基坑土體加固設計重點

當基坑支護工程設計及施工中存在下列情況時，應採取適當的地基處理措施：

① 基坑地基不能滿足基坑側壁的穩定要求；

② 對周圍環境的預計影響程度超出有關標準；

③ 現有地基條件不能滿足開挖、放坡、底板施工等正常施工要求；

④ 基坑開挖過程中暴露出的質量問題，嚴重影響基坑施工及基坑安全。

對於有管湧和水土流失危險之處則更須預先進行可靠的預防性地基處理。必須加固的位置和範圍要選在可能引起突發性災害事故的地質或環境條件之處，包括但不限於以下條件：

① 液性指數大於 1。0 的觸變性及流變性較大的粘土層，基坑開挖較深，牆前土體有可能發生過大的塑性破壞；

② 地下水豐富的鬆散砂性土或粉砂土層；

③ 坑邊裝置過載區或坑外有較大的超載，或坑外有區域性的鬆土或空洞；

④ 基坑附近有重要的保護設施或對沉降較敏感的建築設施：

⑤ 坑周邊有較大的邊坡或較大的水位差；

⑥ 坑內區域性加深區域的加固。

基坑土體對基坑和環境的影響是一個綜合因素，與基坑結構型式、基坑規模與開挖深度、基坑環境保護要求、施工技術水平等有關，故基坑土體加固設計也應綜合考慮上述因素的影響。基坑變形及對環境的影響程度與土性和環境狀況有關，基坑土層條件和環境變化較大，單一基坑的周圍環境往往也有較大區別，故坑內被動區域的土體加固設計應區別對待，以達到加固設計合理，工程投資經濟、環境安全的社會效果。

一、基礎資料的收集與分析

為做好加固設計方案比較，必須強調準確的地質勘察資料對加固設計的重要意義。必須具備工程場地各層土在深度和水平向的準確分佈和層位標高，以及詳盡的物理、力學、化學性質指標和地下水狀況的資料。工程地質勘察應查明加固土層的分佈範圍、含水量、孔隙率等土體的物理力學性質指標。尤其要準確測定土的 pH 值、有機質含量、粘土礦物成分和顆粒組成，以免發生誤導而引起工程事故。故在基坑土體加固設計前應予以查明，以便更合理地選擇不同地質特性條件下的加固方法。

二、基坑加固方法的確定

基坑開挖前，應根據基坑穩定和變形控制要求進行基坑支護設計，並進行開挖對地基穩定或地層位移對保護物件影響的計算分析。根據地質水文條件和基坑開挖施工引數所設計的支護結構體系，預測基坑周圍地層位移。當經過精心最佳化圍護牆及支撐體系結構設計及開挖施工工藝後，預測周圍地層位移仍大於保護物件的允許變形量時，或基坑和環境存在安全困難和風險較大問題時，則必須考慮在計算分析所顯示的基坑地基薄弱部分，預先進行可靠而合理的地基加固，使基坑變形符合要求。

基坑支護結構型別繁多，基坑工程周邊環境各具特色，地質狀況複雜，當對基坑土體採取加固時，首先需考慮加固區域的確定與加固方案的比較。確定地基土加固方案時應根據加固目的、周邊環境、場地地質條件及施工條件、預期處理效果和造價等初步選定幾種加固方案，進行綜合技術經濟對比分析，從中選出相對經濟合理的加固方式，必要時也可採用兩種處理方法聯合使用或同時加強圍護結構整體性和剛度的綜合處理方案。

基坑土體加固設計應包括選擇基坑土體加固處理方法的理由及多種經濟技術比較、加固體平面佈置和豎向佈置及構造要求等，並對土體加固材料配比、水灰比、強度、基坑土體穩定或變形等進行計算複核。

三、基坑加固體的平面佈置

1．基坑土體加固樁位排列布置形式包括滿膛式、格柵式、牆肋式等 ，見圖24-2。

樁位滿膛式佈置的地基加固成本較大，一般僅應用於基坑外側環境保護要求較高的與基坑對應的被動區域或基坑面積較小的區域。

2．基坑土體加固的平面佈置包括加固體寬度、順圍護邊線方向的長度、間距，平面加固孔位佈置原則、土體置換率要求等。基坑土體加固的平面佈置原則上同水泥土重力壩的佈置。土體加固平面佈置形式包括滿膛式、格柵式、裙邊式、抽條式、墩式、牆肋式等 ，見圖24-3。

