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岩土研究院

重力式水泥土墙破坏形式、优点、应用制约条件

463 2021-03-16 17:59:39


重力式水泥土墙(gravity cement-soil wall)是指由水泥土桩相互搭接成格栅或实体的重力式支护结构。它既可单独作为一种支护方式使用,在受到某些条件限制时,也可与混凝土灌注桩、预制桩、钢板桩等相结合,形成组合式支护结构,同时还可作为其他支护方式的止水帷幕。


水泥土墙主要的组成构件是水泥土桩。水泥土桩有两种,分别是采用水泥土搅拌法(cement deep mixing)形成的搅拌桩和高压喷射注浆法(jet grouting)形成的旋喷桩。鉴于造价问题,在基坑支护结构中,较多的使用搅拌桩,只有在搅拌桩难以施工的地层使用旋喷桩。


重力式水泥土墙是依靠墙体自重、墙底摩阻力和墙前被动土压力来稳定墙体,以满足墙体的整体稳定、隆起稳定、倾覆稳定、滑移稳定以及渗流稳定并控制墙体的变形。其破坏形式包括以下几类∶(1)墙体滑移;(2)墙体倾覆;(3)沿墙体以外土中某一滑动面的土体整体滑动;(4)墙下地基承载力不足而使墙体下沉并伴随基坑隆起;(5)地下水渗流造成的土体渗透破坏;(6)墙身材料的应力超过抗拉、抗压或抗剪强度而使墙体断裂。上述破坏形式参见图 6.1。


与其他支护方式相比,重力式水泥土墙具有以下优点

(1)施工操作简便、成桩工期较短,造价较低,且施工时无振动、无噪声、无泥浆废水污染;

(2)基坑开挖时一般不需要支撑拉锚;

(3)因墙体隔水防渗性能良好,坑外不需要设井点降水,基坑内外可以有水位差,且坑内干燥整洁,空间宽敞,方便后期结构施工。

正因如此,作为基坑支护的一种方式,从20世纪90年代初期开始,水泥土墙在我国│软土地区的应用越来越广泛,技术也越来越进步,随着搅拌和旋喷能力与工艺的提高,已经形成多种施工方法,支护深度也在加深。


然而,重力式水泥土墙的应用也受到以下条件的制约

(1)重力式水泥土墙的侧向位移控制能力主要取决于桩身搅拌的均匀性和水泥土强度,与其他支挡式结构相比,位移控制能力较差,在基坑周边1~2 倍开挖深度范围内存在对沉降和变形敏感的建(构)筑物时,应慎重选用。

(2)目前常用支挡高度一般为4~7m;一般情况下,当采用湿法(喷浆)施工时,开挖深度不应超过 7m; 当采用干法(粉喷)施工时,开挖深度不应超过 5m。

(3)水泥土搅拌桩和旋喷桩均适用于加固淤泥质土、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。对有机质含量高、pH值低(<7)、初始抗剪强度甚低(20~30kPa)的土,或土中含伊利石、氯化物、水铝石英等矿物及地下水具有侵蚀性时,加固效果差;另外当土体为硬塑或坚硬状态或土体中有直径大于 100mm 的石块时,将会存在贯穿困难;

(4)为保证墙体的稳定性,墙体需要一定的厚度和嵌固深度,导致墙体占地面积大,水泥用量也较大。根据上海地区经验,水泥搅拌桩按格栅形布置,墙宽约为0.6~0.8倍开挖深度,墙体嵌固深度约为0.8~1.3 倍开挖深度;一般软土中10m深的墙体(包括插入坑底部分),每 100 延米墙体约需水泥 500~600t;

(5)重力式水泥土墙的体量较大,搅拌桩在施工过程中由于注浆压力的挤压,周边土体可能产生隆起和侧移,对周边环境将造成一定的影响;

(6)作为刚性支护墙体,其抗拉、抗弯和抗剪承载力存在着不足;

(7)成桩后水泥土的强度随龄期增长,需要 28d以上的养护期,一般不能立即开挖土方。