水泥土桩在芜湖地区深基坑支护中的应用分析

马玉德

(安徽省核工业勘查技术总院，安徽 芜湖 241002)

1 概述

由于我国土地资源整体呈人多地少的态势，为缓解这种局势，现在的建筑物都呈深度纵向发展，即地上越来越高地下越来越深。深基坑的使用也越来越多，水泥土搅拌桩的应用范围也越来越广泛。以往普遍都是作为深基坑止水帷幕来使用的水泥土搅拌桩，近两年来随着市场的不断变化，被大规模的作为支护桩来使用，然而产生的效果确并未达到预期。

2 水泥土搅拌桩的性能

水泥土搅拌桩是采用水泥作为固化剂的主要材料，通过搅拌机械，将固化剂和地基土强制搅拌形成竖向增强体的复合地基。通过这种方法可以提高地基土的强度，增加变形模量。用于加固饱和软黏土，特别是处理正常固结的淤泥质土，效果比较显著。按照它的施工工艺可以分为浆液搅拌法(湿喷)和干粉搅拌法(干喷)。水泥土搅拌桩作为柔性结构设计，多用于竖向荷载的承重，并不能承担较大的水平荷载受力。

3 工程案例分析

3.1 工程概况

芜湖地处长江南岸，位于长江与青弋江交汇处。境内整体地势呈东南高，西北低之势，虽属长江冲积平原地形，但受地貌单元的影响，地质条件比较复杂。其境内广泛分部着饱和淤泥质粉质黏土层。

芜湖某基坑地处芜湖市城南高新技术开发区内，基坑面积约7 000 m2，整体呈L型布局，基坑开挖深度6.3～7.3 m，基坑安全等级二级。该基坑开挖深度较深，土质较软，对周围环境有较大影响，属风险性较大工程。

3.2 工程地质条件

项目所在区内属北亚热带和中亚热带过渡地带，属季风气候区，气候温和湿润，四季分明。场地临近长江，地表径流主要受降雨控制，地表水受季节及汛期影响较大。长江水量丰实且洪水汛期水位高，根据水文资料，长江最低水位1～2月份，平均水位为7.42 m，最高洪水位为10.96 m(1954.8.25)。场地原为池塘及农田，经回填后已平整。基坑所涉及区域地层分部如下：

第①杂填土(Q4ml)：杂色、灰褐色，湿，松散，主要为粉质黏土、粉土，部分为松软黏性土夹砂，含少许建筑垃圾等，上部约0.3 m含植物根茎少许。本层松散状，不均匀，层厚 0.40～1.80 m， 层顶高程5.81～6.60 m，该层在场地内普遍分布。

第②层粉质黏土(Q4al)：褐黄色，软塑～可塑，湿，含铁锰结核少许，干强度中等，韧性中等，切面稍有光滑，无摇振反应。层厚0.50～2.10 m， 层顶高程4.82～6.33 m， 层顶深度0.00～1.20 m。

第②1层粉质黏土(Q4al)：为夹层，褐黄色，硬塑，湿，含铁锰结核少许，干强度中等，韧性中等，切面稍有光滑，无摇振反应。层厚3.30～4.00 m， 层顶高程4.56～4.98 m， 层顶深度0.20～1.60 m。

第③层淤泥质粉质黏土(Q4al)：青灰色，流塑～软塑，饱和，含腐植质，局部含木炭，干强度中等，韧性中等。层厚0.70～15.7 m， 层顶高程0.87～5.06 m， 层顶深度1.00～5.30 m。该层厚度大，力学性质较差(力学指标见表1)，不可作为基础持力层。

第④层粉质黏土(Q4al)：褐黄色，湿，硬塑，局部可塑，含铁锰结核少许，干强度中等，韧性中等，切面稍有光滑，无摇振反应；层厚3.50～20.40 m， 层顶高程-11.43～4.03 m， 层顶深度2.00～17.60 m。

表1 各地基土层力学指标参数值

3.3 设计与施工

该基坑设计采用放坡土钉结合水泥土搅拌桩坝体的围护形式。南侧及东南侧放坡空间不足，采用水泥土搅拌桩坝体(重力式挡墙)，坝体宽度5.0 m，桩长14.50～15.40 m，内外两侧沿基坑走向间隔1.0 m插8.0 m长Φ48 mm×3.5 mm钢管，其他区域采用卸载2.5 m放坡结合水泥土搅拌桩的围护形式，坑内四周做软地基加固处理。水泥土桩施工采用Φ700两轴搅拌桩，使用P.O42.5级普通硅酸盐水泥，掺量为15%，浆液水灰比控制在0.50～0.60之间，桩体间搭接不小于200 mm。水泥土桩体28 d无侧限抗压强度不小于0.8 MPa。放坡采用土钉墙支护。

