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放坡与搅拌桩相结合在基坑支护中的应用

1 工程特征及基坑概况
1.1 工程特征: 本工程为地上18层、地下1层的高层商住建筑，高53米，框剪结构，建筑物布置呈菱形，占地面积约3200 M2，建筑面积29345M2。
1.2 基坑概况：基坑底面积为3722 M2，开挖深度为4.3m；基坑支护结构安全等级划定为二级。
2 工程、水文地质条件
2.1 工程地质按地层由上而下简述：
（1）人工填土层。为由花岗岩风化土、粗砂和有机质土回填而成的杂填土，内含腐木、草根和碎砖、砼块等建筑垃圾；土层厚度为4.10～7.40米,平均为5.50米，湿，稍压实。
（2）淤泥层。呈深灰～灰黑色，含蚝、贝壳碎片和石英粉细砂，ZK(4、6、7、9、10)五孔中缺失。饱和、流塑～软塑状，厚度0.6～7.4米，平均1.62米，该层地质性质差，属软弱土层。
（3）砾砂层。上部富含贝、蚝壳碎片和淤泥，下部含少量粘土，砾砂含量平均29.3%，成份以石英为主。饱和、松散-稍密、厚度0.5～5.15米．平均2.62米，N63.5=6.7～13.0击，均一性差。
（4）粉质粘土层。为坡积土，由石英砂砾和粘土组成，岩心呈土柱状，饱和、可塑，层面埋深7.4～11.6米,平均8.89米，层厚平均4.59米。
2.2 水文地质条件 场地内含水层主要为以下两层。
（1第一层——杂填土(建筑垃圾为主)及回填砂土，渗透地表水。
（2）第二层——砾砂层，富存孔隙潜水，透水性较强，其渗透系数平均为4.45*10-2CM／S，地下水较为丰富。
（3）水位埋深为0.00～0.50m，以淤泥为相对隔水层，但不连续。地下水主要接受大气降水的入渗补给和场地以外含水层的侧向补给。
3 支护目的与要求
（1）根据本工程特征，地下室底板深埋在具有透水性的杂填土内，其下部砾砂层最薄处仅0.4米(部分承台进入此层)，故地下室及承台施工必须采取止水措施。
（2）止水的要求必须达到在底板外围泌水土层以上形成一可靠的阻水仓、并防止坑底杂填土被砾砂层承压水冲动而产生的底涌现象，同时阻止坑外填土层滞水涌入、达到确保地下室干作业施工的目的。
（3）支护目的在于阻止回填土的无量坍方影响正常施工，同时需考虑造价因素。
4 方案选择与比较
针对本工程的具体特征，地质条件和止水支护要求，结合目前在基坑支护施工中的多种方法，经过对工程造价及施工工期等因素进行综合分析比较后，我们认为复合型阻水放坡支护方案较为合理，即利用搅拌桩作为止水帷幕，基坑开挖时以l:l～1:2自然放坡作支护，其优越性如下：
4.1 阻水效果较好
深层水泥搅拌桩是加固饱和软土的一种可靠办法，它是利用水泥和软土颗粒之间产生的一系列物理化学反应、使软土颗粒硬凝结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥土桩，桩与桩搭接后形成一定厚度的水泥土防渗阻水墙。
4.2 基坑边坡安全稳定
深层搅拌水泥桩与放坡挡土相结合是基坑支护的较简便措施。在切断坑外补给的水源后，坑内土体性能将得到改变，在含水量逐渐减少的情况下，其它力学指标即会相应提高。在此基础上进行适当放坡和坡面处理，即可充分利用原土的重度和内聚力以及土的自然坡角作用，以抗衡主动土压力区传递给桩墙的滑动力，加之搅拌桩所具的抗滑作用以及水泥土本身的抗剪强度的提高等因素，使边坡及桩墙处于稳定状态。
4.3 工程造价低廉
