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1、第九节第九节 水泥土墙施工水泥土墙施工一、水泥土墙的工艺原理及特点一、水泥土墙的工艺原理及特点水泥土墙是利用水泥材料为固化剂，采用特殊的水泥土墙是利用水泥材料为固化剂，采用特殊的拌合机械（如深层搅拌和高压旋喷机）在地基深拌合机械（如深层搅拌和高压旋喷机）在地基深处就地将原状土和固化剂强制拌合，经过一系列处就地将原状土和固化剂强制拌合，经过一系列的物理化学反应，形成具有一定强度、整体性和的物理化学反应，形成具有一定强度、整体性和水稳定性的加固土圆柱体，将其相互搭接，连续水稳定性的加固土圆柱体，将其相互搭接，连续成桩形成具有一定强度和整体结构的水泥土墙，成桩形成具有一定强度和整体结构的水泥土墙，用
2、以保证基坑边坡的稳定。用以保证基坑边坡的稳定。水泥土墙，由于其材料强度比较低，主要是靠墙体的水泥土墙，由于其材料强度比较低，主要是靠墙体的自重平衡墙后的土压力。因此，常视其为重力式挡土自重平衡墙后的土压力。因此，常视其为重力式挡土支护。支护。水泥土墙的特点是施工时振动小，无侧向挤压，对周水泥土墙的特点是施工时振动小，无侧向挤压，对周围影响小。最大限度利用原状土，节省材料。由于水围影响小。最大限度利用原状土，节省材料。由于水泥土墙采用自立式，不需加支撑，所以开挖较方便。泥土墙采用自立式，不需加支撑，所以开挖较方便。水泥土加固体渗透系数比较小，墙体有良好的隔水性水泥土加固体渗透系数比较小，墙体有良
3、好的隔水性能。水泥土墙工程造价较低，当基坑开挖深度不大时，能。水泥土墙工程造价较低，当基坑开挖深度不大时，其经济效益更为显著。其经济效益更为显著。水泥土墙的缺点是：水泥土墙体的材料强度比较低，水泥土墙的缺点是：水泥土墙体的材料强度比较低，不适于支撑作用，所以其位移量比较大。而墙体材料不适于支撑作用，所以其位移量比较大。而墙体材料强度受施工因素影响导致墙体质量离散性比较大。强度受施工因素影响导致墙体质量离散性比较大。水泥土墙较适用于软土地区，如淤泥质土、含水量较水泥土墙较适用于软土地区，如淤泥质土、含水量较高的黏土、粉质黏土、粉质土等。对以上各类土基坑高的黏土、粉质黏土、粉质土等。对以上各类土基
4、坑深度不宜超过深度不宜超过6m；对于非软土基坑挖深可达；对于非软土基坑挖深可达10m，最深可达最深可达18m。二、二、水泥土墙构造水泥土墙构造根据土质情况，基坑开挖深度及已往的经验，墙高根据土质情况，基坑开挖深度及已往的经验，墙高L=（1.82.2）H，墙宽，墙宽B=（0.70.95）H，H为为基坑开挖深度。基坑开挖深度。为了充分利用水泥土桩组成宽厚的重力式挡墙，常为了充分利用水泥土桩组成宽厚的重力式挡墙，常将水泥土墙布置成格栅式。为保证墙体的整体性，将水泥土墙布置成格栅式。为保证墙体的整体性，特规定了各种土类的置换率，即水泥土面积与水泥特规定了各种土类的置换率，即水泥土面积与水泥土墙挡土结构
5、面积的比值。淤泥呈软流塑状，土的土墙挡土结构面积的比值。淤泥呈软流塑状，土的指标比较差，不宜小于指标比较差，不宜小于0.8；淤泥质土次之，置换；淤泥质土次之，置换率不宜小于率不宜小于0.7；其他土质如黏土、砂土置换率不；其他土质如黏土、砂土置换率不宜小于宜小于0.6。计算面积时以桩中心计算面积。同时，。计算面积时以桩中心计算面积。同时，为了保证格栅的空腔不至于过于稀疏，规定格栅的为了保证格栅的空腔不至于过于稀疏，规定格栅的格子长宽比不宜大于格子长宽比不宜大于2。水泥土墙的平面类型见图。水泥土墙的平面类型见图3-92。图3-92 水泥土墙的平面类型为为增增强强墙墙体体的的整整体体性性，在在墙墙顶