因第③层土为淤泥质粉质黏土，为防止该层土开挖后强度值达不到设计要求，施工采用四搅三喷的方案，所谓四搅三喷即搅拌桩施工从开始向下钻进就开始喷浆为一搅一喷，钻进结束钻具上提时继续喷浆为两搅两喷，再次下钻时停浆为三搅两喷，最后提钻时继续喷浆为四搅三喷。桩体施工保持连续性，桩体间搭接时间不大于10 h。水泥浆液的配置严格按照设计要求配置，喷浆泵送压力大于0.3 MPa，提升(或下沉)速度不大于0.5 m/min，垂直度不大于1%，流量、深度等均按规范控制。

3.4 支护效果及处理措施

基坑开挖采用分区域挖土，先开挖北侧放坡加水泥土搅拌桩支护部分，开挖严格按照分层开挖的原则，即每层控制在1.5～2.0 m之间。由于坡顶有2.5 m采取卸载加放坡支护，开挖后整体效果比较理想，只有一处腐殖质(有机质)含量较高部位出现小范围的坍塌(图1)。后经过处理并未对基坑整体产生过大影响。

图1 小范围坍塌部位

南侧水泥土搅拌桩坝体(重力式挡墙)部分因基坑顶部与原地面标高保持一致，未采取卸载放坡的形式，坑底标高要低于其它区域约0.5 m，故该区域基坑绝对深度要比其它区域深约3.0 m。当开挖至4.5～5.0 m时南侧出现位移报警，24 h竖向位移最大360 mm，水平位移最大120 mm(图2)，支护结构基本破坏。后经紧急回填对该区域进行取芯检测，检测结果显示该区域有三组芯样在5.0～7.0 m之间无侧阻单轴抗压强度均未达到设计要求，分别为0.6，0.7，0.7 MPa，而且芯样中含有大量腐植质(图3)，其余部位均大于1.0 MPa。

图2 水平和竖向位移

图3 芯样

对该区域的处理方式是水泥土搅拌桩坝体卸载2.0 m，坑内采用12 m长Ⅴ型拉森钢板桩支护，内支撑使用200 mm×400 mm工字钢围檩加609钢管角撑，外部使用八根拉锚(图4)。开挖后变形监测结果显示在正常范围内。

图4 拉森钢板桩支护

3.5 原因分析

事后对该项目事故进行了分析，主要存在以下四点原因：

(1)根据勘察报告中力学指标显示第③层淤泥质粉质黏土层的地基承载力标准值为65 kPa，即约65 kN/m2，从现场芯样来看对腐殖质的处理几乎等于无效。基坑开挖后无侧限的情况下，重力坝自身的重量大于100 kN/m2，也就是说通过重力坝自身的重量就有可能将坝体压垮。

(2)根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79—2012)的强制性条文第7.3.2条明确规定“水泥土搅拌桩用于处理泥炭土，有机质土，pH值小于4的酸性土，塑性指数大于25的黏土，或在腐蚀性环境中以及无工程经验的地区使用时，必须通过现场和室内试验确定其适用性”。在方案设计时考虑不周，未进行试验。

(3)水泥土桩是柔性结构，用于抗压的软地基处理效果都很理想，但是用于抗剪切力的支护结构效果就会大打折扣，虽然采用插钢管的刚性加固措施但是效果微乎其微，方案过于注重理论计算而忽视了对现场实际的考量。

(4)施工过程中因对施工方案的实施不到位以及监督检查不到位，施工工艺及参数有所欠缺，导致基坑变形过大。

4 结论

水泥土搅拌桩是软土加固常用的一种较经济的加固结构，但是目前对水泥土搅拌桩加固的变形破坏特性认识不清，相应的稳定性评价理论研究较少。使我们在使用水泥土搅拌桩时过于盲目自信，忽视了通过现场和室内试验确定合适的施工工艺和参数，也忽视了对现场实际情况的考察而过于注重理论，导致了事故的频发。通过以上案例分析，再结合近期在芜湖发生的多个类似的事件，不难发现在芜湖地区用水泥土搅拌桩作为支护桩来使用的可靠性并不高。水泥土搅拌桩只能增加土体的竖向抗压强度，而它的抗剪强度却是很差的。用于竖向受力的软土地基加固可靠性很高，但是用于横向受力的基坑支护要慎重，如果必须要用，那么要严格按照规范要求通过现场和室内试验确定其可靠性和适用性，再配合可靠的加强措施方可实施。

5 结语

综上，希望可以通过失败的案例来为芜湖地区水泥土搅拌桩的应用提供宝贵的经验，能够使相关单位在设计施工中少走弯路，谨慎使用。