水泥土深层搅拌桩支护与施工.docx

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水泥土深层搅拌桩支护与施工

编号：

德润案字2009-02

如皋市德润·铂庭商住小区工程

水泥土深层搅拌桩

支护设计与施工

南通市竑成建筑安装工程有限公司

德润铂庭商住小区工程项目经理部

二零零九年九月

编制：

德润铂庭项目技术管理部

审核：

审批：

目录

施工方案调整变更索引表3

一、工程概况4

二、基坑护坡方案的设计4

（一）设计依据4

（二）方案的选择5

（三）深层搅拌水泥土桩支护结构计算5

三、水泥土深层搅拌桩支护施工9

四、质量控制措施10

五、安全环保措施11

六、施工进度计划；12

七、施工监测结果12

施工方案调整变更索引表

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备注

一、工程概况

工程概况：

本工程位于如皋市大司马路东侧100 m、福寿路南侧，该工程地下1层，地上6-17层，建筑面积61478 m2，钢筋混凝土框架剪力墙结构。

建筑总长100.4米宽163米。

采用Φ500 mm钢筋混凝土预应力管桩基础。

1100 mm厚承台基础，承台基础用450 mm厚构造筏板相连，基础顶标高-5.15 m，承台垫层底标高-6.35 m，电梯基坑处局部-7.95 m，室内外高差0.3 m，自然地坪为-0.90～-1.77 m。

周边环境：

该工程东侧相距10.5m为人民银行3层办公楼和居民2层住宅楼，西侧相距5.7m为6层商业办公楼楼、相距9米为6层住宅楼和相距8.5米为2层居民住宅楼，南侧相距6m为一层商业店房，北侧相距10米为福寿路，道路下埋设有各种管线。

采用机械开挖。

绝对高程6.40米（±0.000）整体大开挖深度为4.8米。

工程施工程序为先基坑护坡深层搅拌水泥土桩加固后基坑土方开挖。

因此，坑内土层的内摩擦角可适当提高。

工程水文地质条件：

工程场地土自上而下依次为：

①素填土，层厚0.50～2.20m；②粉土，层厚0.70～3.00m；③粉砂夹粉土，层厚1.30～3.60m；④粉砂：

中密，局部稍密，层厚8.40～10.70m；⑤粉砂夹细砂：

中密～密实，层厚1.90～3.70m；⑥粉砂：

中密，层厚5.10～9.30m；⑦粉质粘土：

层厚大于4m。

土质类型为一层土为软弱土，其余为中软土，场地类别Ⅲ类。

地下水位在自然地坪下1.68～2.14m，为孔隙潜水类型。

二、基坑护坡方案的设计

（一）设计依据

1．江苏省纺织工业设计研究院有限公司KNT2009-32号勘察报告。

2．基坑开挖深度约为4.55米（从自然地面算起）。

3．土体重度统一取为r=20KN/M2。

4．地面超载按一般情况,考虑为q=20KN/M。

5．设计与计算遵循国家及江苏省有关规范,主要有:

建筑地基基础设计规范GB50007--2002

混凝土结构设计规范GB50010—2002

建筑基坑支护技术规程JGJ120-2002

建筑边坡工程技术规范（GB50330—2002）

建筑地基处理技术规范（JGJ79—2002）

（二）方案的选择

深层搅拌水泥土桩是用特制的进入土深层的深层搅拌机将喷出的水泥浆固化剂与地基土进行原位强制拌合，制成水泥土桩，硬化后即形成具有一定强度的壁状挡墙，既可挡土又可形成隔水帷幕，对任何平面都适用。

深层搅拌水泥土桩具有无噪音、无振动、无污染、工效高及成本低等优点。

此方案做法是采用桩径φ500格构式布置，桩与桩搭接150mm，水泥土挡土结构宽4m。

基坑开挖高度H=4.55m，入土深度3.45m，水泥土挡土结构总高8m，水泥掺量不少于13%。

由于深层搅拌水泥土桩的刚度大、挡土及挡水性能好、施工场地大、造价低等特点，比其他方案有明显优势，故被采用。

（三）深层搅拌水泥土桩支护结构计算

1、土压力计算

（1）主动土压力Ea

标高

Ea（KN/m）

-1.75

（20+18.9×1.75）tg2（45°－90°/2）-2×14tg（45°-9°/2）=14.80

-3.25

（20+18.9×1.75+18.2×1.5）tg2（45°－13°/2）-2×18tg（45°－13°/2）=22.22

-4.5

（20+18.9×1.75+18.2×1.5+17×1.25）tg2（45°－8°/2）-2×12tg（45°－8°/2）=55.93

-5.1

（20+18.9×1.75+18.2×1.5+17×1.25+7×0.6）×tg2（45°－8°/2）-2×12tg（45°－8°/2）+10×0.6=65.10

