1、水泥搅拌桩在软土基坑边坡的应用 摘要：水泥搅拌桩广泛用于软土加固改良，本文主要从水泥搅拌桩的另一工程实践出发，说明水泥搅拌桩在软土基坑边坡防护方面的应用情况，提出水泥搅拌桩可以在软土基坑围护中应用的结论，特别是在邻近铁路营业线的基坑边坡防护工程中可以推广应用。 关键词：软土基坑搅拌桩边坡防护监测 中图分类号： TV551.4文献标识码：A 文章编号： 水泥搅拌桩在我国的应用前期主要是在软土加固，构成复合地基以支承建筑物或结构物，近十多年开始将水泥搅拌桩大量用于基坑工程，其中尤以上海或沿海各地为多，此种应用又以水泥搅拌桩重力式围护墙形式居多。本文将介绍水泥搅拌桩在邻近铁路营业线基坑边坡防护方面的
2、应用和探讨。 1工程概况 本工程为新建12.5m-12.5m双孔下穿津山铁路的框构地道桥，中心里程为津山线K222+241。框构地道涵结构净高6.8m，结构全高8.9m,净宽度12.5m-12.5m，拟建桥体中线与津山线夹角为45，预制箱体前悬与顶进中线交角约为55。顶板与内墙厚度均为1.0 m，底板与外墙厚度均为1.1m，采用预制顶进法施工，顶程为64.1m。 拟建桥位处分别为津山上行线、下行线，电气化铁路，线路大致呈南北走向，桥位处两股线路基本为直线，没有道岔。线间距约为5.2m，轨道类型均为60kg/m，钢筋混凝土轨枕，级干线，线路允许最大速度为170km/h。 框构底板底设计高程为-6
3、.976m，位于淤泥质粉质粘土层，承载力70kpa，基坑开挖前需对基地进行加固处理，基坑开挖前需用水泥搅拌桩进行边坡范围内的防护加固。 勘察期间稳定水位高程1.503.20m，较箱体底板高很多，不能满足施工要求，工作坑开挖前需施工止水帷幕并采用井点降水。 2工作坑布置 工作坑设置在铁路东侧，箱体由东向西顶进，工作坑四周平坦开阔，无建筑物，因此采用放坡开挖的形式。工作坑上坡脚距离津山上行线路中心22.8m，工作坑开挖深度约8.0m，邻近营业线的工作坑两角的围护结构利用钻孔桩结合止水帷幕处理，明确基坑边坡防护范围，基坑边坡就是营业线路基的边坡。工作坑边坡防护的措施主要有分步开挖、止水帷幕桩、钻孔桩
4、、混凝土喷锚、降水井、水泥搅拌桩，具体布置情况详述如下，并参见图1和图2。 分步放坡。由于基坑较深，一次放坡到底不利于边坡稳定，因此放坡比例分为为1：1和1:1.5，开挖时分两层进行，每层开挖为4米，第一层放坡比1:1，第二层放坡比1:1.5，中间设置2m二步台，使下坡成为上坡的反压护脚。 止水帷幕桩封闭。采用双排止水帷幕桩封闭基坑四周，使基坑内外的水系有效分隔。基坑四周的设置止水帷幕桩长20m、桩径60cm，咬合20cm、双排布置，水泥含量20%，采用PO32.5水泥，桩顶部与地面齐平，底部标高为-19m。 钻孔桩支护。主要是箱体顶进需要的后背桩采用钻孔桩结构辅以钢筋混凝土分配梁。还有路基四
5、角为下道顶进工序防护铁路路基而设置四角防护钻孔桩，其中两角与基坑边坡形成一体工作。 图1工作坑防护措施平面布置示意图 混凝土喷锚。开挖完成后对基坑四周进行钢筋混凝土喷锚，厚度10cm，采用C20早强混凝土，设置单层钢筋网片，钢筋直径8毫米，网孔间距15cm15cm，保证边坡的稳定。 降水井降水。根据现场情况，地下水位为1.503.20m，基坑开挖深度8m，位于地下水位以下4.8m6.5m，工作坑内及路基部分采用管井降水，井深14m，井底标高-13m。 基坑内降水井布置在工作坑内四周，基坑内设置为41口。路基降水井布置在上下行两侧5m以外，共2排，合计48口。 工作坑降水期间路基降水井不降水，工
6、作坑降水需向北京铁路局提报A类施工计划，待批复后进行。 水泥搅拌桩加固。水泥搅拌桩主要用于两方面，一方面是工作坑边坡防护，另一方面是基底软土加固。其中基底软土加固的水泥搅拌桩间距1m，桩径0.6m，深入基底以下7m。 而对于基坑边坡防护的水泥搅拌桩布置有所不同。对基坑内及两侧二步台进行水泥搅拌桩加固，桩径0.6m，间距1m满堂布置；既有线一侧为保证基坑开挖及开挖后既有线路安全，边坡处全部采用水泥搅拌桩进行加固，坡面处桩心间距0.8m，桩底标高-13.976m，桩顶标高随坡面升高提升，对线路侧坡面满堂布置。水泥掺量为被加固土体的20%，水灰比0.5。 图2工作坑防护措施布置立面示意图 3工作坑开