6、顶浇浇筑筑厚厚度度不不小小于于150mm的的 混混 凝凝 土土 压压 顶顶。一一 般般 在在 压压 顶顶 内内 配配8150mm的的双双向向钢钢筋筋网网。同同时时，在在每每根根桩桩的的桩桩顶顶预预留留一一根根直直径径为为10mm的的插插筋筋插插入入压压顶顶。墙墙体体的的厚厚度度及及嵌嵌入入深深度度应应根根据据工工程程地地质质条条件件由由计计算算确确定定。当当基基坑坑开开挖挖深深度度小小于于5m时时，一一般般可可按按经经验验选选取取墙墙厚厚等等于于（0.60.8）H，在在开开挖挖面面以以下下嵌嵌入入深深度度为为（0.81.2）H，H为为基基坑坑开开挖挖深深度度。当当墙墙体体变变形形不不能能满满足
7、足要要求求时时，宜宜采采用用基基坑坑土土体体加加固固或或水水泥泥土土墙墙顶顶插插筋筋加加混混凝土面板等措施。凝土面板等措施。根根据据使使用用要要求求和和受受力力特特性性，搅搅拌拌桩桩的的水水泥泥土土墙墙挡挡土土结构的断面型式如图结构的断面型式如图3-93。图3-93 水泥土挡墙支护结构断面形式三、水泥土墙设计三、水泥土墙设计水泥土墙的设计，应包水泥土墙的设计，应包括：方案选择；结构布括：方案选择；结构布置；结构计算；水泥掺置；结构计算；水泥掺量与外加剂配合比确定；量与外加剂配合比确定；构造处理；土方开挖；构造处理；土方开挖；施工检测。如图施工检测。如图3-94为为水泥搅拌桩的计算模式水泥搅拌桩
8、的计算模式图。图。水泥土墙的设计步骤如下：水泥土墙的设计步骤如下：（1）根据管涌或土体整体稳定性安全系数条件）根据管涌或土体整体稳定性安全系数条件确定水泥土墙的嵌固深度，据分析表明，根据整体确定水泥土墙的嵌固深度，据分析表明，根据整体稳定求得的嵌固深度已满足了抗隆起条件；稳定求得的嵌固深度已满足了抗隆起条件；（2）根据抗倾覆条件确定水泥土墙的宽度，此）根据抗倾覆条件确定水泥土墙的宽度，此宽度在一般情况也将满足抗滑稳定条件；宽度在一般情况也将满足抗滑稳定条件；（3）特殊条件下（如各土层性质变化较大）进）特殊条件下（如各土层性质变化较大）进一步验算抗隆起及抗滑移安全条件；一步验算抗隆起及抗滑移安全
9、条件；（4）验算水泥土墙强度（可按弹性支点法计算）验算水泥土墙强度（可按弹性支点法计算弯矩）弯矩）四、水泥土墙施工四、水泥土墙施工（一）施工机具（一）施工机具 （1）深层搅拌机）深层搅拌机 它是深层搅拌水泥土桩施工的主要机械。目前应它是深层搅拌水泥土桩施工的主要机械。目前应用的有中心管喷浆方式和叶片喷浆方式两类。前者用的有中心管喷浆方式和叶片喷浆方式两类。前者的输浆方式中的水泥浆是从两根搅拌轴之间的另一的输浆方式中的水泥浆是从两根搅拌轴之间的另一根管子输出，不影响搅拌均匀度，可适用于多种固根管子输出，不影响搅拌均匀度，可适用于多种固化剂；后者是使水泥浆从叶片上若干个小孔喷出，化剂；后者是使水泥
10、浆从叶片上若干个小孔喷出，使水泥浆与土体混合较均匀，适用于大直径叶片和使水泥浆与土体混合较均匀，适用于大直径叶片和连续搅拌，但因喷浆孔小易被堵塞，它只能使用纯连续搅拌，但因喷浆孔小易被堵塞，它只能使用纯水泥浆而不能采用其他固化剂。水泥浆而不能采用其他固化剂。（2）配套机械）配套机械 主要包括灰浆搅拌机、集料斗、灰浆泵。主要包括灰浆搅拌机、集料斗、灰浆泵。（二）施工工艺（二）施工工艺 深层搅拌水泥土挡墙的施工工艺流程如图深层搅拌水泥土挡墙的施工工艺流程如图3-95所示。所示。（1）定位）定位 用起重机（或用塔架）悬吊搅拌机到达指定用起重机（或用塔架）悬吊搅拌机到达指定桩位，对中。桩位，对中。（2
