基坑工程止水及支护设计样本.doc

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某基坑工程止水及支护设计
孙会哲1 李宏义2 曹红印3 刘洪平4
【摘 要】: 北京某基坑工程地下水埋藏浅, 赋存条件复杂, 基坑紧邻建筑物, 增加了基坑降水及基坑支护难度。根据场地地质条件, 在充分论证的基础上, 本工程采用了深层搅拌水泥土桩止水帷幕作为止水方案, 为降低造价, 以止水帷幕配合短土钉作为一般地段的支护方案, 重要部位以悬臂式钢筋混凝土灌注桩支护, 取得了很好效果。本文介绍了深层搅拌水泥土桩止水帷幕与钢筋混凝土灌注桩在该基坑止水及支护中的成功应用。
关键词: 基坑止水、 支护, 深层搅拌水泥土桩止水帷幕, 钢筋混凝土灌注桩, 土钉

1．工程概述
拟建工程位于北京市朝阳区, 拟建地下车库地下1层, 建筑物长84m, 宽36m, 上部覆土1.5m, 基础底面为地下6.00m, 现浇钢筋混凝土框架结构, 墙下筏板基础, 基坑开挖深度约6.0m。因基坑开挖深度较大, 且紧邻建筑物, 地下水位埋藏较浅, 需采取支护及降排水措施, 以保证基坑开挖及周围建筑物稳定。
2．场地岩土工程条件
2.1工程地质条件
拟建场地地貌单元属永定河冲洪积扇的东北边缘, 地形平坦, 地基土主要由新近沉积粉质粘土以及第四系沉积粉质粘土、 粘质粉土、 砂质粉土、 粉细砂构成:
新近沉积粉质粘土①: 黄褐色, 湿, 可塑, 土质不均, 含铁、 锰氧化物, 偶见砖屑。本层上部为素填土薄层。层厚1.50~2.00m。
粘质粉土②: 褐黄色, 饱和, 土质不均, 含铁、 锰氧化物及云母片, 属中高～低压缩性土。层厚3.30~3.80m。
粉质粘土～粘土②-1: 褐黄色, 饱和, 软塑～可塑, 土质不均, 含少量姜石及铁、 锰氧化物。呈透镜体分布于粉质粘土②层中。属中～中高压缩性土。
粘质粉土③: 灰色, 饱和, 土质不均, 含铁、 锰氧化物及云母片, 属中低～低压缩性土。层厚1.80~5.90m。
粉质粘土③-1: 灰色, 饱和, 软塑～可塑, 土质不均, 含少量姜石及铁、 锰氧化物及钙质条纹。呈透镜体分布于粉质粘土③层中。
砂质粉土③-2: 灰色, 饱和, 土质不均, 含细砂团及云母片。呈透镜体分布于粉质粘土层中。
粉细砂④: 灰色～褐黄色, 饱和, 密实, 主要矿物成分以石英、 长石。层厚1.50~5.20m。夹砂质粉土④1透镜体。
中粗砂⑤: 灰黄色, 饱和, 密实。主要矿物成分为长石、 石英, 含少量砾、 卵石。层
厚0.50~5.00m, 层底标高21.72~22.53m。
1、 2、 3、 4: 中国兵器工业北方勘察设计研究院

粉质粘土⑥: 灰黄褐色, 饱和, 可塑～硬塑, 土质不均, 含铁、 锰氧化物斑点, 夹粘质粉土薄层, 属中低～低压缩性土层厚2.50~6.80m, 层底标高15.37~20.03m。
土层名称
C( kPa)
Φ(度)
k(m/d)
粘质粉土②
20
25
0.1
粉质粘土～粘土②-1
20
10
0.05
粘质粉土③
15
20
0.1
粉质粘土③-1
20
15
0.1
砂质粉土③-2
10
20
0.5
粉细砂④
0
30
2.0
砂质粉土④-1
5
20
0.5
中粗砂⑤
0
35
5.0
粉质粘土⑥
20
20
0.1
地基土层抗剪及渗透指标 表1
2.2水文地质条件
根据岩土工程勘察报告, 拟建场地地层为永定河冲洪积层, 勘察期间在勘察深度45m范围内发现三层地下水, 第一层为潜水, 主要分布在粉细砂④、 中粗砂⑤中, 地下水具微承压性质, 含水层埋深7.4～10.7m, 厚度2.2～6.6m, 静止水位埋深8.9~9.8m。因勘察期间受附近建筑工地降水影响, 水位埋深较大; 第二层为潜水, 主要含水层为粉质粘土⑦, 静止水位埋深17.70m; 第三层为微承压水, 主要含水层为粉细砂⑨、 中粗砂⑩, 静止水位埋深26.10m。根据资料, 场地历年最高地下水位接近自然地表。
为调查场地地下水变化情况, 在基坑开挖前对地下水进行了长期观测, 基坑影响范围内观测到两层地下水, 第一层为上层滞水, 稳定水位埋深3.5m, 第二层为贮存于粉细砂④、 中砂⑤的微承压水, 稳定水位埋深为4.5m。
根据施工要求, 本次降水要求降至基坑开挖面以下0.5m处, 水位埋深-6.5m。基坑降水要求及水文地质条件见图1。
2.3周边建筑环境
场地周边施工场地狭小, 基坑南侧距离新建3#住宅楼电梯井约1m, 新建3#住宅楼高12层, 一层地下室, 筏板基础, 基础埋深3m, 基坑不具备放坡条件, 需进行必要支护措施保证3#楼稳定, 同时避免降水作业可能造成3#楼的地基沉降。
基坑平面位置及建筑环境详见图2。
3．设计方案
3.1设计目的
满足基坑开挖所需的降水、 止水要求;
保证开挖及施工期间基坑侧壁和周围建筑的稳定;
3.2 方案论证

