水泥土搅拌桩在基坑支护应用

水泥搅拌桩是利用水泥作为固化剂的主剂，是软基处理的一种有效形式，利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌，使水泥与土发生一系列物理化学反应，使软土硬结而提高基础强度，抑制侧向变形，满足工程建设要求。根据工程特点，经过方案比选，主要采用水泥搅拌桩对基坑底部土体、基坑周边土体进行加固，起到改善基坑边坡稳定性、抗渗性能，达到止水、挡土的良好效果，并有效解决路桥（涵）过渡段路基基底承载力不足的问题。

1工程概况

新建格尔木至库尔勒铁路途经拖拉海湿地区，地表大面积积水。地下水类型为第四系孔隙潜水，赋存于砂类土及粉土层中，靠大气降水和冰雪融水补给，排泄方式以径流排泄及蒸发为主。水位埋深0.3～1.3m。根据静力触探成果判定结果，工点范围内广泛分布有软弱地基土，厚度3～11m。岩性以粉土、粉砂为主，一般Ps值小于0.8MPa，基本承载力小于80kPa，桥涵基坑深度均在3～5m。

2基坑支护方案的设计

根据工程地质特点，桥涵基坑开挖时主要解决的基坑支护、基坑防水、防止开挖后基坑隆起以及路桥过渡段地基承载力不足等问题，为解决上述问题，经过多种方案的经济比选，拟采用先按设计方案实施路基及涵洞基础处理，形成水泥搅拌桩复合地基。水泥土搅拌桩适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土、细砂含水层且加固饱和粘性土地基的一种方法，亦常用于基坑的支护结构。水泥土搅拌桩作为基坑支护的围护结构，主要解决的问题为基坑土方开挖后，保证基坑支护安全、支护稳定，不产生坍塌、渗水、裂缝等现象。一是提高涵洞地基承载力；二是减小基坑边坡土体的侧向变形。

3基坑支护方案设计计算

3.1基坑支护方案

本工程拟采用水泥土搅拌桩进行基坑支护，首先利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌，使水泥与土发生一系列物理化学反应，使软土硬结而提高基础强度，并控制侧向变形保持在合理范围内，以达到支护目的。基坑支护方案如图1所示。

3.2基坑支护方案的设计验算

为进行方案的设计验算，本节采用有限元软件ABAQUS进行数值模拟分析。模型网格划分以四边形为主，三角形为辅，左右边界为水平约束，底部边界为水平和竖直方向约束；水泥土搅拌桩采用理想线弹性模型，地基土选取理想弹塑性Mohr-Coulomb模型；通过生死单元模拟分层开挖过程，计算每个时间步的应力场、位移场。最后提取得到桩侧相应部位的最大主应力和基坑周围的侧向变形值与规范进行比较，以此作为水泥土搅拌桩和基坑侧向是否破坏的判断标准。有限元模型如图2所示，根据工程地质勘查报告可知各材料属性参数见表1。

3.3桩体强度和基坑侧向变形计算结果

为保证基坑逐层开挖的过程中，桩体的强度变化和基坑侧向变形在安全范围内，提取每层开挖过程中的桩体最大主应力和基坑侧向变形结果分别如图3和图4所示。得到基坑开挖过程中的计算结果如表2所示。

3.4桩体压强度验算

根据有关文献介绍[2]，水泥土的抗拉强度约为无侧限抗压强度的15%～25%，即σt=(0.15～0.25)qu。桩体最大主应力变化云图及提取得到的最大主应力沿桩底到桩顶的变化规律如图5、6所示。（最大主应力正值为拉应力，负值为压应力）。由图6分析可知，桩体所受的最大主拉应力为Smax=0.028MPa，而桩体的抗拉强度σt=0.375MPa，即Smax﹤σt，故桩体受拉部分处于安全状态。同理可知，桩体所受的最大主压应力为Smax=0.036MPa，而qu=2.5MPa，即Smax﹤qu，故桩体受压部分亦处于安全状态。综上所述，桩体处于安全状态。

3.5基坑侧向变形验算

基坑侧向变形变化云图及提取得到的变形沿基坑底到基坑顶的变化规律如图7、8所示。根据《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB5020-2002可知，该基坑为三级基坑。（侧向变形正值表示向右，负值表示向左）。根据《建筑基坑工程监测技术规范》[3]GB50497-2009可知，三级基坑侧向变形相对基坑深度的控制值为（0.8%～1.0%）h，即控制值为（0.032～0.04）m。由图8可知，基坑侧向变形的最大值为0.022m，小于基坑变形控制值，故基坑变形在允许范围之内。由以上验算可知，该基坑支护方案安全可行。

3.6主要施工方案及工序

清除地表腐植土并填筑搅拌桩作业平台，根据现场试验，在清除腐植土后填筑0.5m厚作业平台，以满足水泥搅拌桩机械设备进场作业所需的地基承载力，确保施工安全。3.6.2按照方案放样及水泥搅拌桩配合比设计施做水泥搅拌桩及止水帷幕。3.6.3待水泥搅拌桩龄期达到28天后，开挖基坑凿除基坑内水泥搅拌桩桩头，凿至设计标高后，进行复合地基承载力或单桩承载力，满足要求后实施基础及主体施工。

3.7注意事项

基坑顶临时堆载[4]不超过10kPa，且距基坑坑口边线不小于2.00米，尽量杜绝堆载。坑口3倍基坑深度范围内避免大规模堆载。基坑周边考虑设置临时道路，可运行载重小于15吨的车；搅拌桩龄期>28天后，方可进行基坑土方开挖。

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