上述土體加固滿膛式佈置圖、格柵式佈置圖、抽條式佈置圖一般用於基坑較窄且環境保護要求較高的基坑土體加固中。土體加固裙邊式佈置圖一般用於基坑較寬且環境保護要求較高的基坑土體加固中。土體加固墩式佈置圖一般用於基坑較寬且環境保護要求一般的基坑土體加固中。

四、基坑土體加固的豎向佈置

基坑土體加固豎向佈置形式包括坑底平板式、回摻式、分層式、階梯式等 ，見圖24-4。

五、基坑土體加固的構造

1．加固體置換率

基坑土體加固體平面（置換率）和斷面佈置及固化劑摻量與基坑開挖深度是一個比較複雜的系統關係，很難透過單一資料予以確定，建立完全對應的比例關係在目前的技術條件下也是不現實的，必須結合不同的施工工法實踐和工程經驗確定，必要時進行計算複核。

有環境保護要求時或考慮加固後的土體m值或k值提高的坑內加固宜用格柵形加固體佈置，其截面置換率通常可選擇 0。5～0。8，在基坑較深或環境保護要求較高的一級或二級基坑中，可選用大值，反之可取用小值。

2．加固體的搭接和垂直度要求

相鄰樁的搭接長度不小於 150mm。樁的垂直度不小於 1/100。緊貼圍護牆邊的一排樁體寬度不宜小於 1。2m，宜連續佈置，且應採取措施確保加固體與圍護牆有效密貼，如攪拌樁和牆體之間的空隙應採用旋噴樁密貼。

3．加固體水泥摻量與加固體強度

根據開挖深度和環境保護等級確定其固化劑摻量和強度技術指標。加固體材料技術指標，包括加固體材料強度指標（水泥標號）、水泥摻量、加固體齡期、加固體強度等。加固時水泥（固化劑）摻入量，是以每立方被加固軟土所拌和的水泥重量計。加固體的強度取決於水泥摻合量和齡期，其能摻入土中的固化劑含量因施工工法的不同而有所區別，對水泥固化劑而言，常用的水泥種類為普通矽酸鹽水泥、礦碴水泥。基坑土體加固時的固化劑摻量和強度指標，受施工工法的限制，其能摻入土中的固化劑含量因施工工法的不同而有所區別，有關加固工法的水泥摻量及加固體強度一般如下：

⑴ 注漿加固時水泥摻入量不宜小於 120kg/m3 ，水泥土加固體的 28 天齡期無側限抗壓強度，比原始土體的強度提高 2～3 倍；

⑵ 雙（單）軸水泥土攪拌樁的水泥摻入量不宜小於 230kg/m3 ，水泥土加固體的 28天齡期無側限抗壓強度不宜低於 0。6MPa；

⑶ 三軸水泥土攪拌樁的水泥摻入量不宜小於 360kg/m3 ，水泥土加固體的 28 天齡期無側限抗壓強度 qu不宜低於 0。8MPa；

⑷ 旋噴加固時水泥摻入量不宜小於 450kg/m3 ，水泥土加固體的 28 天齡期無側限抗壓強度不宜低於 1。0MPa；

上述水泥摻量及其強度的關係不是絕對的，因地層條件和環境保護要求有別。在固化劑種類和摻入量相同的情況下，漿液噴攪時，土的天然含水量越低，加固土的強度越高。此外，不同種類的土在相同的水泥摻入量的條件下，兩者的加固體強度有差別，但其強度隨土中含水量增大而減少的遞減率比較接近。對有少量有機質含量和淤泥質粘土層厚度較大的地段及暗浜、雜填土、鬆散砂、淤泥質土，或流塑狀土等，應適當增加水泥摻量，或透過加固試驗確定。對重要複雜的基坑工程或基坑比較深且環境保護要求高的基坑工程，應進行現場加固試驗確定其適應性，合理確定加固方法和加固強度。考慮加固體的 m 或 k 值採用比相應土體本身高的數值時，必須滿足相應的水泥摻量要求。

