擋土結構與基坑工程

木林隆博士巖土大樓820室65982005第三講水泥土圍護結構的設計和施工概述水泥土圍護結構的特點和斷面型式水泥土圍護墻的計算分析方法和設計水泥土圍護墻的施工要點重力式水泥土擋墻案例概述水泥土重力式圍護墻是以水泥系材料為固化劑，通過攪拌機械采用噴漿施工將固化劑和地基土強行攪拌，形成連續搭接的水泥土柱狀加固體擋墻。（DMM）水泥土重力式圍護墻的概念定義常用的施工機械概述雙軸水泥土攪拌機三軸水泥土攪拌機高壓噴射注漿機水泥土的發展與現狀攪拌法原是我國及古羅馬、古埃及等文明古國，以石灰為拌合材料，應用最早而且流傳最廣泛的一種加固地基土的方法。例如，我國房屋或道路建設中傳統的灰土墊層(或面層)，就是將石灰與土按一定比例拌合、鋪筑、碾壓或夯實而成；又如萬里長城和西藏佛塔以及古羅馬的加普亞軍用大道、古埃及的金字塔和尼羅河的河堤等，都是用灰土加固地基的范例。應用水泥土較早的一些國家，如日本約始于1915年，美國約始于1917年。隨后，許多國家紛紛將水泥土用于道路、水利等工程。攪拌樁最早于本世紀50年代初問世于美國。我國自1977年開始研究攪拌樁機械。概述攪拌樁在我國應用的頭10年中，其主要用途是加固軟土，構成復合地基以支承建筑物或結構物。將攪拌樁用于基坑工程，雖在其發展初期已有成功的實例，但大量應用則是90年代初隨著我國各地高層建筑和地下設施大量興建而迅速興起的，其中尤以上海及沿海各地為最多。大功率的三軸攪拌機加固深度可達到25~30m。水泥土重力式圍護墻的應用概述攪拌軸數：攪拌樁的截面主要有雙軸和三軸加筋：加筋和非加筋復合形式：水泥土結合鋼筋混凝土預制板樁、鉆孔灌注樁、型鋼、斜向或豎向土錨等結構形水泥土重力式圍護墻的類型與適用范圍水泥土圍護結構的特點和斷面型式水泥土重力式圍護墻的類型平面布置：滿膛布置、格柵型布置和寬窄結合的鋸齒形布置按豎向布置：等斷面布置、臺階形布置水泥土重力式圍護墻的布置無支撐自立式擋土墻，依靠墻體自重、墻底摩阻力和墻前基坑開挖面以下土體的被動土壓力穩定墻體。變形主要表現為墻體水平平移、墻頂前傾、墻底前滑以及幾種變形的疊加。水泥土重力式圍護墻的特點水泥土圍護結構的特點和斷面型式開挖深度：不宜超出7m，在基坑周邊環境保護要求較高的情況下，基坑深度應控制在5m范圍以內土質條件：水泥土攪拌樁和高壓噴射注漿均適用于加固淤泥質土、含水量較高而地基承載力小于120kPa的粘土、粉土、砂土等軟土地基，當土中含高嶺石、多水高嶺石、蒙脫石等礦物時，加固效果較好；土中含伊里石、氯化物和水鋁英石等礦物時，加固效果較差，土的原始抗剪強度小于20～30kPa時，加固效果也較差。環境條件：在基坑周邊距離1~2倍開挖深度范圍內存在對沉降和變形較敏感的建（構）筑物時，應慎重選用水泥土重力式圍護墻。水泥土重力式圍護墻的適用條件水泥土圍護結構的特點和斷面型式水泥土重度室內試驗結果表明，當水泥摻入比為5%～20%、水灰比=0.45～0.5時，水泥土較被加固的土體重度增加約1%～3%左右。天然軟土含水量越大或水泥摻入比越大，則水泥土加固體的含水量降低幅度越大。不同含水量的軟土用不同的水泥摻入比加固后，其液限將稍有降低，而其塑限則有較大提高。水泥土的物理特性水泥土圍護結構的特點和斷面型式加固土的物理力學特性水泥土的無側限抗壓強度在0.3～4.0MPa之間，大約比天然軟土強度提高數十倍到數百倍（土質↑，齡期↑，水泥摻入比↑，土的含水量↓，土的化學性質-PH值↑，水泥品種與標號↑，外摻劑）水泥土的抗剪強度Cu與其法向應力有關。設計時如做較保守之考慮，可取σu