11、）预搅下沉）预搅下沉 待深层搅拌机的冷却水循环正常后，启动搅待深层搅拌机的冷却水循环正常后，启动搅拌机，放松起重机钢丝绳，使搅拌机沿导向架拌机，放松起重机钢丝绳，使搅拌机沿导向架搅拌切土下沉。搅拌切土下沉。（3）制备水泥浆）制备水泥浆待深层搅拌机下沉到一定深度时，即开始按设计确定的配合比拌制水泥浆（水灰比宜0.450.50），压浆前将水泥浆倒入集料斗中。（4）提升、喷浆、搅拌）提升、喷浆、搅拌 待深层搅拌机下沉到设计深度后，开启灰浆泵将水泥浆压待深层搅拌机下沉到设计深度后，开启灰浆泵将水泥浆压入地基，且边喷浆、边搅拌，同时按设计确定的提升速度提入地基，且边喷浆、边搅拌，同时按设计确定的提升速度
12、提升深层搅拌机。提升速度不宜大于升深层搅拌机。提升速度不宜大于0.5m/min。（5）重复上、下搅拌）重复上、下搅拌 为使土和水泥浆搅拌均匀，可再次将搅拌机边旋转边沉入为使土和水泥浆搅拌均匀，可再次将搅拌机边旋转边沉入土中，至设计深度后再提升出地面。桩体要互相搭接土中，至设计深度后再提升出地面。桩体要互相搭接200mm，以形成整体。相邻桩的施工间歇时间宜小于，以形成整体。相邻桩的施工间歇时间宜小于10h。（6）清洗、移位）清洗、移位 向集料斗中注入适量清水，开启灰浆泵，清洗全部管路中向集料斗中注入适量清水，开启灰浆泵，清洗全部管路中残存的水泥浆，并将粘附在搅拌头的软土清洗干净；移位后残存的水泥
13、浆，并将粘附在搅拌头的软土清洗干净；移位后进行下一根桩的施工。桩位偏差应小于进行下一根桩的施工。桩位偏差应小于50mm，垂直度误差，垂直度误差应不超过应不超过1。桩机移位，特别在转向时要注意桩机的稳定。桩机移位，特别在转向时要注意桩机的稳定。（三）水泥土的配合比（三）水泥土的配合比水泥掺入量取决于水水泥掺入量取决于水泥土挡墙设计的抗压泥土挡墙设计的抗压强度强度qu，水泥掺入比，水泥掺入比aw与水泥土抗压强度与水泥土抗压强度的关系，如由的关系，如由3-96所所示。示。水泥标号每提高水泥标号每提高100号，水泥土强度号，水泥土强度qu约增大约增大2030。通常选用龄期为。通常选用龄期为三个月的强度
14、作为水三个月的强度作为水泥土的标准强度较为泥土的标准强度较为适宜。适宜。（四）提高水泥土桩挡墙支护能力的措施（四）提高水泥土桩挡墙支护能力的措施 深层搅拌水泥土桩挡墙属重力式支护结构，主要由抗倾覆、抗滑移和抗剪强度控制截面和入土深度。目前这种支护的体积都较大，为此可采取下列措施，通过精心设计来提高其支护能力：（1）卸荷）卸荷 如条件允许可将基坑顶部的土挖去一部分，以减小主动土压力。（2）加筋）加筋 可在新搅拌的水泥土桩内压入竹筋等，有助于提高其稳定性。但加筋与水泥土的共同作用问题有待研究。（3）起拱）起拱 将水泥土桩挡墙做成拱形，在拱脚处设钻孔灌注桩，可大大提高支护能力，减小挡墙的截面。对于边长大的基坑，于边长中部适当起拱以减少变形。目前这种形式的水泥土桩挡墙已在工程中应用。（4）挡墙变厚度）挡墙变厚度 对于矩形基坑，由于边角效应，在角部的土体变形会有所减小。为此于角部可将水泥土桩挡墙的厚度适当减薄，以节约投资。