王愛民

（江蘇省淮安市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司， 江蘇 淮安 223001）

0 引言

水泥土攪拌樁是采用水泥作為固化劑，通過特殊的施工機(jī)械，在地基內(nèi)部將軟弱土體和固化劑進(jìn)行攪拌，利用軟弱土和固化劑產(chǎn)生物理、化學(xué)反應(yīng)，使軟弱土固化形成具有一定強(qiáng)度和整體性的地基[1-4]。

水泥土攪拌樁作為止水帷幕是目前常用的方法[5]，原狀土體經(jīng)加固后所形成的水泥土是一種強(qiáng)度介于素土和混凝土之間的物質(zhì)，滲透系數(shù)達(dá)到 1×10-9～1×10-6cm/s[6]，比天然土體滲透系數(shù)小的多，具有較好的止水防滲能力，但現(xiàn)行基坑規(guī)范[7]沒有給出具體的設(shè)計(jì)方法。本文就水泥土攪拌樁作為止水帷幕設(shè)計(jì)時，利用簡單的巖土力學(xué)概念，對止水帷幕的寬度、厚度、基坑涌水量等問題作一探討。

1 豎向止水帷幕深度的確定

為了避免出現(xiàn)流砂現(xiàn)象時，應(yīng)該利用公式（1）判別其是否符合流砂出現(xiàn)條件[8]。當(dāng)不滿足相關(guān)要求時，應(yīng)該調(diào)整豎向止水帷幕施工深度，使之滿足設(shè)計(jì)要求，安全系數(shù)Fs一般取1.5～2.0。

圖1 流沙驗(yàn)算示意圖

另一種則是阻止或減少基坑外地下水向坑內(nèi)的滲流，豎向止水帷幕施工深度的設(shè)置通常與地基土層分布情況有關(guān)，下面按照兩種情況進(jìn)行分析：

（1）在基坑底部標(biāo)高下部，支護(hù)樁樁底標(biāo)高以上有黏性土存在時，豎向止水帷幕一般進(jìn)入黏土層1～2m即可。豎向止水帷幕進(jìn)入黏性土層形成落地式止水帷幕，豎向止水帷幕和基坑底部的粘性土層共同形成一個相對封閉的基坑止水系統(tǒng)。此時需要驗(yàn)算基坑底部的突涌破壞條件，如圖2所示。當(dāng)滿足下式（2）的要求時，不會發(fā)生突涌破壞，當(dāng)不滿足下式（2）的要求時，會發(fā)生突涌破壞，此時可以設(shè)置減壓井以降低承壓水頭。

圖2 突涌驗(yàn)算圖

（2）在厚度較大透水土層中，支護(hù)樁入土深度明顯低于透水層的厚度，豎向止水帷幕深度未能超過透水土層，形成懸掛式止水帷幕，如圖3所示。

圖3 懸掛式止水帷幕示意圖

由《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》JGJ120-2012中C02懸掛式帷幕地下水滲流的流土穩(wěn)定性驗(yàn)算公式：

可以推出常用的懸掛帷幕嵌入長度計(jì)算公式：

式中：Kse─流土的穩(wěn)定安全系數(shù)；

D─止水帷幕底面到基坑底部土層的厚度(m)；

D1─潛水面、承壓水頂面到坑底土層厚度(m)；

γ′─土有效重度(kN/m3)；

Δh─坑內(nèi)外總水頭差(m)；

γw─水重度(kN/m3)。

2 豎向止水帷幕厚度的確定

《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》JGJ120-2012沒有對豎向止水帷幕厚度的確定提出相關(guān)的計(jì)算公式。筆者查閱了相關(guān)的資料，認(rèn)為按考慮主動土壓力作用計(jì)算豎向止水帷幕厚度的方法在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中簡便實(shí)用。如果基坑場地范圍內(nèi)地下水的水位深度為H，坑內(nèi)和坑外的地下水的水頭差為△H，基坑的挖深為h，主動土壓力計(jì)算采用水土分算方法，如圖4所示，具體方法參考《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》JGJ120-2012。豎向止水帷幕承受的靜水壓力P采用公式（5）進(jìn)行計(jì)算：