為零時的抗剪強度τf0

作為樁體不排水抗剪強度設計值。τf0與無側限抗壓強度的比例介于1/2～1/5之間。水泥土的抗剪強度隨抗壓強度的增大而提高，但隨著抗壓強度增大，兩者的比值減小。一般地說，當無側限抗壓強度qu=0.5~4.0MPa時，其粘聚力cu=0.1~1.1MPa，內摩擦角?約在20～30°之間。水泥土的抗拉強度σt與無側限抗壓強度qu的關系：當qu<1.5MPa時，σt

約等于0.2MPa。水泥土的力學特性水泥土圍護結構的特點和斷面型式加固土的物理力學特性水泥土無側限抗壓強度愈大，破壞應變量愈小。當qu=0.5~4.0MPa時，E=(100~150)qu。它的抗滲性能明顯改善。負溫一般并不影響水泥攪拌樁施工，但它會使水泥土化學反應停滯而推遲攪拌樁強度的發展?，F場樁體強度/室內試塊強度的比值約為0.6～0.75。加固土的物理力學特性水泥土的力學特性水泥土圍護結構的特點和斷面型式設計方案比選水泥土圍護墻的計算分析方法和設計1．施工時無振動、噪聲小、無泥漿廢水污染；2．施工操作簡便、成樁工期較短，造價較低；3．基坑開挖時一般不需要支撐、拉錨；4．隔水防滲性能良好；5．基坑內空間寬敞，方便土方開挖和后期結構施工；6．擋墻頂面可設置路面行駛施工車輛，而路面結構又可增加擋墻剛度；7．同一墻體可設計成變截面、變深度、變強度；8．有利于縮短綜合工期；9．可就近利用一部分粉煤灰等工業廢料作為固化劑的外摻劑。優點設計方案比選1．對有機質含量高、pH值低（<7）、初始抗剪強度甚低（<2～3kPa）的土，或土中含伊里石、氯化物、水鋁石英等礦物及地下水具有侵蝕性時，加固效果差；2．貫穿地面或地下硬土或其它障礙物有困難，有時可用沖水或注水下沉解決，有時難以解決；3．根據國內現有設備，目前常用的支擋高度為4～7m；一般情況下，當采用濕法(噴漿)施工時，開挖深度不超過7m；當支擋高度較大或工程量較大時，可能不經濟；4．墻體占地面積大，水泥土攪拌樁按格柵形布置，墻寬約0．7～1．0倍開挖深度，樁插入基坑底深度約0．8～1．4倍開挖深度；5．水泥用量較大，以一般軟土中10m深的墻體(包括插入坑底部分)為例，每100延長米墻體約需水泥500～600t；6．成樁后需要28天以上的養護期，一般不能立即開挖土方；7．與有支撐支護結構相比，重力式圍護基坑周圍地基變形較大，對鄰近建筑物或地下設施影響較大。缺點水泥土圍護墻的計算分析方法和設計設計計算內容水泥土圍護墻的計算分析方法和設計1．水、土壓力的計算2．穩定性驗算3．墻體應力驗算4．格柵截面驗算5．墻體變形計算水、土壓力計算水泥土圍護墻的計算分析方法和設計整體穩定性分析瑞典圓弧法該法假定滑動面是一個圓弧面，并認為條塊間的作用力對邊坡的整體穩定性影響不大，可以忽略；這種假定在兩個土條之間并不滿足，對安全系數的計算結果，這樣所造成的誤差有時可高達60%以上；水泥土圍護墻的計算分析方法和設計不排水峽條件下另抗隆起雀穩定極限平道衡法一般等是在依指定旨的破吹壞面支上進靜行驗慚算，葉分析郊計算損時還流可能享會作售一些逢假定Ter遺zag吹hi(辮194濾3)抗隆起鴉分析模蹄式γH/Su為穩迅定系搜數5.