( 1) 受周边场地条件限制, 场地狭小无降水井施工场地, 同时降水有可能对周边建筑物造成危害, 本工程不能采用降水方案, 为消除地下水给施工带来的影响及对周围建筑物造成危害, 设计采用止水帷幕方案。同时, 基坑开挖深度较大, 南部建筑物距离太近, 为
保证施工期间基坑侧壁的稳定性及周边建筑物的安全, 需采取必要的基坑支护措施。初步

考虑采用深层搅拌水泥土桩墙既可作为止水帷幕起到控制地下水作用, 并作为重力式支护结构保证基坑的稳定性。
( 2) 考虑以搅拌水泥土桩墙作为重力式支护结构来保证基坑稳定, 西、 北、 东三侧是能够的, 但作为重力式支护结构要保证紧邻3#楼的南侧基坑稳定, 经计算, 挡墙宽度需达到2.4m, 受场地限制, 南侧允许施工场地只有1m, 只能施工一排搅拌桩, 经计算不能满足要求, 因此选用钢筋混凝土灌注桩与深层搅拌相结合的方案作为南侧基坑支护方案。
( 3) 根据止水帷幕的设计要求, 止水帷幕宜插入含水层底板以下2~3m, 止水帷幕渗透系数小于1.0×10-5m/d。根据地层条件, 最大加固深度应为地表以下17m。按照此设计参数施工, 施工难度较大, 现有施工设备难以完成, 且成本较高, 最终选用悬挂式止水帷幕, 坑内结合集水井明排设计方案。
( 4) 为降低造价, 考虑地下水在地表下3.50m, 设计深层搅拌止水帷幕桩桩顶位于地面下3.5m, 以上地层采用短土钉及喷射混凝土面层支护。
3.3 设计方案
( 1) 综合考虑支护及止水结构, 基坑四周确定深层搅拌桩, 桩径600mm, 桩间距450mm, 共布置深层搅拌桩1排, 桩顶距地表3.5m, 桩长９m。
顶部铺设厚度为200mm钢筋混凝土顶部压板, 并与挡墙用插筋连接, 插筋为1φ12, 长度1m。
( 2) 基坑南侧临近3#楼地段因距基坑距离较小, 采用悬臂钢筋混凝土灌注桩作为支护结构。悬臂护坡桩方案如下:
护坡桩桩径600mm, 桩间距1350mm, 桩顶距地表1.5m, 桩长7.7m, 嵌固深度3.3m。桩顶冠梁宽600mm, 高500mm。
混凝土: 桩身及冠梁混凝土采用C25混凝土。
灌注桩配筋: 主筋8Φ18, 加劲箍φ12@ , 螺旋箍筋φ8@200。
冠梁配筋: 主筋6Φ16, 螺旋箍筋φ8@200。
( 3) 东、 北、 西侧基坑为减小搅拌水泥土桩墙所承受土压力, 水泥土桩墙以上部位采用短土钉及喷射混凝土面层对上部土体加以维护。设计方案为:
地表以下3.5m范围内采用土钉墙支护, 边坡按1: 0.1放坡开挖, 根据场地条件, 土
钉支护结构设计参数见下表:
土钉支护设计参数 表2
土钉
道号
竖向间距( m)
水平间距 ( m)
入射角
( °)
长度 ( m)
孔径
( mm)
钢 筋
( Ⅱ级)
1
1.0
1.30
10.0
4.5
100
16
2
2.2
1.30
10.0
4.5
100
16
3
3.4
1.30
10.0
4.5
100
16
浆体材料采用水灰比为0.40～0.45的P.O32.5#水泥净浆。