7、挖 3.1工作坑开挖条件 后背桩、路基三桩达到设计强度的1.15倍、地基加固达到设计强度、工作坑内降水降至滑板顶1m以下时，按北京铁路局文件要求办理完成相关手续，方可进行工作坑开挖。 3.2开挖方法 工作坑宽度55.94m，最大处挖深约8.5m，挖运土方25240m3，框构上坡角距离线路中心22.8m。工作坑开挖先进行削坡，采用人工配合机械。自南向北将基坑大致分为等宽四段，分两层开挖，第一段和第四段同时由东向西开挖，第一层开挖完成后，观测路基、线路及基坑边坡情况，若处于稳定状态，由西向东继续开挖一、四段的第二层，开挖完成后立刻进行锚喷混凝土，以稳定坡面。观测路基、线路及基坑边坡情况，若处于稳定
8、状态，继续开挖第二段和第三段，由西向东，四台挖掘机分层开挖，一次到底。若线路变化较大，立即进行回填。工作坑开挖完毕后，继续观测线路。 挖至基坑底面，同时设专人观测线路变化情况。机械开挖至设计标高以上15cm处，人工清至设计标高，防止扰动原状土。基坑开挖过程中，测量组做好坡面沉降观测，每隔6-8米，梅花形布置控制点，间隔不大于6个小时观测一次，一旦发现变化，立即减缓开挖速度并做好防范措施，观测值若大于规范值，立即组织回填并启动基坑开挖应急预案。 4工作坑监测与分析 基坑开挖前应做好变形监测的准备，包括监测点布置、控制桩确认、监测仪器、监测频率、变形警戒值确定等。 4.1监测点布置。两条既有线路轨
9、枕顶面分别设置10个观测点，约每6m一个，观测线路的沉降，并编号记录；在路基与工作坑之间包括中心线对称设置三道监测带，监测带布置要尽可能的反映基坑边坡变形范围，每个监测带上分别设置10个监测点，每个测点间距约1m；其它边坡由于周边没有特别建筑物，因此不设监测点，如图3所示。对于该工程来讲，既有铁路的行车安全就是顺利施工的最大前提，因此所有监测均围绕营业线稳定布设。 图3基坑施工监测点布置示意图 4.2监测时应尽可能使用同一控制坐标系内的控制桩，便于消除不同坐标控制桩间的误差积累；线路沉降观测以水准仪和道尺为主要监测仪器；而基坑边坡变形则以全站仪监测各测点的位移变化为主要指标。 4.3监测频率。
10、按照北京铁路局设备主管单位的意见，既有营业线的沉降观测频率一天不能少于4次，因此确定每6小时监测一次，为便于同步监测，基坑测点也按每6小时一次的频率进行变形监测。监测结束以连续7天未出现新变形为准，而且不能一次全停止监测，应从降低监测频率到缩小监测范围陆续停止。监测仪器要尽可能选择在列车振动影响较小的区域。 4.4监测报警值。进行线路的变形监测时，线路养护维修规范已明确了线路的变形容许值，本工程在开挖基坑前已申请列车限速80Km/h行驶，此时线路容许沉降变形达到10mm容许位移变形达到5mm。一旦累计变形值达到此变形值应立即组织专业人员进行线路整修。如果基坑边坡变形速率逐渐变大，则应停止基坑开
11、挖，并立即组织回填，另行研究防护方案。 4.5监测结果。 本工程监测工作量庞大，从基坑开始开挖到基坑底滑板完成，确认基坑完全稳定后才停止监测，本文只列出敏感部位（基坑边坡中间附近）的监测结果供论证采用，参见表1。 从表1中可以看出，基坑在开挖到稳定阶段最大累计位移变形为10mm，远小于有关资料所记录的位移变形值，沉降变形累计值只有几个毫米，因此水泥搅拌桩在本工程的基坑边坡防护中起到了决定性作用，而其它侧的边坡位置都不同程度的出现了变形裂纹，有的甚至到稳定后达到近2cm。从同一监测带上看，基坑边坡在开挖阶段变形较大的部位在靠近基坑边附近，越远离基坑边越稳定，在距基坑边3m以外就监测不到位移变形了