圖4 止水帷幕受力示意圖

當(dāng)?shù)鼗翞榫|(zhì)時，豎向止水帷幕在（H＋△H）位置承受的主動土壓力強(qiáng)度e為（扣除靜水壓力）：

將（H＋△H）位置處單位高度豎向止水帷幕簡化為一根簡支梁，簡支梁跨度為相鄰支護(hù)樁的中心距L，支座為支護(hù)排樁，則豎向止水帷幕在主動土壓力條件下受到的剪力Q為：

止水帷幕體抗剪強(qiáng)度τ為：

單位深度止水帷幕體極限抗剪力f為：

定義安全系數(shù)為：

將可得止水帷幕厚度b（單位m）的表達(dá)式：

其中：σ0—地表均布荷載（kPa），c0—土的粘聚力（kPa），Ka=tan2(45°-φ0/2)，φ0—土的內(nèi)摩擦角（0）,γ0—土的天然容重，γ0′—土的浮容重( k N/m3)，rp—止水帷幕體容重( k N/m3) ，γw—水的容重(k N/m3)，c—止水帷幕體粘聚力（kPa），φ—止水帷幕體內(nèi)摩擦角（0），γ—止水帷幕體抗剪強(qiáng)度。

3 基坑涌水量計(jì)算

當(dāng)基坑周圍布置支護(hù)擋墻，其入土深度小于含水層的底部（圖5），地下水從基坑的外部越過支護(hù)擋墻底部流入坑內(nèi)的涌水量可以按照公式（12）計(jì)算[8]：

式中：B——基坑的邊長，m；

H——坑外地下水位與坑底水位差（m）；

M——含水土層的厚度（m）；

h——坑外水位到支護(hù)擋墻底部的深度（m）；

T——坑底水位到支護(hù)擋墻底部的深度（m）；

b——止水帷幕的厚度（m）。

圖5 涌水量計(jì)算簡圖

下面對公式（12）進(jìn)行討論：

（1）當(dāng)M小于h時，止水帷幕進(jìn)入隔水層，地下水滲流被阻隔，無滲流發(fā)生。

（2）當(dāng)M等于h時，止水帷幕的底部正好到達(dá)隔水層頂部，地下水的滲流達(dá)到臨界狀態(tài)，經(jīng)濟(jì)性好。

（3）當(dāng)M大于h時，止水帷幕底未到達(dá)隔水層，止水帷幕的底部易于產(chǎn)生地下水的滲流。由公式（12）可知，含水土層厚度M越大，基坑因滲透而產(chǎn)生的涌水量就越大。到底要插入多深才能保證造價可以接受而滲流最小，龔曉南公式未說明。有學(xué)者提出止水帷幕進(jìn)入承壓含水土層大于等于0.5倍含水層厚度，或者大于等于9m，在某些工程中應(yīng)用效果不錯，但是沒有相應(yīng)的理論支撐。

4 結(jié)論

豎向止水帷幕深度的確定為了防止流土出現(xiàn)，需要作流砂條件驗(yàn)算。在支護(hù)樁的底部以上，基坑底部標(biāo)高下有黏性土?xí)r，豎向止水帷幕只需插入黏性土適當(dāng)深度，同時需要驗(yàn)算基坑底部的突涌破壞條件，當(dāng)不滿足突涌破壞條件的要求時，可以設(shè)置減壓井以降低承壓水頭。豎向止水帷幕厚度的確定可按考慮主動土壓力作用計(jì)算豎向止水帷幕厚度的方法，在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中簡便實(shí)用?；拥目偹坑?jì)算按龔曉南提出的公式到底要插入多深才能保證造價可以接受而滲流最小，關(guān)鍵在于M的取值，要根據(jù)具體的實(shí)際情況和地方經(jīng)驗(yàn)確定。