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岩土研究院

水泥土重力式围护墙的破坏模式及其适用条件

818 2021-03-12 16:29:30


一、水泥土重力式围护墙的概念

水泥土重力式围护墙是以水泥系材料为固化剂,通过搅拌机械采用喷浆施工将固化剂和地基土强行搅拌,形成相互搭接的壁状、格栅状等形式的重力式围护结构,它是依靠其本身的自重和刚度来对基坑侧壁土体进行支护的,是重力式围护结构的主要形式。


它既可单独作为一种支护方式使用,也可与混凝土灌注桩、预制桩、钢板桩等结合,形成组合式支护结构,同时还可作为其他支护方式的截水帷幕。近些年来,以水泥土为主体的复合重力式围护墙得到了一定的发展,主要有水泥土结合钢筋混凝土预制板桩、钻孔灌注桩、型钢、斜向或竖向土锚等结构形式。



例如,图6-1就是一种拱形水泥土墙与钻孔灌注桩组合而成的复合重力式围护结构。此外,搅拌桩还有加筋和非加筋之分。目前,在我国除型钢水泥土搅拌桩墙(SMW 工法)为加筋工法外,其余各种工法均为非加筋工法。


当基坑周围场地开阔,且周围环境对墙体的位移限制不严格时,采用水泥土挡墙具有施工简单,造价较低、挖土方便等优点,是开挖深度不大于7m的浅基坑的首选围护结构形式。


水泥土重力式围护墙的主要组成构件是水泥土桩。根据施工工艺的不同,可将水泥土桩分为两类∶水泥土搅拌桩和高压喷射注浆桩(旋喷桩)。


水泥土搅拌桩是利用一种特殊的搅拌头或钻头,在地基中钻进至一定深度后,喷出固化剂,使其沿着钻孔深度与地基土强行拌和而形成的加固土桩体,固化剂常采用水泥或石灰。


高压喷射注浆桩则是将固化剂形成高压喷射流,借助高压喷射流的切削和混合作用,使固化剂和土体混合,达到加固土体的目的。高压喷射注浆有单管法、二管法和三管法等,固化剂常采用水泥浆体。


限于工程造价问题,在基坑支护结构中较多采用水泥土搅拌桩,只有在搅拌桩难以施工的地层才使用旋喷柱。


二、水泥土重力式围护墙的破坏模式

水泥土重力式围护墙是一种无支撑自立式挡土墙,依靠墙体自重、墙底摩阻力和墙前基坑开挖面以下土体的被动土压力稳定墙体,以满足围护墙的整体稳定、抗倾覆稳定、抗滑移稳定和控制墙体变形等要求。


水泥土重力式围护墙可近似看做软土地基中的刚性墙体,其变形主要表现为墙体水平平移、墙顶前倾、墙底前滑以及几种变形的叠加。与此相对应,水泥土墙的破坏模式主要有以下几种∶

(1)由于墙体入土深度不够,或由于墙底土体软弱,抗剪强度不足等,导致墙体及附近土体整体滑移破坏,基底土体隆起,如图 6-2(a)所示。

(2)由于墙体后侧挤土施工、基坑边堆载、重型施工机械作用等引起墙后土压力增加,或者由于墙体抗倾覆稳定性不够,导致墙体倾覆,如图6-2(b)所示。

(3)由于墙前被动区土体强度较低,设计抗滑稳定性不够,导致墙体变形过大或整体刚性移动,如图 6-2(c)所示。

(4)当设计墙体抗压强度、抗剪强度或抗拉强度不够,或者由于施工质量达不到设计要求时,导致墙体压、剪或拉等破坏,如图6-2(d)、(e)、(f)所示。


三、水泥土重力式围护墙的适用条件

由于水泥土重力式围护墙是一种重力式挡土结构,且受施工工艺的限制,在实际基坑工程中应用时常需要考虑以下因素。

(一)基坑开挖深度

采用水泥土重力式围护墙的基坑开挖深度起先一般不超出5m,自九十年代起,陆续出现开挖深度超出6m基坑。93年底施工的某商厦的基坑开挖深度达9.5m(部分达12.1m),平面面积达12900m²。基坑开挖愈深,面积愈大,墙体侧向位移愈难以控制,水泥土重力式围护墙开  挖深度超出7m的基坑工程,墙体最大位移可能达到20cm以上,使工程的风险相应增加。鉴于目前施工机械、工艺和控制质量的水平,开挖深度不宜超出7m。由于水泥土重力式围护墙侧向位移控制能力在很大程度上取决于桩身的搅拌均匀性和强度  指标,相比其他基坑围护墙体来说,位移控制能力较弱。因此,在基坑周边环境保护要求较高的情况下,若采用水泥土重力式围护墙,基坑深度应控制在5m范围以内,降低工程的风险。


(二)土质条件

水泥土重力式围护墙适用于淤泥质土、含水量较高而地基承载力小于 120kPa的黏土、粉土、砂土等软土地基。但土的原始抗剪强度小于20~30 kPa时,应用效果较差。

当土中含有高岭石、多水高岭石、蒙脱石等矿物时,应用效果较好;当土中含有伊利石、氯化物和水铝英石等矿物时,加固效果较差。

水泥土重力式围护墙用于泥炭土或土中有机质含量较高、pH值较低(pH<7)以及地下水具有侵蚀性时,宜通过现场试验确定其适用性。

此外,当地表杂填土层较厚或土层中含有直径大于100mm的石块时,应慎重采用水泥土重力式围护墙。


(三)环境条件

水泥土重力式围护墙在整个施工过程中对环境可能产生两个方面的影响:

1、水泥土重力式围护墙的体量一般较大,搅拌桩施工过程中由于注浆压力的挤压作用,周  边土体会产生一定的隆起或侧移;

2、基坑开挖阶段围护墙体的侧向位移较大,会使坑外一定范围的土体产生沉降和变位。因此,在基坑周边距离1~2倍开挖深度范围内存在对沉降和变形较敏感的建(构)筑物时应慎重选用水泥土重力式围护墙。