面层构造: 面层采用挂Φ6@250×250钢筋网, 喷射C20混凝土面层, 厚度80mm, 基坑顶部宽出基坑外缘1000mm, 每道土钉设Φ12水平加强筋, 以增强面层的整体性。间隔布置泄水孔。
( 4) 支护结构嵌固深度确定后, 对基坑底抗隆起稳定性及抗渗流稳定性进行验算。
基坑底抗隆起稳定性按( 1) 式验算:

( 1)
式中: Nc--承载力系数, 取5.14
τ0—由十字板试验确定的土体强度, 本工程根据抗剪强度指标求出, τ0=58kPa;
γ—土的重度( kN/m3)
t—支护结构入土深度(m);
q—地面荷载(kPa);
h—基坑开挖深度(m)
计算结果: γD=2.5
基坑坑底抗渗流稳定性按( 2) 式验算:
( 2)
式中: γm—透水层以上土的饱和重度( kN/m3) ;
t+△t—透水层顶面距基坑底面的深度(m);
Pw--含水层水压力(kPa);
γRW--渗流稳定抗力分项系数
计算结果: γRW=1.4;
基坑底抗隆起稳定性及抗渗流稳定性均满足安全性要求。

止水帷幕及支护设计见图3。

(5) 排水措施: 坑底四周距离侧壁300mm布置明排水沟及集水井, 在搅拌桩之上间隔布置泄水孔。
4．施工概况
( 1) 注浆材料的选择
水泥土重度比原土提高约3%, 含水量降低约10%, 渗透系数约为10-5~10-6m/d, 抗渗等级为0.2~0.4MPa级, 水泥土抗渗性能随水泥掺入比提高而提高, 随龄期增加而提高。为增加帷幕抗渗性能, 水泥掺量宜取高值, 在本工程中, 水泥土中水泥掺量为15%, 水泥采用P.O32.5。
( 2) 工艺流程:
为保证隔水效果, 本次施工采用”二次喷浆、 三次搅拌”工艺。
就位→预搅下沉→制备水泥浆→提升喷浆搅拌→沉钻复搅→重复提升搅拌→移位→清洗。
( 3) 深层搅拌桩施工技术要求
施工机械选用喷浆型双轴深层搅拌机, 搅拌头直径600mm, 深层搅拌机械就位时应对中, 最大偏差不得大于2cm, 机械垂直度偏差不得大于1%桩长, 搅拌头下沉到设计深度时, 再次检查并调整机械的垂直度。当搅拌机的切削和提升搅拌负荷太大, 电动机超过额定电流时, 应降低速度, 适当补给清水, 当发生卡钻、 停转现象时, 应将搅拌头提出地面, 重新启动。
灰浆制备系统应保证水平泵送距离不大于50m, 确保注浆压力, 水泥浆不得有硬结块, 每根桩灰浆将压完时, 应注入适量清水, 以压送管内残留灰浆。灰浆泵及管路应定期拆开清洗。
样槽开挖: 深层搅拌施工过程中, 会出现较大涌土现象, 高于原地面, 为桩顶标高控制及后期混凝土面板施工带来麻烦, 为克服涌土带来的不利后果, 在水泥土墙施工前开挖一定深度的样槽, 样槽深1m, 宽出水泥土墙500mm。
施工前清除施工范围内一切障碍, 清除障碍范围较大或深度较深时, 做好覆土压实, 防止机架倾斜。
水泥采用新鲜、 不受潮、 无结块的水泥, 搅拌时注意控制搅拌时间、 水灰比、 及外加剂掺量, 严格称量下料。
正式施工前进行了工艺试桩, 确定合理的提升速度及注浆速度, 以及钻进深度、 灰浆配合比、 喷浆压力等, 克服注浆不均匀及缺浆冒浆的缺点。
深层搅拌采用搅拌头上下各二次的搅拌工艺, 喷浆时提升( 或下沉) 速度不大于0.5m/min, 水泥浆水灰比不宜大于0.5, 泵送压力大于0.3MPa, 泵送流量恒定。
为保证隔水效果, 相邻桩的搭接不小于150mm, 前桩水泥土尚未固化时进行后续搭接桩施工, 时间间隔不得大于10小时。
钻头及搅拌叶检查: 经常性制度性的检查搅拌叶磨损情况, 当发生过大磨损时, 应及时更换或修补钻头, 钻头直径偏差不超过3%, 并应保持注浆孔畅通。
( 4) 灌注桩施工
因地下水影响, 灌注桩施工不能采取干作业施工, 本次施工采用压灌成桩, 振动沉入钢筋笼。

5．效果评价
( 1) 止水效果
本工程若不采用排水措施, 按照承压水完整井计算基坑出水量:
( 3)