根据多个施工实例测算，在同等条件下用水泥搅拌桩作止水帷幕及挡墙，其造价只相当于钢筋混凝土地下连续墙的1／4，钻挖孔桩的1／3，钢板及旋喷桩的1／2。由此可见，在可能条件下，搅拌桩在利用了原土体作用后即可大量降低工程造价。
由于本工程考虑充分利用放坡条件，将通常使用的2排以上组成的搅拌桩挡墙改为1排，其造价又
可在原格栅式布置的基础上再节约1／2以上。
4.4 施工工期较短
深层水泥搅拌桩工期与其它桩类比较有施工工期短的特点。目前的施工进度水平是每台桩机每天成桩30根以上(平均深度L为10.0米)，施工工期较其它方案大为减少。
鉴于上述，搅拌桩复合放坡支护方案在技术、经济、工期方面为较理想方案。
5 方案设计
5.1 搅拌桩止水帷幕设计
（1）考虑支护目的与造价因素，采用单桩连环组合方式，形成水泥土桩止水幕墙。设计搅拌桩径600毫米，搭接150毫米，桩长以深入粉质粘土内1米为适度，设计桩长按地质资料考虑平均为11米左右。
（2）桩身水泥土强度15天龄期取1000Kpa，为确保桩身的抗渗效果和桩身强度，搅拌桩水泥采用525#，掺入量为20%，Ф600桩径的每米投入量约为75Kg，采用二喷四搅法喷粉工艺施工。
（3）施工时若遇地下孤石影响钻进时须避开重打，并保持搭接连续。
5.2 基坑放坡设计及边坡稳定分析计算
（1）本方案考虑在场地开阔有放坡余地的基坑边上，为达到既节约工程费用、又保证基坑施工安全的设计目的，以l:l～1:2自然放坡，坡度角β≥45度，基本上与杂填土的自然休止角(即天然坡角)相吻合。具体放坡支护设计见图1。
（2）按泰勒稳定数法分析验算边坡的稳定性，以最陡放坡l:l为例，见图2。
经计算，试求得最危险滑动面半径为6.85米，滑动力矩M1=∑WiSinβi=108.90KN/M，抗滑动力矩M2=tgΦ∑WiCosβi + c∑△Ci =155.01KN/M 。
式中Φ、c分别为土的内摩擦角和凝聚力，因地质报告未反映杂填土的凝聚力和内摩擦角的数据，故边坡稳定性验算只能参照经验值分别为21。和 5KPa。
土坡的安全系数K=M2/M1=155.01/108.90 =1.42。工程要求最小安全系数K为1.1～1.5，本基坑边坡稳定系数为1.42，大于最小值，接近最大值；可见，本工程基坑边坡设计为≥1.1坡度是安全的。
（3）依据《简明施工计算手册》，按稳定系数法验算边坡的稳定安全高度。
按l:l边坡计算得临界高度Hc=5m，稳定安全系数K取值1.2，土容重γ=18.5KN，Φs=γ×Hc/C =18.5×5/5=18.5,则边坡的稳定安全高度H=Φs×c/（γK）=18.5×5/(18.5×1.2)=4.17m。此稳定安全高度比基坑开挖深度浅 0.13m。
综合上述分析计算，本工程基坑放坡开挖取≥1.1坡度是安全可靠的。加之搅拌桩所具的抗滑作用以及水泥土本身的抗剪强度的提高等因素，均有利于基坑边坡的稳定。
5.3 基坑开挖及承台开挖保护措施
（1）放坡位置受限处及开挖时机械横跨搅拌桩处必须作特殊处理，避免压坏挡墙。(可选用双排布置及墙顶加厚覆土办法)。
（2）承台开挖时为避免基底淤泥经扰动产生的触变对坡脚造成局部失稳因素，故在靠斜坡轴线开挖前先行进行承台坑边局部二级支护，以不致影响主体边坡的稳定性。
5.4 地表及地下水控制设计
（1）坑外地表水排放。为确保地下室的干作业施工，根据施工现场状况，开工前必须在基坑外围，(搅拌桩止水墙以外0.4米处)，挖掘排水沟一道，以便将坑外水源切断井引至下水道或集水井排放。
（2）坑内积水及滞水排放。在坑内土方挖运过程中，土层本身有一定含水量，故必须考虑采取挖掘集水井的降水方式提前降水。施工过程中出现的雨水和放坡土中渗水可一并集中，用水泵向外排放。