-5.1

（20+18.9×1.75+18.2×1.5+17×1.25+7×0.6）tg2（45°－19.5°/2）-2×28tg（45°－19.5°/2）+10×0.6=19.28

-7.0

（20+18.9×1.75+18.2×1.5+17×1.25+7×0.6+9.5×1.9）tg2（45°－19.5°/2）-2×28tg（45°-19.5°/2）+10（1.9+0.6）=47.29

-8.0

（20+18.9×1.75+18.2×1.5+17×1.25+7×0.6+9.5×1.9+10×1）tg2（45°－36.4°/2）+10（1.9+0.6+1.0）=69.16

（2）被动土压力

标高

Ep（KN/m）

-5.6

（19.5×0.5）tg2（45°＋19.5°/2）＋2×28×tg（45°＋19.5°/2）=98.76

-7.0

（19.5×0.5+9.5×1.4）tg2（45°＋19.5°/2）+2×28tg（45°＋19.5°/2）+10×1.4=139.39

-8.0

（19.5×0.5+9.5×1.4+10×1）tg2（45°＋36.4°/2）+10×（1.4+1）=153.53

2、深层搅拌桩挡土结构沿基底的抗滑动稳定性计算

按以下式计算：

1.2γoEaw≤Epw+μw

其中γo-工程重要性系数（取值为1）

Eaw-作用于挡土结构上的主动侧水、土压力（KN）

　　Eaw=1/2×14.80×1.75+1/2（14.80+22.22）×

　　1.5+1/2（22.22+55.93）×1.25+1/2×（55.93+65.10）×

　　0.6+1/2（19.28+47.29）×1.9+1/2（47.29+69.16）×

　　1.0+1/2（69.16+71.37）×0.5=282.47KN

　　Epw-作用于挡土结构上的被动侧水、土压力（KN）

Epw=1/2×98.76×0.5+1/2（98.76+139.39）×1.4+1/2

（139.39+153.53）×1+1/2（153.53+191.85）×0.5=424.2KN

　W-挡土结构自重（KN），挡土结构底部为卵石，地下水位以下部分的挡土结构自重按有效重度计算，地下水位取挡土结构前后两侧地下水位的平均值。

W=19×4.0×5.05+18×4×3.45=632.20KN

μ-挡土结构基底摩擦系数（卵石摩擦系数为0.3）

则1.2×1×282.47=338.96KN

满足要求。

3、深层搅拌桩挡土结构的抗倾覆稳定性计算：

按下式计算：

1.3γoEawha≤1/2bw+Epwhp

其中：

b-挡土结构宽度（m）b=4.0m

ha、hp-分别为主动侧水、土压力和被动侧水、土压力至挡土结构底端的力臂（m）

ha=2.72m

hp=1.42m

1.3×1×282.47×2.72=998.81KN

﹤1/2×4.0×632.20+424.2×1.42=1866.76KN

满足要求。

4、水泥土挡土结构的正应力计算：

弯矩、剪力计算结果见（图4）

γz+q+MyX1/Iy≤qw/2

γz+q-MyX1/Iy≥0

其中γ-挡土结构的重度（KN/m3）γ=19

Z-计算截面以上的挡土结构高度（m）Z=7

q-挡土结构顶面的超载（KN/㎡）q=20

Iy-挡土结构在计算截面处对y轴（平行于基坑边线）的截面惯性矩（m4）Iy=5.05

My-挡土结构在计算截面处对y轴的弯矩（KN·m）My=330.23

X1、X2-挡土结构在计算截面处的截面形心至最大、最小的应力点的距离（m）,X1=1.96、X2=1.98

qw-水泥土在开挖龄期时的无侧限抗压强度标准值（kpa）qw=10000

等效矩形截面法，将护坡搅拌桩图形面积等效为矩形截面，用等效刚度法换算求得：

X1=1.96m

X2=1.98m

Iy=5.05m4

因此：

19×7+20+330.23×1.96/5.05=281.17Kpa

<10000/2=5000Kpa

19×7+20-330.23×1.98/5.05=23.52Kpa>0

满足要求。

5、地基承载力计算

1.1（γHo+q）≤fk

γHo+q+MyX1/Iy≤1.1fk

γHo+q-MyX2/Iy≥0

其中：

γ-挡土结构的重度（KN/m3）γ=19

H0-挡土结构的高度（m）H0=8.5

Iy-挡土结构在基底处对y轴（平行于基坑边线）的截面惯性矩（m4）Iy=5.05

My-作用于挡土结构底部对y轴的弯矩（KN·m）My=226.42

X1、X2-挡土结构底部截面形心至最大、最小压应力的距离（m）,X1=1.96、X2=1.98

fk-地基承载力标准值（KN/㎡）fk=400

1.1×（19×8.5+20）=199.65KN/㎡

19×8.5+20+226.42×1.96/5.05=269.38KN/㎡<1.1×400=440KN/㎡

（满足要求）

19×8.5+20-226.42×1.98/5.05=92.73KN/㎡>0

（满足要求）

6、基坑的整体稳定性验算（略）

7、其他

在水泥土内每隔3根配竹筋，顶面钢筋砼压板按构造配置，压板与水泥土之间用插筋使之连接。

三、水泥土深层搅拌桩支护施工

采用水泥浆搅拌法施工：

施工前应确定搅拌机械的压浆泵的输出量、浆液经输浆管到达搅拌机喷浆口的时间以及设备提升速度等参数，并根据设计要求通过成桩试验，确定搅拌桩的配比等方面参数和工艺要求。

