[摘要] 本文根据本人多年设计经验，阐述了深层水泥搅拌桩挡墙在软土地区的适用条件、设计要点，并通过工程实例分析，提出深层水泥搅拌桩挡墙在软土地区基坑支护中的应用应注意的问题和控制变形的措施，为其广泛应用提供了新的思路。
[关键词] 深层水泥搅拌桩挡墙，深基坑支护，软土地区，设计要点，变形控制，蠕变
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作者简介：汪兴(1972– )，男，浙江宁波人，工程师、国家注册监理工程师，主要从事工程咨询及监理方面的研究。
0 引言
深层水泥搅拌桩挡墙是通过相邻水泥搅拌桩搭接而成具有一定厚度的挡土墙，深层水泥搅拌桩是采用水泥作为固化剂，通过专用搅拌机械，将软土和水泥强制搅拌形成水泥土，利用水泥与软土之间所产生一系列物理、化学作用，使水泥土强度增长，成为水泥土桩，硬化后形成具有一定强度和厚度的水泥壁状挡墙。根据行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ-99规定水泥搅拌桩挡墙支护适用条件为：1）基坑侧壁安全等级为二、三级；2）水泥搅拌桩施工范围内地基土承载力不宜大于150kpa；3）基坑深度不宜大于6.0米。宁波地区地质软土覆盖深厚，比较适宜于水泥搅拌桩的施工，水泥搅拌桩挡墙围护坑内无须支撑挖土，既能挡土又成为隔水帷幕，结合卸土放坡工程造价较低，施工工期短，挖土施工方便。近年来，深层搅拌水泥土桩挡土墙在本地区基坑围护中得到广泛推广和应用，并和土钉、锚杆、型钢、刚性桩等结合形成多种复合支护的形式，减少变形，提高安全度。但也由于软土地区水泥搅拌桩成型质量难以控制、淤泥质土中水泥土强度增长缓慢等原因，导致深层水泥搅拌桩挡墙在基坑支护中变形大，土体坍方等现象常有发生。因此本文结合本地区此类型围护多年设计和施工经验，对水泥搅拌桩挡墙支护在软土地区的设计和应用中应注意的问题进行摸索和研究，为水泥搅拌桩的广泛应用提供一些经验建议。
1水泥搅拌桩在软土地区基坑支护中的适用条件
宁波老三区、鄞州区、北仑区为软土分布区，围护设计范围内分布有力学性质极差的淤泥或淤泥质土，厚度达到20~30米，此软土层特点为：
①一般分布在第2层或第3层，灰色、流塑、高压缩性；②液性指数大于1.00，甚至达到1.70，含水量高达50~65%之间；③渗透系数小，一般在10-7～10-8cm/s之间；④土的抗剪强度指标极低，C值一般在8.0~12.0Kpa之间，φ值一般在6.0~8.0°之间。⑤局部地段表层还分布有泥炭土。
纯水泥搅拌桩挡墙支护形式在软土地区适用条件为：
①一层地下室挖土深度6.00米以下；②基坑周边有较大的放坡空间；③Ⅱ、Ⅲ级基坑；④搅拌机械力所能及的软弱土层；⑤对有机质含量较高的土层，应通过实验确定其适用性。
2水泥搅拌桩在软土地区基坑支护中设计要点
2.1设计计算
软土地区基坑中水泥搅拌桩挡墙的计算应包括以下内容：水泥搅拌桩墙身抗拉抗压强度验算、抗倾覆稳定验算、抗滑移稳定验算、整体稳定验算、坑底抗隆起验算。
1）水泥搅拌桩挡墙断面根据挖土深度和桩顶卸土放坡的范围所决定，应满足挡墙抗滑、抗倾覆稳定、水泥土墙身强度的要求，经试算确定。挡墙厚度一般取挖土深度的0.6~0.8倍；挡墙进入坑底深度一般为挖土深度的1~1.4倍。
2）水泥搅拌桩挡墙抗倾覆验算：
Kf=（∑MEp+G.x0）/∑Mea≥1.50
式中∑MEp，∑Mea—分别为各土层被动土压力和主动土压力绕挡墙前趾的力矩和；
G—挡墙每延米重；
x0—挡墙断面重心至前趾的水平距离。
3）水泥搅拌桩抗水平滑动稳定性验算：
Kh=（∑Ep+Gtgφ+Bc）/∑Ea≥1.30
式中∑Ep，∑Ea—分别为各土层被动土压力和主动土压力的合力；
B—挡墙宽度；
φ、c—分别为墙底土的内摩擦角和粘聚力。
4）水泥搅拌桩挡墙整体稳定性可按圆弧滑动简单条分法进行计算。
5）水泥土墙身抗拉抗压强度验算：
压应力验算：1.25rcs z+M/W≤fcs
rcs—水泥土墙平均重度；
z—由墙顶至计算截面的深度；
M—每米长度水泥土墙截面弯矩设计值；
W—水泥土墙截面模量；
fcs—水泥土开挖龄期抗压强度设计值，一般按28天龄期无侧限抗压强度取1.0Mpa。
拉应力验算： M/W-rcs z≤0.06fcs
6）水泥土挡墙抗隆起验算：
