对深基坑支护工程中深层搅拌桩应用的探究
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摘 要:在南京某复杂土层围护工程中的应用，探讨了质量控制和局部构造措施，指出搅拌桩支护的优势。
中图分类号：TU74 文献标识码：A
深层搅拌桩常用于水工建筑中改善地基承载力和围堰工程，其主要作用是提高基础承载能力和阻止土、水进入建筑物基坑内。这些特性运用在民用建筑深基坑支护中，能达到很好的效果。土层复杂多变，粉土、流塑粉质土及饱和水土层中，地下开挖易造成涌砂及水土流失，使相邻建筑和地下管线遭受破坏。采用此施工方法，工期快、成本低、无噪音、 安全可靠，最大支护深度可达 10 m 左右，完全能满足民用建筑中的深基坑围护要求。
如南京某高层建筑，地下室为两层，基坑深度为 6.5 m，地处市区最热闹的黄金商业街，东连金贸大厦 18 m 左右，西连中央商场 9 m 左右。地理位置非常突出，围护的成败直接影响到相邻建筑物和道路的安全使用。地下室所处土层状况复杂多变，粉土和流塑性粉质黏土为饱水及高水位底层，地下开挖易造成涌砂和水土流失，并且在基础开挖中不能用井点降水，它易使周边建筑物造成不均匀沉降和位移，带来安全隐患。经过科学分析和方案比较，最后采用水泥土深层搅拌桩支护取得了成功。
1围护结构的选型和平面布置根据工程主体结构设计单位对地下室埋设深度的要求及工程所处的条件等，围护结构采用双排格栅形搅拌桩，局部增强断面和角撑的支护方案，格栅平面宽度2.8m，搅拌桩单排平面厚度1.2m，其中内排桩体总长18m，入土长度11.5m桩端插入淤泥质粉砂黏土层，该土层渗流系数较小，起到切断基坑外地下水道路，造成封闭式基坑开挖条件（要求桩长满足基坑深度1倍以上即可，如果此土层距地表浅，可将桩长减短而降低成本）。外排桩总长13m，其主要作用承受桩体后侧水土压力。为提高围护系统的刚度，设计中应采取以下结构措施：
（1）对长度大于 的长方形基坑，中间加设钢筋混凝土桩5根～6 根，以增大搅拌桩格栅的断面面积和抗弯刚度，同时防止基坑开挖过程中突发性桩移并作为水平支撑点，达到围护结构稳定的预防措施。
（2）在基坑的四角处设置，由水平角撑和水平横梁组成角点支撑结构，以减少各边的自由长度，并控制桩体水平位移围护结构稳定验算方法和参数选定搅拌桩桩体的抗倾覆和抗水平滑移稳定，按水土压力作用下的挡土结构计算，开挖和支护过程中，桩体和周围桩的水平位移以及垂直沉降，按弹性力学有限元数值模拟方法分析 计算中的土层物理参数根据工程地质报告提供的资料选取（见表1）为便于分析计算且能够反映土层的基本特征，表中将土层大致分为两层，0m～4m为人工填土；4m～14m为粉土和粉砂。在有限元变形计算中，除土体物理参数外，还需输入搅拌桩体的弹性参数，其值见表2。
3基坑维护结构的稳定验算
采取水土分算的方法求算桩体抗倾覆和抗水平位移的安全系数，其计算过程见图1。其中桩后主动土压力为由 a，b，c，d，e所包括的面积，桩前被动土压力为由f ，g，h，i所包括的面积，后侧还作用有水压力j ，k，m，n另外，计算中还需计入桩体自重，桩后侧反摩擦力和基底摩阻力具体计算公式为：
按以上诸值可求算得到以下各合力值为：
图 桩体稳定验算计算简图
桩体自重为：
作用在桩后侧水平合力为：
取桩体与土体间的摩擦系数 ，则可求得桩后侧摩擦力和桩底摩擦力 ，分别为：
导致桩体水平滑移的合力为：
抵抗桩体水平滑移的合力为：
桩体抗水平滑移安全系数为：
取图 中左点为旋转中心，导致桩体向基坑内侧倾覆的力矩值为：
抗倾覆力矩值为：
桩体抗倾覆安全系数为：
在桩体变形和位移过程中，桩体内侧面与基坑内土体会产生相对摩擦 桩体所受到的被动土压力值往往比上述忽略不计摩擦效应的计算值大，为此上海地基基础设计规范给出板桩类结构所受被动土压力值应乘以一个增大系数（见规范表P.4.2 ）如按此对本围护桩结构进行稳定验算，所得抗倾覆安全系数增大为1.74 ，见表3。
