鄧 旭 張 博

（1.上海浦東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，中國(guó) 上海201204；2.上海市水利工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，中國(guó) 上海200061）

1 水泥土攪拌樁介紹

水泥土攪拌樁是一種用于加固飽和粘土地基的常用軟基處理技術(shù)，是指運(yùn)用水泥（或其他水泥類材料）作為固化劑，通過特殊的攪拌機(jī)械，將地基深處的原狀土體和固化劑（水泥類）強(qiáng)制拌和，固化劑和軟土體之間會(huì)發(fā)生一連串的物理、化學(xué)反應(yīng)，從而使天然地基土結(jié)硬成具有一定整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的樁體，從而提高地基土承載力和增大變形模量。 這種樁法多數(shù)情況在處理軟土地基時(shí)應(yīng)用，從而形成樁土復(fù)合地基；復(fù)合地基中水泥土攪拌樁與樁周土體共同承擔(dān)上部荷載，這樣就使地基承載力提高、地基沉降量減小。水泥土攪拌樁也可以用作基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及止水帷幕等。 根據(jù)施工方法的不同，可以分為水泥漿攪拌樁和粉體噴射攪拌樁兩種。前者是用水泥漿和地基土攪拌，后者是用水泥粉和地基土攪拌。

2 水泥土攪拌樁在河道工程中的應(yīng)用

2.1 工程概況

本工程位于上海浦東新區(qū)通用汽車地塊內(nèi)， 軌道交通12 號(hào)線申江路站以東有一段約850m 長(zhǎng)區(qū)間隧道位于巨峰路下。 本工程新開挖河道西群河位于巨峰路北側(cè)，其中有長(zhǎng)約440m 的西群河河道藍(lán)線位于12 號(hào)線保護(hù)范圍內(nèi)， 此段河道藍(lán)線距12 號(hào)線盾構(gòu)邊線最窄處僅8m。 此段現(xiàn)狀地面標(biāo)高為3.83～4.18m，河道樁基工程及土方開挖卸載施工可能對(duì)區(qū)間隧道產(chǎn)生一定的影響。

2.2 河道開挖對(duì)地鐵12 號(hào)線影響分析

為保證地鐵12 號(hào)線正常運(yùn)營(yíng)，需研究西群河的土方卸載在施工、正常運(yùn)行等工況下對(duì)地鐵12 號(hào)線運(yùn)營(yíng)的影響。 本工程護(hù)岸結(jié)構(gòu)形式為直立式駁岸結(jié)構(gòu)，護(hù)岸施工工藝流程為：施工準(zhǔn)備→測(cè)量放樣→基坑開挖→護(hù)坡結(jié)構(gòu)施工→土方回填→河道開挖→外運(yùn)堆土→開挖斷面測(cè)量→整形→防汛通道、綠化種植→工程驗(yàn)收。 即先進(jìn)行護(hù)岸基坑開挖，待護(hù)岸施工完畢及墻后回填土按要求壓實(shí)后，再進(jìn)行20m 寬河道基坑開挖。 施工時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，采取分段、分時(shí)開挖基坑方法，并在盾構(gòu)邊線附近按規(guī)范要求埋設(shè)若干個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)。

計(jì)算工況分為施工期及正常運(yùn)行期對(duì)軌道交通12 號(hào)線區(qū)間隧道的影響。 其中施工期考慮河道基坑開挖對(duì)隧道的影響，正常運(yùn)行期考慮不同河水位對(duì)于隧道的影響。 具體如下：

表1 計(jì)算工況表

為了較準(zhǔn)確的反映河道開挖施工時(shí)填土卸荷對(duì)盾構(gòu)隧道的附加變形影響，計(jì)算采用彈塑性有限元分析方法，準(zhǔn)確考慮各結(jié)構(gòu)的空間位置和剛度大小，按實(shí)際施工工序，精確模擬河道開挖對(duì)盾構(gòu)隧道的影響。