一般采用《建筑基坑工程技术规范》YB 9258-97(冶金部)中太沙基Terzaghi公式进行验算，根据软土地区经验，KT≥1.60才能满足要求。
2.2构造设计措施
1）根据工程经验，水泥搅拌桩桩径一般采用桩径为双头φ700，桩间距500，搭接200mm，连续封闭设置或采用格栅状结构，采用格栅状布置时，淤泥质土中水泥土置换率不宜小于0.7；格栅长宽比不宜大于2。
2）水泥搅拌桩宜采用42.5#普通硅酸盐水泥，水泥掺量一般为土重的13%~15%，为改善水泥土性能，可在水泥中掺加适量外加剂。
3）基坑平面长度较长时或基坑控制变形需要，一般在水泥搅拌桩挡墙内侧坑底每隔10~15米设置加固墩，提高挡墙的整体刚度。
4）水泥挡墙顶面宜设置厚度100~200mm的C20混凝土压顶，压顶中设置φ6@200钢筋网片。压顶宜与放坡面混凝土面层整浇。
5）为控制水泥搅拌桩挡墙的变形，在水泥搅拌桩中插入一定数量的刚性桩（钻孔灌注桩等）能有效增加挡墙抗滑能力，减少挡墙变形。
3工程的应用实践
3.1基坑概况与周边环境
古林镇薛家村3#居住地块工程场址位于宁波市鄞州区，机场路西侧，浙江工商学院东侧，南侧为气象路延伸段。场地地势平坦，形状呈矩形分布。本基坑开挖面积约为3809m2，支护延长约255m。地下室周边开挖深度为3.95~4.80m。
基坑周边环境：基坑北侧分布有B5、B6建筑物，无地下室，基础桩顶标高为-2.000m，基坑围护桩中心线距离B5、B6建筑物基础3.20米左右；基坑东侧为拟建绿化带，现为40米宽的空场地，地下室施工期间作为施工场地。基坑南侧分布有B1、B2建筑物，无地下室，基础桩顶标高为-2.000m，基坑围护桩中心线距离B1、B2建筑物基础10.50米左右。基坑西侧为新建的浙江工商学院6层建筑，基坑围护桩中心线距离新建浙江工商学院围墙最小距离约11米左右。由此可以看出，场地四周除西、北侧外其他两面比较开阔。考虑施工场地地下基坑开挖要考虑对周边环境的影响，设计时要根据周边施工环境进行不同的工况设计。基坑周边环境详见基坑支护总平面布置图1。
3 .2 工程地质条件
根据岩土工程地质勘察报告，本基坑围护设计具体参数见表1：基坑支护设计参数。
3.3 方案选型
基坑支护形式的选取必须综合考虑地下室的特点、周边环境和地质条件等因素，才能得到既安全可靠、经济合理，又施工方便的基坑支护方案。本基坑具有以下特点：
a. 本工程场地西侧为新建的浙江工商学院6层建筑物，基坑开挖和地下室施工应考虑对它的影响；
b. 场地南侧和北侧分布B1、B2、B5、B6非地下室工程桩基，桩顶标高为-2.000m，基坑变形要考虑对其影响；
c. 场地内基坑开挖主要地层影响为2-3层淤泥质粉质粘土，该层土性差，为高压缩性软塑淤泥质土，厚度大，对基坑开挖很不利。
d. 本基坑坑底附近为第2-3层淤泥土，层厚6.10~11.20米，厚度大，压缩性大，土质极差；第4层土为粉质粘土，层面埋深-13.16~-7.40 m，层厚0.50~9.90 m，土性较好，但层厚起伏较大。
本着“安全、经济、适用”的原则下，结合本基坑的特点和地区特色，对多种支护方案进行优选后决定采用放坡加水泥搅拌桩自立式挡土墙的支护形式。
3.4 基坑支护设计概况
水泥搅拌桩重力式挡土墙围护结构在宁波地区及沿海地区应用非常广泛，且成功的例子较多，对于挖深5.0米左右的基坑，搅拌桩支护具有施工方便、造价经济、工艺成熟、施工迅速的优点。
根据基坑开挖深度和周边环境，为方便地下室施工和挖土，本方案根据不同的挖土深度和周边环境采用不同的支护方案：
1）南侧、北侧靠近高桩基础区域，基坑挖土深度为3.950m，周边卸土空间小，先一级放坡1.8米开挖后，再采用4排水泥搅拌桩支护，为控制变形，保护周边工程桩，在内侧避开承台区域加设水泥搅拌桩支墩，间距不超过6米；支护单元结构断面图见图2。
2）东侧场地开阔，基坑挖土深度为4.600m，周边有卸土空间，先二级放坡2.7米开挖后，再采用4排水泥搅拌桩支护，为控制变形，在内侧避开承台区域加设水泥搅拌桩支墩，间距不超过6米；支护单元结构断面图见图3。
3）西侧靠近浙江工商学院，基坑挖土深度为4.80m，先一级放坡1.8米开挖后，再采用5排水泥搅拌桩支护，为控制变形，保护浙江工商学院建筑物，在水泥搅拌桩中设置9根钻孔灌注桩作为抗滑桩，并且在内侧避开承台区域加设水泥搅拌桩支墩，间距不超过6米；支护单元结构断面图见图4。