式中 Q——基坑总涌水量(m3/d)
M——承压含水层厚度(m)
k ——渗透系数(m/d)
R ——影响半径(m)
r0 ——概化基坑圆半径(m)
根据计算结果并结合2#高层住宅降水经验, 基坑每日出水量400m3左右, 止水帷幕施工完成后, 基坑每日出水量约3m3, 达到预期止水效果, 基坑周边稍有渗水, 基坑干燥, 保证了基础施工的顺利进行。根据水位观测结果, 周边地下水位基本保持稳定。
( 2) 基坑稳定性
在基坑开挖完成后及基础施工期间, 基坑坡壁稳定, 周边建筑物未出现加速沉降及不均匀沉降。
6．结 语
本工程条件复杂, 结合实际地质条件, 为保证基坑降水及基坑和周围建筑物稳定, 将深层搅拌水泥土桩止水帷幕、 土钉支护、 钢筋混凝土灌注桩支护手段综合用于该基坑止水及支护, 确保了基坑及周边建筑物的安全, 具有技术先进性和经济合理性, 止水效果良好, 基坑坑壁稳定, 达到了预期目的。

参 考 文 献
１．国家标准《建筑地基基础设计规范》( GB50007- ) ;
２．业标准《建筑基坑支护技术规程》( JGJ120-99) ;
３．行业标准《建筑地基处理技术规范》( JGJ79-91) ;
４．行业标准《建筑基坑工程技术规范》( YB9258-97) ;
5．中国建筑工业出版社《简明深基坑工程设计施工手册》

牛志民1 陆洪根2 雷颖3
【摘 要】论述了实散组合桩复合地基的承载原理和设计。最后介绍了工程应用。
关键词 实散组合桩 承载力 临界桩长 贯入度
[中图分类号] U472

0．引 言
桩式复合地基为桩( 竖向增强体) 和其周围地基土共同承担荷载的地基, 对其中的散体桩、 柔性桩、 刚性桩均有了相应的设计和施工规范。近年来随着复合地基的快速发展, 在特定的条件和地质环境下, 又出现了上部为实体( 水泥土、 低强度混凝土等) , 下部为散体( 碎石、 级配砂石等) 组成的实散组合桩复合地基, 其中以夯扩碎石—低强度混凝土桩较为普遍。这种桩型可利用散体材料改变桩端持力层, 提高实体桩的承载力, 减小地基土的沉降。
1． 夯扩实散组合桩的概念和承载原理
夯扩实散组合桩是细长锤夯击成孔或螺旋钻引孔, 向孔内分批投入填充料( 上部为干硬
性混凝土, 下部为散体材料) 并用重锤夯实、 挤密而形成的组合桩。夯锤在高动能作用下对散体部分和实体部分进行冲、 砸、 挤压, 使桩体密实并使桩体在垂直向为变径体, 从而提高单桩的承载力。另外, 土体应力释放过程中, 土体对桩体产生极大的侧限”抱紧”作用, 更能提高实体桩的侧摩阻力。重锤在冲孔和夯实过程中对桩间土进行挤密, 提高了桩间土的承载力。上部荷载经过基础传递给实散组合桩复合地基, 其中实体桩作为主要的受力杆件发挥桩端阻力和侧摩阻力, 散体部分作为重新置换的桩端主要承受端阻力。
2． 夯扩实散组合桩复合地基的设计
2．1 夯扩实散组合桩复合地基承载力设计
夯扩实散组合桩复合地基承载力可按下式进行设计

式中和分别为复合地基和桩间天然地基土承载力特征值; αβ为桩间土的挤密和发挥系数。α一般取1.2～2.1, β一般取0.75～1.0; R为实散组合桩单桩承载力设计值, Ap为实体段桩截面积( 根据工程实际材料用量反算) 。
其中单桩承载力R取值, 有条件时应做现场静力载荷试验直接测定, 无条件时, 实散组合桩单桩承载力设计值可按式( 2) 计算。

1、 2、 3: 中国兵器工业北方勘察设计研究院

式中: R—实散组合桩单桩承载力设计值( kN) ;
qsik—实体段桩侧第i层土极限侧摩阻力标准值( kPa) ;
Li—实体段桩侧第i层土的厚度( m) ;
qp.k—上部实体段和下部散体段界面极限压力标准值( kPa) ;
Ap—实体段桩截面积m2( 根据工程实际材料用量反算) ;
rs—实体段桩侧、 桩段阻力分项系数。
式( 2) 中qp.k实际上就是散体桩的极限承载力

式中: qp.k—散体桩极限承载力标准值( kPa) ;
fs.k—散体桩桩头标高处加固桩间土经深度修正后承载力的标准值( kPa) ;
α—散体桩桩头标高处加固桩间土应力提高系数, 一般为1.2～2.0;
φp.k—散体材料内摩擦角标准值( °) , 取30°～50°。
根据理论公式计算的单桩承载力必须满足桩体的强度公式