躲7即為銅考慮腥基地征完全態粗糙鐵時的跪地基紡承載冤力系陜數Nc值Ter取zag棗hi(濃194去3)的抗隆呆起分析覽模式適使用于比嬸較淺或走寬的基刮坑抗隆嬌起分析俊問題，坡也即適牛用于H/B≤1孤.0的情況水泥土股圍護墻滾的計算呆分析方畫法和設僚計抗傾覆耍、抗滑邪移穩定惹性分析抗傾覆抗滑移水泥宰土圍惠護墻驢的計針算分樓析方幼法和托設計抗滲潔流穩描定性賢分析滲流諷破壞眠主要送表現包為管支涌、秩流土(俗稱俘流砂)在滲毯流出意口處水泥癥土圍魄護墻慶的計畝算分還析方包法和拌設計抗承須壓水軍穩定犧性分彼析承壓怕水破惱壞主對要表振現為擺突涌水泥貿土圍尿護墻匠的計陪算分扯析方艱法和始設計墻體應倍力驗算水泥擦土圍壟護墻應的計榆算分滾析方此法和姐設計格柵截急面驗算水泥土臣重力式脅圍護墻別結構加勢固體平秀面通常豪呈格柵云型布置翻，每個箏格子的喘土體面總積A應滿離足水泥土隔圍護墻鞠的計算暈分析方線法和設尚計式中：呼u--綠格子的拐周長(翼m)分項系錯數，對貢砂土和消粉質砂現土取1稼.0，剝粘土取缸2.0墻體暴變形肝計算水泥土飯圍護墻跌的計算凈分析方令法和設普計水泥建土重堤力式桶圍護兇墻的珍平面叮布置三軸攪煮拌樁水泥土前重力式蔑圍護墻恰的構造拿要求水泥土屯重力式膝圍護墻盜的平面虧布置雙軸洞攪拌科樁水泥鑰土重齡力式底圍護猴墻的看構造缸要求水泥土痛重力式過圍護墻濾的平面裕布置高壓旋垃噴注漿水泥磨土重稍力式驚圍護互墻的餅構造衫要求水泥土歸重力式敵圍護墻毒的豎向顫布置水泥獻土重突力式勻圍護抬墻的島構造脂要求水泥韻土重而力式柏圍護騰墻坑抵底以網下的過插入渠深度D一般可矩取開挖戚深度h0的0.袍8~獎1.洞4倍，餡斷面統布置訴有等江斷面賓布置線、臺絞階形暫布置徑等。水泥土戰重力式壓圍護墻收加固體暢技術要土求1．水鏟泥土仇水泥吼摻合零量以恨每立細方加知固體班所拌晨和的者水泥甩重量家計，闖常用笑摻合研量為閑雙軸裹水泥挽土攪色拌樁12敗~1晉5%，三軸柜水泥土薄攪拌樁18疲~2丙2%，高壓妹噴射注騰漿不少項于25殺%。2．水泥觀土加固時體的強衫度以齡賴期28天的無急側限抗注壓強度qu為標趴準，qu應不世低于0.8應MPa。3．水強泥土煩加固摩體的靜滲透問系數鑰不大浴于10惱-7名cm謙/旬se鋸c，水泥駐土圍護悶墻兼作言隔水帷右幕。4．水貴泥土只重力韻式圍險護墻宇攪拌嶼樁搭色接長旅度應疏不小令于200溉mm。墻齒體寬駛度大鏈于等設于3.2基m時，歲前后斥墻厚夫度不庭宜小冊于1.2平m。在墻升體圓弧彈段或折逐角處，并搭接長筍度宜適姻當加大罪。水泥施土加固掩體在習錫慣上稱沫為攪拌曠樁，相彩鄰樁搭但接部分泥的截面沉積為雙匆弧形，曾搭接長賠度200凍mm指攪拌調轉軸中麗心連線活位置的銀最大搭葛接長度蛛。5．水泥莊土重力廈式圍護悅墻轉角陡及兩側岸剪力較私大的部抗位應采梁用攪拌拔樁滿打改、加寬哀或加深畜墻體等綿措施對財圍護墻趕進行加部強。6．當基肅坑開挖櫻深度有熱變化，偷圍護墻郊體寬度啄和深度勝變化較失大的斷謊面附近稍應當對塘墻體進幟行加強裹。水泥膜土圍慢護墻理的計代算分承析方默法和扔設計水泥襲土重宅力式序圍護酷墻壓飾頂板骨及聯然結的慰構造1．水徒泥土朵重力賊式圍友護墻凝結構源頂部早需設認置15若0～20帳0m裹m厚的鋼深筋混凝燦土壓頂痛板，壓恢頂板應沫設置雙昨向配筋匹，鋼筋零直徑不妨小于φ8，間尿距不真大于20彈0m洲m。墻頂轉現澆的疾混凝土捆壓頂板粒是水泥霸土重力遞式圍護頑墻的一賓個組成攤部分，謝不但有血利于墻李體整體視性，防改止因坑拐外地表出水從墻趕頂滲入船擋墻格盈柵而損請壞墻體岸，也有優利于施崇工場地芳的利用宜。2．水泥瀉土重力幻玉式圍護廢墻內、刮外排加扁固體中喝宜插入斑鋼管、么毛竹等尖加強構涉件。加役強構件促上端應肝進入壓蹄頂板，書下端宜潛進入開漿挖面以含下。目良前常用眼的方法頌是內排菊或內外疲排攪拌望體內插枕鋼管，盞深度至夏開挖面干以下，楊對開挖柔較淺的敢基坑，影可以插遵毛竹，有毛竹直其徑不小頭于50闊mm。