通过以上验算可以得出以下结论：
1）比较1-1、2-2断面，卸土放坡范围越大，水泥搅拌土挡墙宽度越小、支护系统变形也越小，安全性也越高。
2）比较3-3断面，水泥搅拌桩中设置刚性桩后支护系统变形减小，抗倾覆稳定系数、抗滑移稳定系数、整体稳定系数都有所提高，但抗隆起稳定系数无变化。
3.6 施工情况
1）深层水泥搅拌桩施工应满足《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002的要求。
2）相邻桩体的施工间隔不得超过24小时，原则上每一施工段宜连续施工。当遇特殊情况不能连续施工时，应采取加强措施消除搭接处的缝隙。
3）施工程序：围护桩施工→按设计要求放坡至水泥搅拌桩顶→设置地表排水系统及坡面垫层→基坑周边非地下室基础施工完毕后停止向上施工→分层挖土至地下室底板垫层底标高→设置坑内排水系统→立即设置底板垫层→底板垫层达到一定强度后施工承台→底板结构施工→剪力墙施工→回填至室外地坪→向上施工。
4）西侧水泥搅拌桩中设置的抗滑钻孔灌注桩应在水泥搅拌桩尚未硬化前施工完毕，以便和水泥搅拌桩共同作用。
5）基坑土方开挖过程中，在基坑围护系统上设置了深层土体位移、地面沉降、水泥搅拌桩顶水平位移等监测点，适时进行动态监测，信息化指导施工。从监测数据来看：深层土体位移最大为45mm，西侧靠近浙江工商学院处最大为30mm；桩顶最大位移最大为30mm，西侧为25mm。变形全部位于设计控制的范围内。
4经验总结
根据本工程设计和应用实践，在宁波软土地区基坑中采用深层水泥搅拌桩挡墙支护可参考以下经验总结：
1）深层水泥搅拌桩挡墙在软土地区应用于挖土深度6.0米以下、坑边有放坡空间的基坑中经济性最合理，如果不满足这些条件，应和其他的支护形式结合起来应用。
2）软土地区基坑中，深层水泥搅拌桩支护必须与卸土放坡结合起来应用，卸土放坡范围越大，挡墙厚度就越小，经济性越好，同时基坑变形也越小，基坑也越安全。
3）深层水泥搅拌桩在淤泥质土中强度增长缓慢，特别是淤泥中夹有泥炭等有机质土中应通过实验确定其适用性。
4）当周边环境对支护系统变形有严格要求时，采用水泥搅拌桩挡墙支护除计算变形满足要求外，还需采取其他构造措施，如：被动区设置加固墩，挡墙中插入刚性桩等措施控制变形。
5）考虑软土地区淤泥土的蠕变特性，对支护系统有变形要求的基坑，坑边土方开挖后应立即设置刚性垫层，减少支护系统初始变形。
参考文献
[1] 建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）.中国建筑工业出版社，1999
[2] 龚晓南，高有潮．深基坑工程设计施工手册．北京：中国建筑工业出版社，1998
[3] 建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002、J220-2002).中国建筑工业出版社，2002
Abstract：Based on my experience for many years， this paper expounds the design of deep cement mixing pile in soft soil retaining the applicable condition， main points of design, and through engineering examples，the deep cement mixing pile retaining wall in soft soil area excavation problems that should pay attention to the application of deformation and control measures for its wide application provides new ideas。
Key words：Deep cement mixing pile retaining wall， deep foundation pit supporting，soft soil area, the main design， the deformation control， creep