式中fck—实体桩试块( 边长150mm立方体) 标准养护28d立方体抗压强度的平均值;
根据公式确定后的桩端承载力, 在施工中可采用控制贯入度的方法控制散体部分密实度和桩端承载力, 可采用

式中s—贯入度;
Wh—锤的重量( kN) ;
H—锤的落距( m) ;
Quk—散体桩承载力( kN) ;
β—折减系数。
散体部分的承载力理论计算值在施工中能经过直观的贯入度得到较好的控制, 达到施
工和设计的密切配合。
2．2 临界桩长
夯扩实散桩长包括实体段的桩长和散体段的桩长, 在设计中应考虑基地压力和场地的
地质条件, 根据软弱层的厚度考虑散体部分的桩长, 必要时应考虑夯扩的影响深度和范围。
其桩长可采用式( 6) 计算。

式中 Lcr—实散组合桩的临界桩长( m) ;
L1—实体段的长度( m) ;
L2—散体段的长度( m) 。
对于一般粘性土、 粉土、 砂土, L2可采用

式中 φpk—散体材料的内摩擦角( °) ;
D—实体段桩身直径( m) 。
临界桩长确定后须进行软弱下卧层演算, 若不能满足要求, 则散体部分桩长须进行加长。
2．3 实散组合桩复合地基沉降计算
复合地基的变形计算一般在假设条件及弹塑性理论下计算, 由于土体的非均质性和半
无限弹性体, 至今尚无一种理论能覆盖其各种因素的计算公式。
复合地基的沉降包括三部分: 加固区变形、 下卧层变形和柔性垫层变形, 其沉降计算
式为:

式中: s1—加固区的变形( mm) ;
s2—下卧层的变形( mm) ;
s3—柔性垫层的变形(mm)。
对加固区的变形分实体部分和散体部分, 可采用复合模量法( Ec法) 、 应力修正法( Es法) , 桩身压缩量( ( Ep法) 进行计算, 对下卧层的变形s2, 可按GBJ79— 规范计算, 由于柔性垫层厚度小( 10—30mm) ,且在施工前已压密, 该部分变形s3可忽略不计。
2．4 柔性垫层
柔性垫层( 砂、 碎石) 具有调整桩土应力比、 保证桩土变形协调、 为桩体上刺入提供空间等特点, 柔性垫层能够是细砂、 中粗砂、 砾砂、 卵石( 碎石) 等, 建议夯扩实散组合桩复合地基采用碎石, 垫层厚度为10—30cm。
3．工程实例
3．1 工程概况
北京某工程为多层住宅楼, 地下六层, 地下一层, 砖混结构 筏板基础, 基础持力层为素填土, 承载力为40kPa。地基土层自上而下为:
杂填土①: 杂色, 松散, 以建筑垃圾为主, 含粉土、 碎石和砾石, 该层中含原有旧基
础。层厚0.20～4.50m;
素填土②: 褐色, 稍密, 可塑～软塑, 以粉质粘土为主, 含碎石、 砖块等, 层厚0.40～
5.50m, 承载力fka=40kPa;
新近沉积粉质粘土③: 灰褐色, 可塑, 饱和, 含少量氧化铁及云母片, 层厚0.30～4.70m, 承载力fka=140kPa;
新近沉积中粗砂④: 黄褐色, 中密, 饱和, 分选性好, 含圆砾5%～10%, 层厚大于2.50m, 承载力fka=140kPa;
新近沉积粉质粘土⑤: 灰色, 可塑, 该层未揭穿, 承载力fka=160kPa;
勘察期间共发现两层地下水, 第一层为上层滞水, 水位埋深2.00～5.00m。第二层为承压水,水位埋深3.90～5.00m,该场地紧邻妫河, 河道蓄水期间, 地下水位上升1.00～2.00m。
3．2 设计要求
设计单位要求加固处理后所形成的复合地基承载力标准值fsp.k≥160kPa。

3．3 夯扩实散组合桩的设计和施工概述
根据场地地质条件以及设计要求, 本工程主要为提高地基土的承载力和压缩模量。经过对各种可行的方案进行对比分析,决定采用柱锤夯扩碎石—低强度混凝土桩进行加固处理, 该方法既有挤密又有置换的作用, 且施工噪音低, 振动较小, 无污水、 泥浆污染, 施工质量易于控制。
3．3．1 设计参数
桩身砼的设计强度为C10, 单桩承载力为250kN; 桩长7.0～8.90m, 其中实体部分桩长5.0m, 散体部分桩长2.0～3.90m; 桩径: 成孔孔径为380mm, 夯扩后的桩径不小于500mm, 桩间距为1.5×1.3m, 采用梅花型布桩, 桩顶设250mm碎石褥垫层。
3．3．2 施工
采用6.5t细长锤冲击成孔到设计深度后填入碎石料并夯实至低强度混凝土桩桩底标高, 要求夯实过程中有明显的反弹, 根据设计要求控制贯入度, 然后填入低强度混凝土并夯实到设计标高。在夯实过程中填料量须控制, 每米用料应不少于0.2m2 。
3．4 质量检测
工程结束后, 现场进行了多点的单桩和桩间土静载荷试验, 检测结果表明复合地基承载力均满足设计要求, 载荷试验的结果见图1～图４。

