是一种常见于基坑工程和边坡支护中的挡土结构。它是利用水泥(或其它固化剂)作为主固化材料,通过深层搅拌、高压喷射等机械手段,将原位土体与水泥浆强制搅拌混合,形成连续搭接的水泥土桩墙,主要依靠墙体自身的重量来抵抗土压力和水压力,维持基坑或边坡稳定的支挡结构。
简单来说,它就是用水泥和原地上的土混合,做成一堵厚重的墙,靠自身的重量‘坐’在那里挡住土。
一、水泥土挡墙的稳定性与
· 抗滑移稳定性:防止墙身沿基底向前滑动。根据《建筑基坑支护技术规程JGJ120-2012》6.1.1条来看,其本质是力的平衡,即抗力与滑动力的平衡。抗力主要包括三个部分,①被动水土压力;②竖向支撑力(重力G-水压力U*B)产生的摩阻力(tanφ为摩擦系数);③粘聚力提供的摩阻力c*B。滑动力主要为主动的水土压力。
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· 抗倾覆稳定性:防止墙身绕墙趾向前倾倒。根据《建筑基坑支护技术规程JGJ120-2012》6.1.2条来看,其本质是力矩的平衡,即抗力矩与滑动矩的平衡(对挡墙的左下角取矩)。抗力矩主要包括两个部分,①被动水土压力产生的力矩;②竖向力(重力G-水压力U*B)产生的力矩。滑动矩主要为主动的水土压力产生的力矩。
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值得注意的是,规范中式(6.1.2)中水压力的取矩是有一定问题的。因为实际墙底的水压力是梯形分布的(如下图),墙底水压力的合力作用点并不在墙底中心位置。而规范中假定的是水压力是均匀分布的,所以其作用点位于中心。
那么为什么抗滑移验算中可以这样假设呢,因为抗滑移的本质是力的平衡,两者水压力的合力是相等的。

· 整体稳定性验算:采用圆弧滑动法验算整个支护体系的整体稳定性。
整体稳定性这里不在叙述,手算是比较困难的。其本质也是力矩的平衡,其矩心的位置与倾覆是不一样的。

· 墙身强度验算:验算墙体本身是否会被压坏或剪坏。其本质也是应力的平衡。

对于式(6.1.5-1、6.1.5-2)Mi是任意挡墙深度z截面处的弯矩(该值是设计值,标准值还需要考虑重要性系数以及分项系数),6Mi/B^2是截面拉/压应力区的最大拉/压应力,γcs*z是任意挡墙深度z截面以上水泥土挡墙的自重应力。对于式(6.1.5-3),任意挡墙深度z截面上剪应力等于的剪力(水平方向)/墙宽。
重力式水泥土墙的正截面应力验算应包括下列部位: 1 基坑面以下主动、被动土压力强度相等处; 2 基坑底面处; 3 水泥土墙的截面突变处(一般情况下截面都不会有突变)。
二、水泥土挡墙的构造要求
1.嵌固深度hd:对淤泥质土,不宜小于 1.2h;对淤泥,不宜小于1.3h。
2.墙的宽度B:对淤泥质土,不宜小于0.7h ;对淤泥,不宜小于 O.8h。
3.水泥土搅拌桩的搭接宽度(a)不宜小于 150mm。
4.采用格栅形式时,面积置换率:对淤泥质土,不宜小于 0.7; 对淤泥,不宜小于 0.8; 对一般黏性土、砂土,不宜小于 0.6。置换率的计算如下:
格栅内土的面积(图中红色线条)A=(5d-4a-d/4*2)*(4d-3a-d/4*2);
水泥土挡墙的面积(图中蓝色线条包围的面积)A’=(8d-7a)*(5d-4a);
面积置换率m=(A’-A)/A’。

5.每个格栅内的土体面积应符合下式要求:

6. 水泥掺入比:指掺入水泥重量与被加固土体重量的比值,通常为15%~20%。这是决定水泥土强度的关键参数。
三、水泥土挡墙的主要特点
优点:
1. 经济效益好:大量利用原位土体,仅消耗少量水泥,材料成本低。
2. 施工简便,工期短:专用机械(如三轴搅拌桩机、高压旋喷桩机)施工效率高。
3. 隔水性能好:墙体连续无缝,能有效形成止水帷幕,截断基坑外的地下水,这是其非常突出的优点。
4. 振动小,噪音低:对周边建筑物和环境影响小,适合在市区施工。
5. 充分利用原状土:对土体扰动相对较小。
缺点:
1. 强度相对较低:墙体材料是水泥土,其抗压、抗剪强度远低于钢筋混凝土。
2. 位移控制能力有限:作为重力式结构,其刚度相对较小,在深厚软土或超大基坑中,墙体水平位移可能较大,不适合对变形要求极其严格的工程。
3. 深度受限:一般适用于开挖深度不大于7米的基坑,在软土地区通常不超过6米。如需加深,需加大墙宽或采用复合支护(如加设内支撑)。
4. 需要一定的施工空间:大型搅拌桩机需要一定的作业面。
四、水泥土挡墙的主要施工方法
1. 深层搅拌法
· 双轴/三轴搅拌桩:这是最常用的方法。使用带有多个钻头的搅拌桩机,钻入地基预定深度后,边提升边喷出水泥浆,同时旋转搅拌,使水泥和土体充分混合,形成一组连续的桩体。多组桩相互搭接,便形成一道完整的水泥土墙。
2. 高压旋喷法
· 通过高压喷射流(水泥浆、空气、水)切割、破碎原地基土体,同时与水泥浆搅拌混合,形成圆柱状的水泥土固结体(旋喷桩)。多个旋喷桩相互搭接形成墙。适用于空间狭小或土层中有障碍物的场合,但成本通常高于深层搅拌法。
五、水泥土挡墙的适用条件
· 基坑深度:一般适用于开挖深度≤7m的基坑(二级基坑)。
· 地质条件:适用于软土、粘性土、粉土、砂性土等。对于有机质含量高的泥炭土、酸性强的土或地下水有侵蚀性时,需慎重使用,因这些因素会严重影响水泥土强度。
· 周边环境:对变形要求不十分严格、且需要良好止水效果的场地。
重力式水泥土墙是一种技术成熟、经济实用、止水一体的支护形式。它在浅至中等深度的基坑工程中扮演着非常重要的角色。设计在选择是否采用该方案时,须综合考虑基坑深度、地质条件、周边环境对变形的要求以及造价等多个因素。




