水泥土樁在蕪湖地區(qū)深基坑支護(hù)中的應(yīng)用分析

馬玉德

(安徽省核工業(yè)勘查技術(shù)總院，安徽 蕪湖 241002)

1 概述

由于我國土地資源整體呈人多地少的態(tài)勢，為緩解這種局勢，現(xiàn)在的建筑物都呈深度縱向發(fā)展，即地上越來越高地下越來越深。深基坑的使用也越來越多，水泥土攪拌樁的應(yīng)用范圍也越來越廣泛。以往普遍都是作為深基坑止水帷幕來使用的水泥土攪拌樁，近兩年來隨著市場的不斷變化，被大規(guī)模的作為支護(hù)樁來使用，然而產(chǎn)生的效果確并未達(dá)到預(yù)期。

2 水泥土攪拌樁的性能

水泥土攪拌樁是采用水泥作為固化劑的主要材料，通過攪拌機(jī)械，將固化劑和地基土強(qiáng)制攪拌形成豎向增強(qiáng)體的復(fù)合地基。通過這種方法可以提高地基土的強(qiáng)度，增加變形模量。用于加固飽和軟黏土，特別是處理正常固結(jié)的淤泥質(zhì)土，效果比較顯著。按照它的施工工藝可以分為漿液攪拌法(濕噴)和干粉攪拌法(干噴)。水泥土攪拌樁作為柔性結(jié)構(gòu)設(shè)計，多用于豎向荷載的承重，并不能承擔(dān)較大的水平荷載受力。

3 工程案例分析

3.1 工程概況

蕪湖地處長江南岸，位于長江與青弋江交匯處。境內(nèi)整體地勢呈東南高，西北低之勢，雖屬長江沖積平原地形，但受地貌單元的影響，地質(zhì)條件比較復(fù)雜。其境內(nèi)廣泛分部著飽和淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層。

蕪湖某基坑地處蕪湖市城南高新技術(shù)開發(fā)區(qū)內(nèi)，基坑面積約7 000 m2，整體呈L型布局，基坑開挖深度6.3～7.3 m，基坑安全等級二級。該基坑開挖深度較深，土質(zhì)較軟，對周圍環(huán)境有較大影響，屬風(fēng)險性較大工程。

3.2 工程地質(zhì)條件

項目所在區(qū)內(nèi)屬北亞熱帶和中亞熱帶過渡地帶，屬季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和濕潤，四季分明。場地臨近長江，地表徑流主要受降雨控制，地表水受季節(jié)及汛期影響較大。長江水量豐實且洪水汛期水位高，根據(jù)水文資料，長江最低水位1～2月份，平均水位為7.42 m，最高洪水位為10.96 m(1954.8.25)。場地原為池塘及農(nóng)田，經(jīng)回填后已平整?；铀婕皡^(qū)域地層分部如下：

第①雜填土(Q4ml)：雜色、灰褐色，濕，松散，主要為粉質(zhì)黏土、粉土，部分為松軟黏性土夾砂，含少許建筑垃圾等，上部約0.3 m含植物根莖少許。本層松散狀，不均勻，層厚 0.40～1.80 m， 層頂高程5.81～6.60 m，該層在場地內(nèi)普遍分布。

第②層粉質(zhì)黏土(Q4al)：褐黃色，軟塑～可塑，濕，含鐵錳結(jié)核少許，干強(qiáng)度中等，韌性中等，切面稍有光滑，無搖振反應(yīng)。層厚0.50～2.10 m， 層頂高程4.82～6.33 m， 層頂深度0.00～1.20 m。

第②1層粉質(zhì)黏土(Q4al)：為夾層，褐黃色，硬塑，濕，含鐵錳結(jié)核少許，干強(qiáng)度中等，韌性中等，切面稍有光滑，無搖振反應(yīng)。層厚3.30～4.00 m， 層頂高程4.56～4.98 m， 層頂深度0.20～1.60 m。