( 下转第20页)

某基坑管井降水方案与施工
孙会哲1 郑中庆2
【摘 要】某高层住宅基坑范围有一层承压水, 根据基坑降水的具体要求和场地地质条件, 设计了合理的管井降水方案, 本文介绍了管井降水的设计方案及施工过程。
关键词: 基坑降水、 管井
1、 工程概况
某高层住宅位于北京市朝阳区, 东临东风西路, 交通便利。拟建高层住宅楼地上25层, 地下2层。基坑形状呈”凸”字形, 长40m, 宽24.5m, 基坑开挖面积约1000m2, 基底标高-8.16m( 自然地坪以下7m) , 消防水箱需开挖至-10.61m, 地下水位较浅( 静止水位自然地表以下6.4m) , 消防水箱地段已被水淹没, 明排抽水过程中出现涌砂、 坍塌等现象, 且水量较大,基坑内周边渗水严重, 无法继续开挖施工, 需进行基坑降水。
2、 场地岩土工程条件
2.1工程地质条件
拟建场地地貌单元属永定河冲洪积扇的东北边缘, 地形平坦, 地基土为永定河冲洪积扇形成的冲洪积物, 主要由新近沉积粉质粘土以及第四系沉积粉质粘土、 粘质粉土、 砂质粉土、 粉细砂构成:
新近沉积粉质粘土①: 黄褐色, 湿, 可塑, 土质不均, 含铁、 锰氧化物, 偶见砖屑。本层上部为素填土薄层。层厚1.40~2.00m。
粘质粉土②: 褐黄色, 饱和, 土质不均, 含铁、 锰氧化物及云母片, 属中高～低压缩性土。层厚3.30~3.80m。
粉质粘土～粘土②-1: 褐黄色, 饱和, 软塑～可塑, 土质不均, 含少量姜石及铁、 锰氧化物。呈透镜体分布于粉质粘土②层中。属中～中高压缩性土。
粘质粉土③: 灰色, 饱和, 土质不均, 含铁、 锰氧化物及云母片, 属中低压缩性土。层厚1.80~5.90m。
粉质粘土③-1: 灰色, 饱和, 软塑～可塑, 土质不均, 含少量姜石及铁、 锰氧化物及钙质条纹。呈透镜体分布于粉质粘土③层中。
砂质粉土③-2: 灰色, 饱和, 土质不均, 含细砂团及云母片。呈透镜体分布于粉质粘土层中。
粉细砂④: 灰色～褐黄色, 饱和, 密实, 主要矿物成分以石英、 长石。层厚1.50~5.20m。夹砂质粉土④1透镜体。
中粗砂⑤: 灰黄色, 饱和, 密实。主要矿物成分为长石、 石英, 含少量砾、 卵石。层厚0.50~5.00m。
粉质粘土⑥: 灰黄褐色, 饱和, 可塑～硬塑, 土质不均, 含铁、 锰氧化物斑点, 夹粘质粉土薄层, 属中低～低压缩性土。层厚2.50~6.80m。
1、 2: 中国兵器工业北方勘察设计研究院

2.2水文地质条件
拟建场地地貌上位于永定河冲洪扇之东北边缘, 地层颗粒较细。据岩土工程勘察报告, 本场地有二层含水层, 本次降水的目的层是第一层含水层, 含水层岩性为粉细砂、 中砂, 含水层埋深7.1~10.7m, 层厚2.2~6.6m, 据本次观测, 地下水静止水位埋深6.4～6.8m左右, 地下水具承压性质。根据本地区工程经验, 含水层渗透系数按照5.0m/d考虑。下部含水层有较厚的粉质粘土及粘土为较好的隔水层, 对本次基坑开挖影响故不予考虑。

2.3周边工程环境
拟建住宅楼所处位置较开阔, 东、 南侧为围墙, 围墙外分别为道路及树林, 基坑西侧10米处为正在施工的3#住宅楼, 基坑北侧为施工场地, 水位降深较小, 对周边环境不会产生较大影响。
3、 基坑降水方案设计
3.1降水技术方法选择及布置:

