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岩土研究院

重力式水泥土墙的设计计算内容和步骤

512 2021-03-17 08:59:51


重力式水泥土墙的设计参数主要有墙体嵌固深度和墙身宽度,同时还有水泥土开挖龄期时的轴心抗压强度/,这三个参数应满足稳定性要求和截面承载力验算要求。由于/。在工程实践中离散性很大,其标准差可达 30%~70%,为此,目前的设计一般仅要求轴心抗压强度不低于0.8MPa,留有充裕的安全储备,使墙体抗压强度不成为设计的控制条件,而以稳定性进行设计控制。因此,重力式水泥土墙的设计主要按照稳定性要求确定墙体嵌固深度和墙身宽度,在进行截面承载力验算时,一般也是通过调整墙体的截面尺寸(主要是墙宽)来满足验算要求。


重力式水泥土墙的设计计算内容和步骤如下∶


(1)按照开挖深度要求和场地的工程与水文地质条件,结合经验和构造要求初步确定墙宽和嵌固深度;

(2)进行稳定性验算和截面承载力验算,确定初选的墙宽和墙深满足要求;(3)进行平面和竖向布置;

(4)提出相应的施工技术要求;

(5)绘制施工图。

  • 墙体嵌固深度和墙身宽度

重力式水泥土墙的墙体嵌固深度和墙身宽度应按照稳定性验算要求确定。在初步选择时,重力式水泥土墙的嵌固深度,对淤泥质土,不宜小于1.2h,对淤泥,不宜小于1.3h;重力式水泥土墙的宽度(B),对淤泥质土,不宜小于0.7h,对淤泥,不宜小于0.8h;此处,h为基坑深度。


重力式水泥土墙的稳定性验算包括抗滑移、抗倾覆、整体滑动、抗隆起及抗渗透稳定验算。

5.抗渗流稳定性验算

当地下水位高于基底时,应按第 5.3.4的方法进行地下水渗透稳定性验算。


重力式水泥土墙的土体整体滑动稳定性、基坑隆起稳定性与嵌固深度密切相关,而基本与墙宽无关。墙的倾覆稳定性、墙的滑移稳定性不仅与嵌固深度有关,而且与墙宽有关。有关资料的分析研究结果表明,一般情况下,当墙的嵌固深度满足整体稳定条件时,抗隆起条件也会满足。因此,常常是整体稳定性条件决定嵌固深度下限。采用按整体稳定条件确定的嵌固深度,再按墙的抗倾覆条件计算墙宽,此墙宽一般自然能够同时满足抗滑移条件。


  • 截面承载力验算

水泥土墙的上述各种稳定性验算是基于重力式结构的假定,作为整体重力式结构,在计算确定嵌固深度和墙的厚度后,墙体的正截面承载力应满足抗拉、抗压和抗剪要求。


1、墙体的正截面拉应力应满足以下要求∶

  • 平面和竖向布置

1、平面布置

重力式水泥土墙的平面布置宜采用水泥土搅拌桩相互搭接形成的格栅状结构形式,也可采用水泥土搅拌桩相互搭接成实体的结构形式,见图 6.10。


水泥土墙常布置成格栅形,以降低成本、工期。格栅形布置的水泥土墙应保证墙体的整体性,设计时一般按土的置换率控制,即水泥土面积与水泥土墙的总面积的比值。水泥土格栅的面积置换率,对淤泥质土,不宜小于0.7;对淤泥,不宜小于0.8;对一般黏性土、砂土,不宜小于 0.6。格栅内侧的长宽比不宜大于2。


格栅形水泥土墙,应限值格栅内土体所占面积。格栅内土体对四周格栅的压力可按谷仓压力计算,通过公式(6-8)使其压力控制在水泥土墙承受范围内。

每个格栅的土体面积应符合下式要求∶

3、水泥掺入比

水泥掺入比系指水泥掺入重量与被加固土的天然重量的比值。对于双轴搅拌桩,一般要求达到12%~15%,三轴搅拌桩,一般要求达到18%~22%,高压喷射注浆不小于 25%。


4、外掺剂

为改善水泥土的性能,提高早期强度,一般可加入外掺剂。常用外掺剂主要有∶三乙醇胺、氯化钙、碳酸钠、水玻璃和木质素磺酸钙,选择合适的外掺剂和掺量可提高水泥土强度和节约水泥用量。


一般早强剂可选用三乙醇胺、氯化钙、碳酸钠或水玻璃等材料,其掺入量宜分别取水泥重量的0.05%、2%、0.5%和2%;减水剂可选用木质素磺酸钙,其掺入量宜取水泥重的0.2%;石膏兼有缓凝和早强的双重作用,其掺入量宜取水泥重量的 2%。当掺入!水泥等量的粉煤灰后,水泥土强度比不掺粉煤灰的提高 10%,故在加固软土时通常掺入与水泥重量等量的粉煤灰。


5、无侧限抗压强度

水泥土标准养护龄期为 90 天,基坑工程一般不可能等到90 天养护期后再开挖,故设│计时以龄期 28天的无侧限抗压强度为标准,水泥土墙体 28d无侧限抗压强度不宜小于 0.8MPa。一些试验资料表明,一般情况下,水泥土强度随龄期的增长规律为,7d 的强度可达标准强度的30%~50%,30d 的强度可达标准强度的 60%~75%,90d 的强度为 180d强度的 80%左右,180d 以后水泥土强度仍在增长。水泥强度等级也影响水泥土强度,一般水泥强度提高 10 后,水泥土的标准强度可提高 20%~30%。


水泥土墙的正截面承载力往往因为其拉应力不满足要求而需要增加墙体厚度,在场地受到限制无法增加厚度或增加厚度不经济时,可在水泥土桩内插入杆筋。杆筋可采用钢筋、钢管或毛竹,插入深度宜大于基坑深度,杆筋应锚入面板内。


6、控制和减少墙体变形的构造措施

(1)设置墙顶面板

为加强整体性,减少变形,水泥土墙顶需设置钢筋混凝土面板,面板不但可便利施工,同时可防止雨水从墙顶渗入水泥土格栅。墙顶混凝土连接面板厚度不宜小于150mm,混凝土强度等级不宜低于C15,钢筋宜采用 HPB300,直径不宜小于6mm,间距不宜大于 500mm。

(2)沿基坑周边每隔 20~30m增加一至两排搅拌桩作为重力墩,特别是在基坑每边的中间部位和突出的阳角部位设置;另可在坑内开挖面以下的相同部位设置固墩。


7、当水泥土墙兼作截水帷幕时,应符合本书第 8 章对截水的要求。


8、施工缺少可靠经验时,应通过室内配比试验确定水泥品种及掺量、外加剂品种及掺量、水泥土设计强度等参数。


重力式水泥土墙由单根桩搭接组成格栅形式或实体式墙体,控制施工质量的关键是水泥土的强度、桩体的相互搭接、水泥土桩的完整性和深度。应采用开挖的方法,检测水泥土固结体的直径、搭接宽度、位置偏差;采用钻芯法检测水泥土的单轴抗压强度及完整性、水泥土墙的深度。进行单轴抗压强度试验的芯样直径不应小于80mm,检测桩数不应少于总桩数的1%,且不应少于 6根。