（3）基坑内土方挖运完毕后，在距坡脚0.3米处挖集水沟一道，井设一定坡度，将水导流至坑底角落的集水井内，用水泵排放。坑内集水井须挖至进入砂砾层1.0米，以降低滞水层的承压力，达到基底土体密实之目的。
5.5 放坡斜面处理
基坑内放坡斜面，不宜在阳光中曝晒，亦不可在雨水中淋刷，否则一干一湿，产生爆裂冲刷破坏斜面土坡的稳定性。
为解决上述问题，本方案设计在放坡斜面上用1:3水泥砂浆抹面30厚，隐蔽土方，避免雨水冲刷和阳光曝晒，保持斜坡自然土的稳定性能。同时阻止坑外填土层滞水涌入、达到确保地下室干作业施工的目的
6 支护施工
6.1 施工要求
（1）施工用水泥标号必须稳定，水泥掺量必须准确，严禁使用受潮、过期水泥；
（2）严格按照《建筑基坑支护技术规程》施工，搅拌必须均匀，暂停送浆搭接处，增加一喷二搅程序；间歇时间＞24小时处增加搭接桩一条。
（3）搅拌桩垂直误差要求≤0.5%，出现卡钻、堵管桩时必须重打。
（4）基坑土方开挖必须保证水泥土桩龄期＞15天，并采取分层挖运方法施工，分层厚度小于1米。边挖边按标准夯实整理坡面，待挖至标准深度时立即施工坡面水泥砂浆面层。
（5）施工时应避免桩身受压，墙外10.0米内及龄期28日内不得堆放土方和笨重物料。
6.2 施工对策
考虑到基坑底杂填土至淤泥面层的厚度不均，担心承台开挖会触及淤泥层，引起淤泥涌动，造成局部失稳现象，故在事先作出施工对策。
（1）坑内降水减压
降低地下水位是基坑施工的常见措施。在基坑内降水，可以把降水对周围影响缩小到最低程度，它可以有效地防止基底沙、泥的涌动。降水井以坑内集水井为主，其中深以进入砂砾层1米为宜，及时抽吸排放。
（2）加强土方开挖控制
基坑开挖一定要坚持分层挖土原则，每层开挖深度控制在1m以内，并及时用夯实法处理边坡表面，切忌在边坡上堆放施工物料，做好场外排水工作。
（3）机械碾压坑底
由于基坑底部正处杂填土底层，土质松散，对防止基底渗透，坑边隆起无阻止作用，为此可采取基坑坑底压密实的方法，增加坑底土体强度，提高基坑整体稳定性。
6.3 应急措施
为防止施工险象意外发生，特制定以下应急措施：
（1）加强基坑施工的现场观测，以便提前发现边坡滑移迹象。
（2）如发现边坡位移、变形，立即在对应处边坡底打松木桩+砂袋反压，阻止变形和移位发展。

6.4 施工效果
在搅拌桩止水墙施工后，基坑周边(泌水层以上)已基本形成一个造价低廉、密封性较好的阻水仓体，加上放坡挡土，保持了坑边土体的稳定，保证了地下室施工的顺利进行。
在地下室施工过程中，除由于地面施工排水不当导致基坑很小部分边坡滑动外（发现后采用应急措施——堆砂袋反压阻止了变形发展，保持了边坡稳定），整个基坑在地下室施工全工程中保持稳定。
7 结论
7.1 根据场地条件，采用放坡与搅拌桩多种形式相结合的基坑支护方法，可以取得既经济又安全可靠的支护效果。
7.2 通过土体稳定验算及工程开挖实践证实，对未压实和未固结的杂填土、淤泥质土等组成的特殊地基，只要处理得当，放坡开挖也是能够实现的。
7.3 深层搅拌桩止水帷幕墙是一种造价低廉、密封性能较好的阻水措施。
7.4本工程针对未压实和未固结的素填土及淤泥质土的地质条件，以及基坑周围的场地条件，按具体需要设计采用放坡与搅拌桩多种形式相结合方法进行基坑支护。基于这种地质条件的基坑放坡支护方案是xx省标准《建筑基坑支护工程技术规程》DBJ/T15-20-97及国家行业标准《建筑基坑支护技程》JGJ120-99中没有的。该基坑支护方案在工程实际中的成功应用，为以后xx省标准和国家行业标准的修订提供了具有重要技术价值和经济价值的参考资料。