表3 围护结构稳定安全系数
4有限元变形分析
围护结构与周围地层的变形和应力分布，采用弹性力学有限元程序计算进行模拟 该程序已成功应用于上海地铁基坑工程。计算按平面应变假定将分析区域取为40 m×30 m 的范围，地面超载考虑10 t/m，有限元网格划分和节点编号如附的计算输出数据报表所示，单元点数60，节点数77 个，详见图2。
图 2 有限元计算简图
有限元分析求算到的基坑开挖后控制点的位移值为：
（1）桩体水平位移和垂直沉降 开挖后桩顶水平位移为5.14cm，近基底标高处桩体水平位移为 5.4 cm 随着深度逐渐减少，近桩入土端水平位移 4 .7 cm 从桩体水平位移发生情况看，在开挖力作用下桩体基本向基坑内水平移动，其平均值为 5cm ～6cm 近基坑底面处位移值最大 由于桩体的自重作用，开挖后桩体垂直沉降值为1 cm～2 cm。
（2）基坑相邻地表沉降值 基坑开挖后相邻地表将产生2 cm～3 cm 的不均匀沉陷桩体的水平位移和地表的沉降的分布曲线见图3。
图 3 不均匀沉降分布曲线图
5 基坑抗管涌计算
围护结构抗管涌验算主要考虑基坑内土体，质量与桩后侧动水压，坡降之间的比值，其计算公式为：
式中：抗管涌安全系数，一般取1.5～2.0；为地下水位与基底标高的距离，m；为基坑内土体的浮容量， ； 为水容量，；为桩底宽，m。
抗管涌计算简图见图 4。
将有关参数代入上述管涌验算公式，所求得最小基坑内土层厚度为：
现设计基坑内土层厚度为7.5 m，即：
符合设计要求。
图 4 抗管涌计算简图
6 质量措施和局部构造措施
围护结构的成败很大程度取决于施工工艺流程和施工规范及基坑开挖方案是否合理可靠，是否按照原设计思想进行，并在开挖过程中进行现场检测，必要时根据测试结果随时调整开挖方案或局部加固措施 具体措施为：
6 .1 质量控制
（1）施工流程为：定位 搅拌下沉 上提喷浆搅拌 重复搅拌 清洗定位。
（2）桩机按行走轨道上的画线就位后，经过仔细检查，使桩位与设计位置相符，桩位间相互搭接不少于 20 cm，桩位偏差不大于 10 mm，桩机垂直偏差不大于 1％，水泥剂量应控制在 12％～15％ 施工中采用一次灌浆，两次搅拌工艺 为确保灌浆均匀，桩体不产生灰层，严格控制水灰比和水泥用量 搅拌头两次提升速度为不少于 2 min/m～3 min/m，并且做到每根桩一次连续完成。
（3）为保证桩相互之间良好的搭接质量，应妥善安排桩机施工路线，尽量不使桩间搭接时间超过24 h。当不可避免时应采取下面的补救措施：如超过 24 h 少许时，后 1 根桩增加注浆量20％，同时减慢提升速度；当桩架转向或首尾的搭接超过 24 h 太长时，在桩与桩间的背后补桩。
（4）跟班质量员不但应对每个施工步骤仔细检查，还应及时制作试块，做好施工记录和施工日记。
（5）开挖时防止挖土机损坏桩体，靠近维护墙 50 cm 处用人工挖，并做好原来基坑内水的排除工作。
（6）每天对四周维护墙的稳定情况用经纬仪进行观测。
6.2 局部构造措施
（1）对地下水位较高的基坑，在双排桩之间建一道围幕灌浆，确保水不进入基坑内。
（2）对基坑较深的维护桩，应在桩身中插入毛竹来增加桩身的刚度。
（3）在双排桩上部做一道宽 5.2 m、 厚 15 cm～20 cm 的钢筋混凝土路面，既可提高桩的整体性，同时又可当施工便道之用。
7 结语
上述工程已竣工，在地质条件如此不好的情况下，基坑用搅拌桩支护，未用1 根锚拉的支撑设施，支护稳定 坑内干燥，无积水和渗水管涌等现象 同时为基础及上部建筑施工创造了保证质量和文明施工条件，比其他支护形式的造价要节省18％～25％，真正做到工期短 造价低 安全可靠，这一施工工艺是很有应用价值和发展前途的。