第③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土(Q4al)：青灰色，流塑～軟塑，飽和，含腐植質(zhì)，局部含木炭，干強(qiáng)度中等，韌性中等。層厚0.70～15.7 m， 層頂高程0.87～5.06 m， 層頂深度1.00～5.30 m。該層厚度大，力學(xué)性質(zhì)較差(力學(xué)指標(biāo)見表1)，不可作為基礎(chǔ)持力層。

第④層粉質(zhì)黏土(Q4al)：褐黃色，濕，硬塑，局部可塑，含鐵錳結(jié)核少許，干強(qiáng)度中等，韌性中等，切面稍有光滑，無搖振反應(yīng)；層厚3.50～20.40 m， 層頂高程-11.43～4.03 m， 層頂深度2.00～17.60 m。

表1 各地基土層力學(xué)指標(biāo)參數(shù)值

3.3 設(shè)計與施工

該基坑設(shè)計采用放坡土釘結(jié)合水泥土攪拌樁壩體的圍護(hù)形式。南側(cè)及東南側(cè)放坡空間不足，采用水泥土攪拌樁壩體(重力式擋墻)，壩體寬度5.0 m，樁長14.50～15.40 m，內(nèi)外兩側(cè)沿基坑走向間隔1.0 m插8.0 m長Φ48 mm×3.5 mm鋼管，其他區(qū)域采用卸載2.5 m放坡結(jié)合水泥土攪拌樁的圍護(hù)形式，坑內(nèi)四周做軟地基加固處理。水泥土樁施工采用Φ700兩軸攪拌樁，使用P.O42.5級普通硅酸鹽水泥，摻量為15%，漿液水灰比控制在0.50～0.60之間，樁體間搭接不小于200 mm。水泥土樁體28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.8 MPa。放坡采用土釘墻支護(hù)。

因第③層土為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，為防止該層土開挖后強(qiáng)度值達(dá)不到設(shè)計要求，施工采用四攪三噴的方案，所謂四攪三噴即攪拌樁施工從開始向下鉆進(jìn)就開始噴漿為一攪一噴，鉆進(jìn)結(jié)束鉆具上提時繼續(xù)噴漿為兩攪兩噴，再次下鉆時停漿為三攪兩噴，最后提鉆時繼續(xù)噴漿為四攪三噴。樁體施工保持連續(xù)性，樁體間搭接時間不大于10 h。水泥漿液的配置嚴(yán)格按照設(shè)計要求配置，噴漿泵送壓力大于0.3 MPa，提升(或下沉)速度不大于0.5 m/min，垂直度不大于1%，流量、深度等均按規(guī)范控制。

3.4 支護(hù)效果及處理措施

基坑開挖采用分區(qū)域挖土，先開挖北側(cè)放坡加水泥土攪拌樁支護(hù)部分，開挖嚴(yán)格按照分層開挖的原則，即每層控制在1.5～2.0 m之間。由于坡頂有2.5 m采取卸載加放坡支護(hù)，開挖后整體效果比較理想，只有一處腐殖質(zhì)(有機(jī)質(zhì))含量較高部位出現(xiàn)小范圍的坍塌(圖1)。后經(jīng)過處理并未對基坑整體產(chǎn)生過大影響。

圖1 小范圍坍塌部位

南側(cè)水泥土攪拌樁壩體(重力式擋墻)部分因基坑頂部與原地面標(biāo)高保持一致，未采取卸載放坡的形式，坑底標(biāo)高要低于其它區(qū)域約0.5 m，故該區(qū)域基坑絕對深度要比其它區(qū)域深約3.0 m。當(dāng)開挖至4.5～5.0 m時南側(cè)出現(xiàn)位移報警，24 h豎向位移最大360 mm，水平位移最大120 mm(圖2)，支護(hù)結(jié)構(gòu)基本破壞。后經(jīng)緊急回填對該區(qū)域進(jìn)行取芯檢測，檢測結(jié)果顯示該區(qū)域有三組芯樣在5.0～7.0 m之間無側(cè)阻單軸抗壓強(qiáng)度均未達(dá)到設(shè)計要求，分別為0.6，0.7，0.7 MPa，而且芯樣中含有大量腐植質(zhì)(圖3)，其余部位均大于1.0 MPa。