依据勘察报告所提供水文地质条件, 含水层厚2.2~6.6m, 含水层岩性为粉细砂及中砂, 渗透系数1～20m/d, 底板埋深12.9~14.3m, 降水方案可选择喷射井点及管井降水方案, 结合北京地区的降水经验及施工工艺等特点, 本次优先采用管井降水疏干。管井降水施工简单, 质量易控制, 降水效果明显, 水位抽降至-10.6m以下, 降深为3.0m。

3.2 基坑涌水量的确定
按照承压含水层完整井计算基坑涌水量:

式中 Q——基坑总涌水量(m3/d)
M——承压含水层厚度(m), 按照4m考虑;
k——渗透系数(m/d), 按照5m/d考虑;

R ——影响半径(m); 根据R=10s√k计算, R=67m;
r0 ——概化基坑圆半径(m), 根据r0=√A/π计算, r0=30m;
s——水位降深( m) , 按照3.0m考虑;
经计算, 基坑总涌水量为322m3。
3.3 单井出水量及出水能力的计算
单井出水能力计算:

式中 q'——单井出水能力(m3/d);
d ——过滤器外径(300mm);
L——过滤器浸没长度(2m), L=1~2m;
a'——与含水层k值有关的经验系数( 130) ; 单井出水量为55m3。
由于场地十分狭窄, 基坑两侧堆满建筑材料, 且土钉长度为6米, 因此抽水井都布在基坑边6米以外。基坑东北部分是消防水箱设置地段, 水位降较大, 基坑北侧加密布设, 井间距为10米, 布井5个, 其它三个方向井间距15~22米( 见图2) 。
3.4 降水井深度确定及井位布设
根据基坑总涌水量及单井出水能力, 考虑场地条件共布降水管井10个, 井间距10~22m( 根据现场具体条件确定) 。管井深度根据下式确定:

式中 Hw——降水井深度( m) ;
Hw1——基坑深度( m) , Hw1=9.45;
Hw2——降水水位距离基坑底要求的深度( m) , Hw2=0.50;
Hw3——基坑内水位与井内水位差( m) =ir0, Hw3=3m;
Hw4——降水期间地下水位变幅( m) , Hw4=0m;
Hw5——降水井过滤器工作长度( m) , Hw5=2m;
Hw6——沉砂管长度( m) , Hw6=3m;
依此确定降水井深17m, 孔径为600mm, 井径300mm, 滤水管采用水泥砾石管, 根据含水层粒径, 管外滤料选用3-5mm砾石。
4、 降水管井施工
3月14日进场开始施工, 于 5月10日完成降水施工任务, 施工降水井
10个, 降水历时58天, 保证了2#住宅楼基础施工的正常进行。
4.1 降水井施工
钻探采用30型回转钻机, 清水钻进, 成孔后下入内径为300mm砾石水泥管, 填入厚度
为100mm滤料, 滤料为粒径3~5mm砾石, 洗井采用3 m空压机进行, 洗至水较清时为止。
4.2 泵组设备安装

由于时间要求急, 成井洗井后立即进行安装, 每口井下出入水量为3 m3/h水泵, 本场地地下水位埋深在6.4m左右。为保证一定的过水断面, 水泵下入深度为12~13m, 由于场地不允许用排水沟, 因此每口井用2寸塑料管直接接入集水池中, 沉砂后排入城市下水道中。
4.3 降水作业
设备安装完成后即进行抽水作业, 正式抽水于3月22日开始, 至4月3日基坑水位降至-10.61m, 但基坑周边有渗水( 基坑开挖与抽降同步进行) , 因粉细砂含水层中分布有粉质粘土及粉土透镜体, 部分地段地下水难以疏干, 在消防水池中部设置强排井一个, 以快速疏干隔水层上部地下水, 废弃后用碎石回填密实。到4月10日-10.61m基坑已干燥, 水位已降到-10.61m以下, 使基础施工正常进行, 抽水延续至5月9日, 筏板基础已浇注完毕, 防水已做至地下水位以上, 降水工作全部结束。
水位观测: 抽水前统一观测地下水静止水位。动水位控制在12米左右, 每日观测2次( 电测水位计) 。
流量观测: 由于降水井出水量较小, 用容积法观测流量, 经多次观测, 基坑总出水量200~260m3/日, 单井出水量10m3/d~43m3/d左右。
降水运行过程管理: 现场值班人员按时准确测量水位, 随时观察每个井的出水量及水泵运转情况, 发现问题及时更换水泵或电缆, 以保证抽水正常进行。
5．降水效果
正式抽水于3月22日开始, 至4月3日基坑水位降至-10.61m, 但基坑周边有渗水( 基坑开挖与抽降同步进行) , 到4月10日-10.61m基坑已干燥, 水位已降到-10.61m以下, 使基
础施工正常进行, 抽水延续至5月9日, 筏板基础已浇注完毕, 防水已做至地下水位以上, 降水工作全部结束。
本基坑降水工程降水设计方案合理, 降水施工各工序符合有关规程规范要求, 降水效果
明显, 保证了2#住宅楼基础施工的正常进行。
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李冬华1 李建立2

