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(山西建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原　030006)

引言

水泥土攪拌法是適用于加固飽和黏性土和粉土等地基的一種方法，它是利用水泥(或石灰)等材料作為固化劑，通過特制的攪拌機(jī)械就地將軟土和固化劑(漿液或粉體)強(qiáng)制攪拌，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強(qiáng)度的水泥加固土——水泥土，從而提高地基土強(qiáng)度和增大變模[1]。

土釘支護(hù)是由密集的土釘群、被加固的土體、噴射混凝土面層組成，形成一個(gè)復(fù)合的、能自穩(wěn)的、類似于重力式擋墻的擋土結(jié)構(gòu)，以此來抵抗墻后傳來的土壓力和其他作用力，從而使開挖基坑或邊坡穩(wěn)定。土釘是被動受力，即土體發(fā)生一定變形后土釘才受力，阻止土體的繼續(xù)變形。土釘是全長受力，潛在滑裂面把土釘?shù)氖芰Ψ较蚍譃閮刹糠郑鞍氩糠值氖芰Ψ较蛑赶驖撛诨衙娣较?，后半部分的受力方向背向潛在滑裂面方向；土釘是一種土體加筋技術(shù)，以密集排列的加筋體作為土體補(bǔ)強(qiáng)手段，提高被加固土體的強(qiáng)度與自穩(wěn)能力[2-3]。

1　工程概況

某基坑尺寸為11.5 m×74.2 m，基坑設(shè)計(jì)重要性安全等級為二級。該工程±0.000為765 m，場地地面標(biāo)高約763 m(-0.2 m)，場地地下水位標(biāo)高約761.4 m(-3.6 m)，東湖水位標(biāo)高約759.5 m(-5.5 m)，承臺底標(biāo)高757.5 m(-7.5 m)。場地地震基本烈度8度，抗震設(shè)防烈度8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.20g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，建筑場地類別為Ⅲ類。

1.1　場地的工程地質(zhì)條件

場地地下水位標(biāo)高約761.4 m(地面下3.6 m)。地下水類型為孔隙潛水，主要補(bǔ)給來源為大氣降水及側(cè)向徑流。擬建場地具有中等液化，液化土層主要為③層細(xì)砂和⑤層粉砂。土層具體參數(shù)見表1。

表1　土層參數(shù)

1.2　支護(hù)結(jié)構(gòu)

1.2.1水泥土攪拌樁

帷幕樁采用三排水泥土深層攪拌樁，有效樁長13.0 m，樁頂標(biāo)高為-3.500 m。攪拌樁深入基底9.0 m，樁底進(jìn)入第⑥層粉質(zhì)黏土層，可有助于基坑降水。水泥攪拌樁樁徑均為500 mm，縱橫向咬合200 mm。水泥均采用P·O 42.5水泥，水泥用量不少于60 kg/m，水泥漿水灰比為0.5～0.6，樁體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度要求≥2 MPa。

1.2.2土釘

土釘采用規(guī)格為Φ48 mm的焊縫鋼管。

(1)開孔：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，頂入規(guī)格為Φ48 mm的焊縫鋼管，與水平面呈15°。錨管設(shè)置注漿孔，其直徑為8～10 mm，每個(gè)注漿孔前要焊設(shè)一個(gè)角鋼或短鋼筋頭護(hù)翼，以保證注漿孔暢通。

(2)注漿：錨管注漿材料采用P·O 42.5水泥，水灰比為0.45～0.55，注漿壓力0.2～1 MPa，注漿水泥用量應(yīng)達(dá)到50 kg/m。其漿體強(qiáng)度≥20 MPa。

1.2.3噴射混凝土面板

(1)在水泥土深層攪拌樁上做噴射混凝土護(hù)面。

(2)面板板厚80 mm，板面配筋雙向Φ8@200 mm鋼筋網(wǎng)片，保護(hù)層厚度≥30 mm。噴射作業(yè)應(yīng)分段進(jìn)行，一次噴射厚度宜≥20 mm，要求噴射成型后面層混凝土強(qiáng)度達(dá)到C20。

(3)所有的鋼筋接頭均需按受力鋼筋焊接，網(wǎng)片綁扎或點(diǎn)焊成形，從深層攪拌樁面由里向外的順序依次為：網(wǎng)片、加強(qiáng)筋、土釘頭?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)平面圖見圖1。