圖2 水平和豎向位移

圖3 芯樣

對該區(qū)域的處理方式是水泥土攪拌樁壩體卸載2.0 m，坑內(nèi)采用12 m長Ⅴ型拉森鋼板樁支護(hù)，內(nèi)支撐使用200 mm×400 mm工字鋼圍檁加609鋼管角撐，外部使用八根拉錨(圖4)。開挖后變形監(jiān)測結(jié)果顯示在正常范圍內(nèi)。

圖4 拉森鋼板樁支護(hù)

3.5 原因分析

事后對該項目事故進(jìn)行了分析，主要存在以下四點原因：

(1)根據(jù)勘察報告中力學(xué)指標(biāo)顯示第③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層的地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值為65 kPa，即約65 kN/m2，從現(xiàn)場芯樣來看對腐殖質(zhì)的處理幾乎等于無效?；娱_挖后無側(cè)限的情況下，重力壩自身的重量大于100 kN/m2，也就是說通過重力壩自身的重量就有可能將壩體壓垮。

(2)根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79—2012)的強(qiáng)制性條文第7.3.2條明確規(guī)定“水泥土攪拌樁用于處理泥炭土，有機(jī)質(zhì)土，pH值小于4的酸性土，塑性指數(shù)大于25的黏土，或在腐蝕性環(huán)境中以及無工程經(jīng)驗的地區(qū)使用時，必須通過現(xiàn)場和室內(nèi)試驗確定其適用性”。在方案設(shè)計時考慮不周，未進(jìn)行試驗。

(3)水泥土樁是柔性結(jié)構(gòu)，用于抗壓的軟地基處理效果都很理想，但是用于抗剪切力的支護(hù)結(jié)構(gòu)效果就會大打折扣，雖然采用插鋼管的剛性加固措施但是效果微乎其微，方案過于注重理論計算而忽視了對現(xiàn)場實際的考量。

(4)施工過程中因?qū)κ┕し桨傅膶嵤┎坏轿灰约氨O(jiān)督檢查不到位，施工工藝及參數(shù)有所欠缺，導(dǎo)致基坑變形過大。

4 結(jié)論

水泥土攪拌樁是軟土加固常用的一種較經(jīng)濟(jì)的加固結(jié)構(gòu)，但是目前對水泥土攪拌樁加固的變形破壞特性認(rèn)識不清，相應(yīng)的穩(wěn)定性評價理論研究較少。使我們在使用水泥土攪拌樁時過于盲目自信，忽視了通過現(xiàn)場和室內(nèi)試驗確定合適的施工工藝和參數(shù)，也忽視了對現(xiàn)場實際情況的考察而過于注重理論，導(dǎo)致了事故的頻發(fā)。通過以上案例分析，再結(jié)合近期在蕪湖發(fā)生的多個類似的事件，不難發(fā)現(xiàn)在蕪湖地區(qū)用水泥土攪拌樁作為支護(hù)樁來使用的可靠性并不高。水泥土攪拌樁只能增加土體的豎向抗壓強(qiáng)度，而它的抗剪強(qiáng)度卻是很差的。用于豎向受力的軟土地基加固可靠性很高，但是用于橫向受力的基坑支護(hù)要慎重，如果必須要用，那么要嚴(yán)格按照規(guī)范要求通過現(xiàn)場和室內(nèi)試驗確定其可靠性和適用性，再配合可靠的加強(qiáng)措施方可實施。

5 結(jié)語

綜上，希望可以通過失敗的案例來為蕪湖地區(qū)水泥土攪拌樁的應(yīng)用提供寶貴的經(jīng)驗，能夠使相關(guān)單位在設(shè)計施工中少走彎路，謹(jǐn)慎使用。