攪拌法或高噴法的水泥用量較大，造價也高，且對空氣和地下水環境有一定的汙染作用。所以尋求經濟合理且環保，以降低工程投資且又環保的加固方法或加固材料是急需研究探討的課題之一。為推動地基土固化劑技術的發展，可考慮選擇水泥固化劑以外的固化材料，但應選擇場地土壤進行現場試驗，並與採用水泥固化劑材料加固時的試驗效果進行對比確定。

4．加固體強度與齡期的關係

加固體的無側限抗壓強度比原始土體的抗壓強度可提高數十倍以上，但加固體的強度與土質及含砂量、齡期、水泥品種及摻入比、土的含水量、外摻劑、水灰比等有關。水泥土的抗壓強度隨加固齡期而增長，它的早期強度增長並不明顯，在低溫條件下，水泥土的強度隨齡期增長更慢。強度增長主要發生在齡期 28d 後，並且持續增長至 120d，其增長趨勢才減緩。在深基坑中可利用水泥土的後期強度，但在淺基坑中則是不利因素，往往會因為工期提前開挖而發生基坑坍塌事故。

5．攪拌加固體上部引孔段回摻要求

開挖面以上的固化劑回摻量應與施工工法的特點結合，並考慮坑邊環境和基坑深度的影響。工程實踐表明，以往採用攪拌工藝時基坑上段回摻 7%的水泥摻量，加固效果往往達不到工程要求，低水泥回摻量並不符合工程計算對土體的力學效能指標要求，故而造成實測的牆體變形遠大於計算值。因此，當環境保護要求較高的情況下，坑底以上適當高度宜採用與坑底接近的摻量攪拌回摻，更不能全部空鑽。

6．加固體外摻劑要求

加固體摻加外摻劑是為了改善水泥土加固體的效能和提高早期強度。由於土性的差別，水泥土強度和增長速度也有區別，為提高加固的效果，需根據不同的土性選用相應合適的外摻劑和外摻量。加固體外摻劑應考慮加固土的土性（暗浜、軟弱土、有機土、回填區、砂性）、開挖深度、周邊環境等因素。經常使用的外摻劑有碳酸鈉、氯化鈣、三乙醇胺、木質素磺酸鈣等。透過摻加外摻劑以改善水泥土加固體的效能和提高早期強度，但相同的外摻劑以不同的摻量加入於不同的土類或不同的水泥摻入比，會產生不同的效果。

藉此介紹一種特種粘土固化漿液技術，該特種粘土固化漿液由特種結構劑、水泥、粘土、水配製而成，具有優於現行普通水泥漿液、水泥粘土漿液等多項效能。如漿液具有析水率低、穩定性高和結石率高、膠凝時間短和早期強度上升快、固化結石體強度高等特點。工程應用無環境汙染、施工簡便、造價很低。可用於港口碼頭、堤壩、基坑圍護、邊坡、隧道、採礦等注漿防滲加固，該技術已成功用於安徽馬鋼公司姑山礦採場東幫 100m 高邊坡、廣西南寧邕江防洪大堤江濱醫院段、廣西龍州金龍水庫主壩、江西萍鄉蘆洞水庫大壩和紅旗水庫大壩、北京地鐵 5 號線雍和宮站回填土地基等幾十個工程，取得了顯著的技術經濟效益。2004 年透過水利部科技成果鑑定，2005 年獲得中國發明專利授權和廣西壯族自治區政府科技進步一等獎。該技術運用於廣西龍州縣境內的金龍水庫的堵漏加固取得成功。該金龍水庫位於岩溶地區，岩溶型別繁多、發育強烈，庫水大量外漏，壩頭與基岩銜接處常年大量漏水，雖然過去經過歷年多次注漿堵水處理（採用普通水泥漿液、水泥粘土漿液注漿），但是收效一直不顯著。採用特種粘土固化漿液技術處理後，進行注漿施工效應檢測結果，檢測結果完全符合設計要求。由抽取的巖芯可見，特種粘土固化漿液的結石體與碎石、土之間密實結合，見下圖 24-5。