原狀土提高幾十倍乃至幾百倍。 2）抗拉強度 水泥土抗拉強度與抗壓強度有一定關系，一般情況下，抗拉強度在（0.150.25）qu之間。 3）抗剪強度 當水泥土qu=0.54MPa時，其粘聚力c在1001000kPa之間，其摩擦角在2030之間。 4）變形特性 當qu=0.54.0MPa時，其50d后的變形模量相當于（120150

3、）qu。 加固機理（1）水泥的水解水化反應（2）土顆粒與水泥水化物的作用 1）離子交換和團粒化作用 2）硬凝反應（3）碳酸化作用 （1）基本不存在擠土效應，對周圍地基擾動小； （2）可根據不同土質和工程設計要求，合理選擇固化劑及配方，應用較為靈活； （3）施工無振動，無噪音，污染小，可在市區和建筑物密集地帶施工； （4）土體加固后，重度基本不變，軟弱下臥層不致產生較大附加沉降 ； （5）結構型式靈活多樣，可根據工程需要，選用柱狀、壁狀、格柵狀或塊狀。 （6）隔水防滲性能良好，基坑內外可以有水位差。 水泥土攪拌樁的特點（二）高壓噴射注漿法1.高壓噴射注漿樁的分類 （1）按照噴射流移動軌跡分類：

4、旋噴、定噴和擺噴。單管（漿液）雙管（內漿外氣）三重管（氣、水、漿）（2）按注漿管類型分類： 單管法、雙管法、三管法和多重管法。bcada.柱狀 b.壁狀 c.格柵狀d.塊狀（3）按照加固體形狀分類： 柱狀、壁狀、格柵狀和塊狀。 2.高壓噴射注漿樁的特點及適用范圍 主要特點：適用范圍廣、施工靈活方便、環保效果好。 適用范圍：適用于處理淤泥、淤泥質土、流塑、軟塑或可塑粘性土、粉土、砂土、黃土、素填土和碎石土等地基。 不宜用于處理硬粘性土、含較多塊石或大量植物根莖以及地下水流速過大的地基。三、水泥土墻的設計（一）一般規定 適用條件：水泥土擋墻適用于開挖深度不大于7m的淤泥和淤泥質土基坑。 水泥摻入量

5、：水泥土擋墻所用的深層攪拌樁水泥摻入量宜為被加固土重量的15%18%。 按50cm直徑計算，每米長度樁約為0.2立方米，淤泥重度約1.5t/m3，每米長度樁土重約300kg，每米樁長水泥用量4554kg。（同樣直徑，旋噴樁每米樁長水泥用量130kg）（二）水泥土墻的布置1.平面布置 水泥土墻平面布置可采用壁狀體。若壁狀的擋墻寬度不夠時，可加大寬度，做成格柵狀支護結構，即在支護結構寬度內，不需整個土體都進行攪拌加固，可按一定間距將土體加固成相互平行的縱向壁，再沿縱向按一定間距加固肋體，用肋體將縱向壁連接起來。壁狀格柵狀（格柵狀可改進成全處理，三角形布置）（置換率0.907） 水泥土墻應盡可能避免

6、向內的折角而采用向外拱的折線形，以利減小支護結構位移，避免由于兩個方向的位移而使水泥土墻內折角處出現裂縫。 支護結構沿地下結構底板外圍布置，且與底板應保持一定凈距，以便于底板、墻板側模的支撐與拆除，并保證地下結構外墻板防水層施工作業空間。 （1）樁的搭接：水泥土樁與樁之間的搭接寬度不宜小于150mm；當攪拌樁較長時，應考慮施工時垂直度偏差問題，增加設計搭接寬度。常規設計中搭接寬度200mm。 （2）水泥土墻采用格柵布置時，格柵的面積置換率對于淤泥不宜小于0.8，淤泥質土不宜小于0.7，一般粘性土及砂土不宜小于0.6；格柵內側長寬比不宜大于2。 2.構造要求面積置換率=例：樁徑0.6m，搭接0.

7、15m,上、下每邊減去0.015/2 在2.25m長度內，用24根0.6m樁徑的樁，面積6.78平米。 6.78/2.25/0.9=3.35m每個格柵內的土體面積應符合下式要求：A 格柵內土體的截面面積； 計算系數；對粘性土，取0.5；對砂土、粉土，取0.7； c 格柵內土的粘聚力；u 計算周長； m格柵內土的天然重度； 對成層土，取水泥土墻 深度范圍內各層土按厚 度加權的平均天然重度。樁徑0.6m，搭接0.15m，樁距0.45m，40.45-0.6/42=1.5m50.45-0.6/42=1.95mu=1.52+1.952=6.90c取6kPa，6*6.9/15=2.76m21.5*1.95