3．水泥摔土加固閥體與壓捷頂板之植間應設努置連接攔鋼筋。掛連接鋼領筋上端張應錨入籌壓頂板落，下端箱應插入徐水泥土烈加固體悼中1～2米，間斧隔梅花男形布置鈔。水泥謹土圍虹護墻既的計繡算分釣析方威法和鴉設計雙軸昨水泥習土攪販拌機水泥言土圍熱護墻摔的施川工雙軸水亮泥土攪裁拌機配套悟設備1．灰牲漿泵2．灰竹漿攪畫拌機3．灰漿筋集料斗4．樁瀉架施工單準備水泥土胃圍護墻赴的施工1．技喪術準疫備進行加仁固土室鳥內配合知比試驗記，依據牧設計施臥工圖和謝環境調佩查與分個析，編朵制施工茄組織設怎計，安排排好圍夕護攪拌能樁的施膝工順序眼，通過好試成樁閃，選擇乖最佳水紙泥摻量候，確定蟲水泥土族攪拌樁喇施工工嘴藝參數飄。2．材料寬準備水泥進鉛場，按軍每一袋愛裝水泥惰或散裝員水泥出獄廠編號臂進行取韻樣、送幸檢。搭啊設水泥饅棚，布泳置漿液萄拌站，右面積宜風大于40m買2，一般畫泵送距輕離不宜臉大于100昌m。3．場地聞準備清表淡及原市地面喂整平季。倚溝槽欲開挖晶。樁已位放藏樣。4．設備啊準備設備進姻場。樁田機就位改。施工工軟藝水泥土坑圍護墻歡的施工雙軸夕施工凳要點水泥墻土圍城護墻津的施寨工工藝搶試成翁樁試成樁偏的目的誦是確定叢各項施矛工技術份參數a.攪拌夢機鉆豈進深跨度、劉樁底傻、樁刪頂或俘噴、干停漿狀面標段高；b.攪拌隸機提夕升速份度與陡漿泵遮流量行的匹貼配；c.每m樁長或伯每根樁秩的送漿伍量、漿嬸液到達貸噴漿口懲的時間內；d.雙軸攪刃拌機單然位時間堤（mi棍n）內身，固肅化劑級漿液好的噴畝出量q（KN），步取決旋于攪略拌頭囑葉片玩直徑婦、固繪化劑集摻入屋比及沫攪拌持機鉆閣頭提論升速惡度。雙軸遍施工鐵要點水泥配土圍餐護墻見的施稅工施工膝參數鞋與質買量標但準水泥土輸攪拌樁梨采用PO朝42翻.5新鮮普票通硅酸勵鹽水泥讀，單幅馳樁斷面跟一般Ф7屆00拋@5工00雙頭配搭接200應mm，常用膽水泥摻非入比為錯被加固件濕土重符的12假%～15%，在舟暗浜橡區水垃泥摻益量應印再適踩當提厘高，歌水灰威比0.遠45～0.寬55。攪頭拌樁喘垂直讓度偏譽差不濁得小柴于1%，樁伍位偏達差不緣瑞得大越于50m屢m，樁徑批偏差不爐得大于4%。雙軸嫩施工級要點水泥仰土圍劑護墻姓的施摔工施工乓漿液筒拌制韻及管郊理水泥漿銳液應按浸預定配槍合比拌座制，每煉根樁所結需水泥碼漿液一豎次單獨侵拌制完廟成；制撲備好的淺泥漿不秀得離析錦，停置忽時間不浙得超過2h，否則煉予以廢攜棄，漿次液倒入士時應加閱篩過濾鵝，以免盆漿內結前塊，損殿壞泵體丟。供漿每必須連家續，攪濟拌均勻絹。一旦獄因故停竹漿，為過防止斷殼樁和缺瘦漿，應余使攪拌尼機鉆頭安下沉至箱停漿面漢以下1.溝0m，待吹恢復暖供漿袖后再飾噴漿結提升輛。如去因故讓停機卡超過3h，應敵先拆佛卸輸府漿管魄路，廢清洗躺后備艷用，梢以防全止漿亡液結售硬堵大管。棍泵送祥水泥捕漿前支管路鋼應保踏持濕屬潤，好以便礎輸漿覺。應姨定期拒拆卸難清洗可漿泵叛，注范意?？闯铸X拾輪減查速箱供內潤戰滑油續的清復洗。雙軸施忘工要點水泥閃土圍剖護墻糊的施塑工施工瓜技術攪拌已樁施業工必拍須堅閃持兩贈噴三慚攪的浪操作盈順序即，且溫噴漿斥攪拌抽時，量攪拌化頭提盞升速疼度不刷宜大格于0.5啊m/m朵in，鉆墾頭每鍬轉一館圈提藍升（禮或下散降）竄量以1.駕0～1.5次cm為宜敵，最較后一詞次提嫌升攪襲拌宜約采用租慢速南提升逮，當零噴漿箱口達粉樁頂然標高吧時，敲宜停鮮止提撕升，鋸攪拌柴數秒愛，以爐保證粒樁頭患均勻女密實挖。對于透雙軸情水泥循重力惑式圍拉護墻子內套鏡打鉆層孔灌噴注圍棵護樁藍時，跑