圖1　支護(hù)結(jié)構(gòu)平面圖

攪拌樁的面層為：C20混凝土面層，厚80 mm，內(nèi)配鋼筋網(wǎng)，水平方向和豎向均為Φ8@200 mm。

自上而下第一排：1根Φ48 mm鋼管，L=6 000 mm，水平@1 300 mm，垂直@1 300 mm。

第二排：1根Φ48 mm鋼管，L=9 000 mm，水平@1 300 mm，垂直@1 100 mm(在管內(nèi)插一根Φ14 mm鋼筋)。

第三排：1根Φ48 mm鋼管，L=6 000 mm，水平@1 300 mm，垂直@1 100 mm。

1-1剖面支護(hù)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，攪拌樁平面圖如圖3所示。

圖2　1-1剖面支護(hù)結(jié)構(gòu)圖

圖3　攪拌樁平面圖

2　有限元分析

利用ADINA軟件建立有限元模型，模型尺寸為實(shí)際基坑的3倍，具體尺寸為50 m×15 m×30 m。由于模型中有分步開挖，所以設(shè)置了生死單元。土層采用MC本構(gòu)模型，樁采用beam單元，土釘采用rebar單元。具體模型中的土體參數(shù)見表1。第一層土釘三維模型見圖4，土釘位移三維模型見圖5。

圖4　第一層土釘三維模型

圖5　土釘位移三維模型

從模型后處理中分別提取樁頂、樁中以及樁底節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，依據(jù)水泥土攪拌樁的厚度與基坑水平位移的關(guān)系，繪制水泥土攪拌樁厚度與水平位移曲線如圖6所示。

由圖6可見，隨著水泥土攪拌樁厚度的增大，樁的水平位移逐漸減小。樁的最大位移發(fā)生在樁底，最小水平位移發(fā)生在樁頂。水泥土攪拌樁厚度在2 000 mm左右時(shí)，樁的水平位移有明顯的折點(diǎn)。當(dāng)樁的厚度<2 000 mm時(shí)，樁的水平位移急劇下降。當(dāng)樁的厚度在2 000～3 500 mm區(qū)間時(shí)，樁的水平位移減小緩慢，但仍然呈減小的趨勢。當(dāng)樁的厚度接近4 000 mm時(shí)，樁的水平位移趨于0 mm。

圖6　水泥土攪拌樁厚度與水平位移曲線

從模型后處理中提取第一排土釘?shù)臄?shù)據(jù)，根據(jù)不同的基坑開挖步繪制第一排土釘軸力分布圖，如圖7所示。

圖7　第一排土釘軸力分布圖

從圖7可知，曲線線性分布自上而下比較明確，基坑每次開挖均會導(dǎo)致土釘軸力的增加。每條曲線均有明顯的極大值點(diǎn)，其位置發(fā)生在土釘延長4 m處，大約距開挖面0.22倍的土釘長度，即土釘支護(hù)軸力最大發(fā)生在土釘中部附近。在基坑開挖第四次時(shí)，土釘軸力達(dá)到最大值46 kN。支護(hù)形式為水泥土攪拌樁與噴錨土釘墻，支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于土體，土與土釘之間的相互作用(摩擦傳力)的最大值位置主要發(fā)生在土釘前半部分。

3　結(jié)論

本文通過對基坑三維建模，對土釘和水泥土攪拌樁進(jìn)行數(shù)值模擬分析，可以得出以下結(jié)論：

3.1隨著水泥土攪拌樁厚度的增大，樁的水平位移逐漸減小。樁的最大位移發(fā)生在樁底，最小水平位移發(fā)生在樁頂。

3.2水泥攪拌樁的厚度可以有效地控制樁的水平，從而可以提高水泥土攪拌樁的穩(wěn)定系數(shù)，在實(shí)際工程中更加安全。

3.3支護(hù)形式為水泥土攪拌樁與噴錨土釘墻，支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于土體，土與土釘之間的相互作用(摩擦傳力)的最大值位置主要發(fā)生在土釘?shù)那鞍氩糠?，在土釘中部軸力達(dá)到最大。

參考文獻(xiàn)：

[1] 羅林海.水泥土攪拌樁與噴錨土釘墻在基坑支護(hù)的應(yīng)用[J].地球，2013(5)：281-282.

[2] 陳華明.水泥土攪拌樁樁身強(qiáng)度的評價(jià)方法探討[J].廣東土木與建筑，2017(1)：31-33.

[3] 梁瀟文，張福龍.蘭州地區(qū)土釘墻支護(hù)受力研究[J].中國錳業(yè)，2017，35(3)：190-192.