12、。但在进行铁路监测时在后期还是出现了局部沉降变形，达到10mm左右，究其原因主要是列车长期振动导致线路沉降，但位移变形几乎没有监测到，进行铁路专用设备的道尺检查时也满足铁路规范值要求的行车条件。 基坑边坡中间带监测点位移数据整理结果（单位：mm）表1 从几个关键部位的监测数据来看，水泥搅拌桩进行基坑边坡防护起到了决定性的作用，说明本工程在采用水泥搅拌桩进行基坑边坡防护是可行的。 4.6结果分析 水泥搅拌桩的优势是软土的改良加固，承受竖向荷载，而基坑边坡防护实际是利用水泥搅拌桩的抗剪强度来改良软土基坑边坡的稳定性。目前各类资料反映水泥搅拌桩应用于基坑围护的工程案例主要以水泥土重力式围护墙为主，而
13、且围护的基坑深度大多在7m以内，基坑开挖越深，面积越大，墙体侧向位移越难以控制，水泥土重力式围护墙开挖深度超出7m时，墙体最大位移可能达到20cm以上，因此建议水泥土重力式围护墙的基坑深度不宜超出7m。而本工程在利用水泥搅拌桩进行基坑边坡防护时，边坡是基本稳定的，主要原因有： （1）基坑距铁路营业线较远，工作坑上角脚距离津山上行线路中心22.8m，使铁路活载的振动对基坑边坡稳定的影响没有突破水泥搅拌桩的强度。 （2）本工程的水泥搅拌桩施工质量优良，经检测，水泥搅拌桩的无侧向抗压强度达到350KPa，比原状的淤泥质土承载力提高了数倍。 （3）水泥搅拌桩加固基坑边坡后，该部位的土质渗透性明显降低，
14、与其它部位相比，有水泥搅拌桩的边坡基本无水渗出，而其它侧边虽有止水帷幕桩封闭，仍有少量水渗出，因此水泥搅拌桩大大改善了原状土的抗渗性。 （4）基坑底部的水泥搅拌桩虽然没有直接防护边坡，但从根本上防止的边坡流坍和基坑底的隆起，确保了基坑的整体稳定性。 5施工注意事项 水泥搅拌桩防护边坡侧向位移的控制能力在很大程度上取决于桩身的搅拌均匀性和强度指标，因此水泥搅拌桩在施工过程中应严格按照搅拌桩的既定工艺规范施工，确保水泥搅拌桩的施工质量。 工作坑开挖时利用既有线上、路基及基坑边坡布设监测点随时进行观测，发现位移超过警戒值，立即停止开挖，进行线路检修，若仍有变化立即进行回填。基坑开挖完毕后保持对基坑边
15、坡检测点监控，确保行车安全、路基稳定。 基坑开挖施工必须向北京铁路局提报A类施工计划，安排专业线路工观测线路情况，一旦发现线路变化值超过警戒值，立即停止基坑开挖，配合工务段检修线路。 所有线路监测作业利用列车间隔进行，因此必须有专职防护人员和驻邻近车站人员进行安全防护。 邻近既有营业线开挖基坑时，应办理限速行车手续，主要为了便于整修线路，一是限速后的线路容许变形会适当加大，二是便于作业人员安全防护。 在开挖基坑时，先从邻近营业线侧的基坑开始作业，一是便于观察基坑边坡变形情况，二是容易采取应急措施，及时制止基坑变形的恶果。 基坑边坡上的水泥搅拌桩应在基坑开挖前完成，并全部搅拌到地表，以确保加固防
16、护边坡的水泥搅拌桩的施工质量。 6结论 经以上论述能得出以下结论： 在淤泥质软土条件下的基坑边坡防护采用水泥搅拌桩是可行的，而且不一定以水泥土重力式围护墙的结构形式作业，完全可以根据现场实际情况布置。 水泥搅拌桩防护基坑边坡的稳定性除了对开挖深度敏感外，水泥搅拌桩的施工质量是个不可忽略的因素，它直接决定基坑开挖时的稳定性。 基底进行水泥搅拌桩改良加固，不仅提高了基底的承载力，而且也为基坑的整体稳定性提供了有力的保障，有效降低了基底隆起、边坡倾覆的风险。 本工程的基坑上坡角距线路较远，今后可以继续探索水泥搅拌桩用于邻近营业线基坑边坡防护时能否使基坑再向铁路靠近，以缩短后期箱体顶进的距离。 主要参考文献： 1 李少鹏，周锐.津榆公路212.5m双孔框架地道桥施工组织设计文件.中铁六局天津铁建公司，2011。 2 陈达.津山线K222+241天津市津渝公路212.5m双孔框架地道桥工程施工图.中铁咨询工程设计研究院，2010。 3 刘国彬，王卫东.基坑工程手册.中国建筑工业出版社，2009。 4公路桥涵施工技术规范.人民交通出版社，2000。 5营业线施工管理实施细则（435）.北京铁路局，2008。第 10 页 共 10 页