一． 前 言
随着中国经济的快速发展, 我省建设发展的步伐也越来越快, 建筑物的安全性亦显得更加重要。为了提高建筑物地基承载力并满足变形要求, 往往需要进行地基加固补强处理, 夯实水泥土桩复合地基处理方法自上世纪80年代中期以来, 已在河北省广泛应用。在夯实水泥土桩方案设计时, 分挤土成孔和非挤土成孔两种方法, 挤土成孔法夯实水泥土桩设计在本地区研究尚少,为了更好地和大家交流, 本文对该设计方法进行了具体的分析, 供大家参考。
二．挤土成孔夯实水泥土桩的设计
1） 复合地基承载力计算
根据行业标准《建筑地基处理技术规范》( JGJ79— , J220— , 以下简称规范)
中有关规定, 夯实水泥土桩复合地基承载力特征值计算公式为:

式中 fspk——复合地基承载力特征值( kPa) ;
m ——面积置换率;
Ra ——单桩竖向承载力特征值( kN) ;
Ap ——桩的截面积( m2) ;
β ——桩间土折减系数( 笔者认为称为桩间土发挥系数更妥) ;
fsp ——处理后桩间土承载力特征值( kPa) , 宜按当地经验取值, 如无经验时, 可取天然地基承载力特征值。
该规范中承载力折减系数β可取0.9～1.0, 没有考虑桩间土挤密时的情况, 但在河北省工程建设标准《水泥土桩复合地基技术规程》( DB13( J) 39— , 以下简称规程) 中关于桩间土承载力折减系数β有如下规定: 当夯实水泥土桩为非挤土成孔时, 可取0.8～1.0, 当挤土成孔时可取0.95～1.10。
实际上, 当提供勘察资料时地基承载力特征值已确定, 无论采用排土还是挤土, 该值应该不会降低。因此设计挤土成孔夯实水泥土桩时, 笔者认为桩间土承载力特征值应略有提高, β值取值应该在1.0以上。能够把桩间土乘以一个挤密系数, 将原来规范中公式变为:

式中 k——桩间土承载力特征值挤密扩大系数。
这样, 无论是排土还是挤土成孔, 均可采用上式。
2） 复合地基变形计算
根据《建筑地基基础设计规定》( GB50007— ) 中有关规定, 计算地基时, 地基内
的应力分布, 可采用各向同性均质变形理论, 其最终变形量可按下式计算:
1、 2: 中国兵器工业北方勘察设计研究院

式中 s——地基最终变形量( mm) ;
s’——按分层总和法计算出的地基变形量( mm) ;
ψs——沉降计算经验系数, 设计时一般采用《建筑地基基础设计规范》( GB50007
— ) 中5.3.5表的数值;
P0——对应于荷载效应值永久组合时的基础底面处的附加压力( kPa) ;
Esi——基础底面下第i层土的压缩模量( MPa) , 应取土的自重压力至土的自重压力与附加压力之和的压力段计算, 其中地基处理后的Esi为复合土层模量;
zi, zi-1——基础底面至第i层土、 第i-1层土底面的距离( m) ;
, ——基础底面计算点至第i层土、 第i-1层土底面范围内平均附加应力系数, 可按《建筑地基基础设计规范》( GB50007— ) 附录上采用。
3） 式中复合土层压缩模量按规程中规定可按以下公式计算:

式中 Esp——复合土层压缩模量( MPa) ;
Es ——桩间土的压缩模量( MPa) 。
或
Esp=[1+m(n-1)]·Es ( 5)
式中 n——桩土应力比。
式( 4) 、 式( 5) 给出了水泥土桩设计中压缩模量的变化区间, 一般情况下, 按式( 4) 、 式( 5) 计算是正确的, 可是挤土成孔施工时, 由于桩间土发生变化, 其承载力特征值有所提高, 因而导致桩间土压缩模量亦随之提高。
因此, 在设计挤土成孔夯实水泥土桩时, 式( 4) 可变为

式中 α——桩间土压缩模量提高系数;
——挤密后桩间土承载力。
实际上, 式( 4) 可简化为式( 6) , 可是当用式( 5) 计算复合地基压缩模量时, 置换率m值会偏大, 如果把桩间土压缩模量值乘以一个挤密系数α, 则置换率m值会比上述情况值低, 这种情况是比较合理的, 而且从工程造价方面来考虑, 也是比较经济的。因此我们给出如下公式
Esp=[1+m(n-1)]·α·Es ( 7)
我们知道,