因河道與盾構(gòu)隧道相對(duì)位置恒定，故計(jì)算采用巖土專用有限元分析軟件Plaxis 進(jìn)行三維有限元模型的平面計(jì)算，數(shù)值計(jì)算中充分考慮了河道開挖的影響范圍建立計(jì)算模型，其中模型長(zhǎng)（x 方向）95m，深度方向（y 方向）為30m。 數(shù)值計(jì)算中，土體采用實(shí)體單元進(jìn)行模擬；盾構(gòu)隧道采用板單元模擬，并根據(jù)截面進(jìn)行剛度換算。 其中，土體采用莫爾-庫侖模型模擬； 圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料考慮為彈性受力階段， 設(shè)為彈性材料。 計(jì)算中考慮地下水的滲流影響，以及初始固結(jié)沉降和初始應(yīng)力的影響，并通過施工階段來模擬施工工況。

根據(jù)計(jì)算，若無土體變形控制措施，施工及運(yùn)營(yíng)過程中盾構(gòu)隧道最大累計(jì)位移量為11.83mm。根據(jù)上海市城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)文件 《地下空間土壓平衡盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)控制建設(shè)指導(dǎo)意見》第6.4.2 地鐵保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)， 河道開挖施工時(shí)盾構(gòu)隧道各方向位移量不得大于5mm，則無土體變形控制措施時(shí)，計(jì)算盾構(gòu)隧道位移量不滿足變形控制要求。

2.3 水泥土攪拌樁設(shè)計(jì)研究

由于計(jì)算得出的盾構(gòu)隧道位移量不滿足要求，必須采取一定的變形控制措施。 河道開挖過程中涉及大面積卸土，卸土面下方土體由于正應(yīng)力消失而上拱變形，土體上拱變形引起下方土側(cè)移，從而導(dǎo)致臨近的隧道結(jié)構(gòu)側(cè)移，因此可從兩個(gè)方面控制變形：1.河道卸土區(qū)正下方地基加固，提高土體強(qiáng)度及彈性模量，從而控制整個(gè)土體變形；2.河道卸土區(qū)與隧道間設(shè)置支護(hù)結(jié)構(gòu)，以控制臨近隧道的土體變形。 經(jīng)計(jì)算比較，若僅在河道卸土區(qū)正下方地基加固，如壓密注漿、旋噴樁、水泥土攪拌樁，加固效果一般，且加固土體量較大，費(fèi)用較高；若在河道卸土區(qū)與隧道間設(shè)置支護(hù)結(jié)構(gòu)，驗(yàn)算看出，水泥土攪拌樁墻控制變形能力較好，且造價(jià)經(jīng)濟(jì)合理。

經(jīng)試算得出造價(jià)合理且控制變形效果較好的方案， 擬采用Φ850@600 三軸深層水泥土攪拌樁墻，攪拌樁樁長(zhǎng)28m，其中固化劑采用425 號(hào)普通硅酸鹽水泥，水泥攪拌樁水泥摻量為20%，樁體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度（28 天齡期）不小于1.4MPa。 墻厚5.05m。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，采用水泥土攪拌樁墻后，隧道最大累計(jì)變形為駁岸基礎(chǔ)開挖階段的隧道累積位移，位移量為3.93mm。 因此，水泥土攪拌樁墻作為河道開挖過程中的土體變形措施，能有效將盾構(gòu)隧道變形量控制在允許范圍內(nèi)。

3 結(jié)論

水泥土攪拌樁利用水泥等材料作為固化劑的主劑，通過特制的攪拌機(jī)械就地將軟土和固化劑強(qiáng)制攪拌，利用水泥和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理化學(xué)反應(yīng)，使土體硬結(jié)成具有整體性，水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的樁體，從而減少軟土地基的沉降量，抑制土體側(cè)向變形。經(jīng)過三維有限元模型計(jì)算，水泥土攪拌樁能夠有效的控制土體位移，從而解決河道開挖對(duì)地鐵盾構(gòu)隧道的影響問題。

［1］屈暢姿.水泥土攪拌樁基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)性能的有限元分析[D].湘潭大學(xué)，2007.

［2］趙宇.水泥土攪拌樁在工程中的應(yīng)用[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2010，（17）:36.

［3］王學(xué)軍，王亞軍，王紅波，程友初.水泥土攪拌樁在深基坑支護(hù)中的應(yīng)用[J].中國(guó)水運(yùn)，2007，7(5):110-111.

［4］徐鵬.水泥土攪拌樁在深基坑支護(hù)中的應(yīng)用[J].江蘇建筑，2010，5:87-90.