8、=2.925m2再乘以系數d,肯定不滿足要求3.剖面形式水泥土擋墻支護結構斷面形式4.嵌固深度和寬度 嵌固深度：對淤泥質土，不宜小于1.2h，對淤泥，不宜 小于1.3h。 擋墻寬度：對淤泥質土，不宜小于0.7h，對淤泥，不宜 小于0.8h。 重力式水泥土墻采用格柵狀布置時，由于加固土的重度與天然土的重度接近，按樁體與它所包圍的土體共同作用考慮，通常取格柵狀外包線寬度作為擋墻寬度。5.水泥土墻體強度 水泥土墻體28d無側限抗壓強度不宜小于0.8MPa。當需要增強墻身的抗拉性能時，可在水泥土樁內插入桿筋。桿筋可采用鋼筋、鋼管或毛竹。桿筋的插入深度宜大于基坑深度。桿筋應錨入面板內。 6.水泥土墻頂面

9、宜設置混凝土連接面板，面板厚度不宜小于150mm,混凝土強度等級不宜低于C15。（三）水泥土墻設計計算1.破壞形式及設計方法（1）墻體強度破壞墻身材料應力超過抗拉、抗壓或抗剪強度而使墻體斷裂。 截面選擇： 基坑面以下主動、被動土壓力強度相等處（剪力最大） 基坑底面處（彎矩最大） 水泥土墻的截面突變處（截面面積減小）方法：正截面應力驗算。（2）穩定性破壞a）傾覆破壞；b）整體破壞；c）基坑隆起破壞 墻整體傾覆 墻整體滑移 土體整體滑動 墻下地基承載力不足而使墻體下沉并伴隨基坑隆起 地下水滲流造成的土體滲透破壞水泥土墻事故2.水泥土墻的設計計算（1）水泥土墻的設計步驟 a)根據土體整體穩定性安全系

10、數或基坑抗隆起條件確定水泥土墻嵌固深度。已有資料分析表明，根據整體穩定求得的嵌固深度能夠滿足抗隆起條件。 b)根據抗傾覆條件確定水泥土墻的寬度。此寬度一般情況下也能滿足抗滑移穩定條件。 C) 特殊條件下（如各土層性質變化較大）進一步驗算抗隆起和抗滑移安全條件。 d)驗算水泥土墻強度。 e)計算墻頂位移。（2）計算公式 a)抗滑移穩定性 b)抗傾覆穩定性對于水泥墻坑內腳，總的抗傾覆力矩與總傾覆力矩之比，Eak、Epk中包含水壓力 c)土體整體穩定性費倫紐斯條分法粘性土坡的條分法滑面為曲面，近似為圓弧面1. 瑞典條分法（費倫紐斯條分法）不考慮單一土條力的不平衡各土條安全系數相同（抗剪強度發揮作用相

11、同）根據總滑動力矩與總抗滑力矩平衡考慮滑動力矩與抗滑力矩平衡，條間作用力對圓心力矩作為內力抵消Wi條塊重量,包括上覆荷載ai-i條塊滑面傾角li-i條塊滑面長度選取不同圓心與半徑，安全系數最小的滑面為最危險滑面，該安全系數代表土坡穩定性 c)土體整體穩定性費倫紐斯條分法由于水泥土強度比淤泥土大得多，最危險滑面（安全系數最小）繞墻腳，水泥土墻嵌入深度小，安全系數小，會不滿足安全要求。以安全系數大于等于1.3來確定水泥土墻嵌入深度。經驗值： 樁長： 擋墻寬度： d)墻體正截面應力驗算 拉應力 壓應力 剪應力矩形截面，彎矩作用下，抵抗矩：驗算拉應力時減去自重應力驗算壓應力時加上自重應力乘以重要性系數

12、與安全系數抗拉強度取開挖時抗壓強度的15%抗剪強度取抗壓強度的1/6。m墻體材料的抗剪斷系數，0.40.5BLM 水平位移可采用經驗公式法、彈性地基“m”法和非線性有限元法進行計算。 e)水泥土墻的水平位移計算 當插入深度hd(0.81.2)h（h為基坑開挖深度），墻寬b(0.61.0)h時，可采用下列經驗公式進行估算：式中 墻頂水平位移計算值； Lmax基坑最大邊長； 施工質量系數，取0.81.5，質量越好，取值越小； 量綱換算系數，單位用mm時，=1， 單位用cm時，=10。 上海基坑工程技術規范建議方法水泥土墻計算圖式 1）假定 根據土質情況和基坑開挖深度，先按經驗設定樁長和墻的寬度： 樁長： 擋墻寬度： 2）土壓力計算 為簡化計算，對成層分布的土體，墻底以上各層土的物理力學指標按層厚加權平均計算。3）抗傾覆計算4）抗滑動計算5）整體穩定性計算 重力式圍護結構的整體穩定性計算應考慮兩種破壞模式：一種是如圖所示的滑動面通過擋墻的底部；另一種考慮圓弧切墻的整體穩定性，驗算時需計算切墻阻力所產生的抗滑作用，即墻的抗剪強度所產生的抗滑力矩。整體穩定性驗算 一般最危險滑動面在墻底下0.51.0m。當墻下土層很差時，危險滑弧的位置還可能更深，此時應增大計算深度，直至s值增大為止。當墻體無側限抗壓強度不小于1MPa時，一般不必計算切墻體滑弧的安全系數；當小于1MPa時，可取=0，c=（