为保证桩端施工质量，当浆液到达喷浆口后应在桩底标高处停留不少于30秒以确保浆液完全到达桩端。

（1）、定位

用塔架悬吊搅拌机到达指定桩位，对中。

（2）、预搅下沉

待深层搅拌机的冷却水循环正常后，启动搅拌机，放松起重机钢丝绳，使搅拌机沿导向架搅拌切土下沉，下沉速度由电气控制装置的电流监测表控制，工作电流不应大于额定值。

（3）、制备水泥浆

待深层搅拌机下沉到一定深度时，即开始按设计确定的配合比拌制水泥浆，压浆前将水泥浆倒入集料斗中。

（4）、提升、喷浆、搅拌

待深层搅拌机下沉到设计深度后，开启灰浆泵水泥浆压入地基，且边喷浆边搅拌，同时按上述确定的提升速度提升深层搅拌机。

（5）重复上、下搅拌

为使土和水泥浆搅拌均匀，可再次将搅拌机边旋转边沉入土中，至设计深度后再提升出地面。

桩体要互相搭接150mm，以形成整体。

（6）清洗、移位

向集料斗中注入适量清水，开启灰浆泵，清洗全部管路中残存的水泥浆，并将粘附在搅拌头的软土清洗干净。

移位后进行下一根桩的施工。

桩机移位，特别在转向时要注意桩机的稳定。

四、质量控制措施

1）水泥土深层搅拌桩挡土结构的施工场地应事先平整，测量，放线，定位，搅拌水泥土桩的施工放线必需经过业主，监理，施工三方严格验收后确认无错，开工时如地下有障碍物时，延施工线应先挖导向沟宽度为1.5米、深度为2.0米并清除地上地下障碍物，场地低洼时应回填粘性土，地表过软时，应采取防止施工机械失稳的措施。

2）施工测放的轴线经复核后应妥善保护，垂直水泥土桩位误差不应大于500毫米。

3）施工前应做好施工机具的安装和调试工作。

4）深层搅拌水泥土墙施工前，应进行成桩工艺及水泥渗入量或水泥浆的配合比试验，以确定相应的水泥掺入比或水泥浆水灰比，喷浆深层搅拌的水泥掺入量宜为被加固土重度的15%—18%。

5）当设置插筋时桩身插筋应在桩顶搅拌完成后及时进行，插筋材料、插入长度和露出长度等均按构造要求确定。

6）水泥土墙应在设计开挖龄期采用钻芯法检测墙身完整性，钻芯数量不宜少于总桩数的2%，且不少于5根；并应根据设计要求及时调整施工工艺。

7）搅拌桩施工时，邻近不得进行抽水作业。

对砂土、粉土、粘性土，在水泥土墙施工完成3天后，方可进行抽水作业，对淤泥或淤泥质土，在水泥土墙施工完成4天后，方可进行抽水作业。

（在动水情况下施工，水泥土搅拌桩应考虑使用速凝浆材。

）

五、安全环保措施

1．施工机械、电气设备、仪表仪器等在确认完好后方准使用。

并由专人负责使用。

2．深层搅拌机的入土切削和提升搅拌，当负荷太大及电机工作电流超过预定值时，应减慢升降速度或补给清水，一旦发生卡钻或停钻现象，应切断电源，将搅拌机强制提起之后，才能启动电机。

3．施工场地内一切电源、电路的安装和拆除，应由持证电工负责，电器必须严格接地接零和设置漏电保护器，现场电线、电缆必须按规定架空，严禁拖地和乱拉、乱搭。

4．所有机器操作人员必须持证上岗。

5．施工场地必须做到无积水，深层搅拌机行进时必须顺畅。

6．水泥堆放必须有防雨、防潮措施，砂子要有专用堆场，不得污染。

六、施工进度计划；

计划11月22日开始，按现场总进度计划要求，应在12月31日完成支护工作。

据此推算，每日应完成支护长度13米以上，需要深层搅拌机械4套。

七、施工监测结果

1、周边环境：

东、西两侧建筑及道路稳定，无开裂现象发生，建筑物的最大沉降值10 mm，最大倾斜值0.07 ％，属正常允许范围。

2、支护桩顶变形：

观测点埋设后进行第一次观测。

从挖土开始，在施工的不同阶段，每日或隔日进行观测，直至承台混凝土施工完毕，共观测10次。