三轴搅拌桩在深基坑支护中的应用

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来源：《科学与财富》2016年第19期

        摘 要：此文结合福州市乌龙江边某项目基坑支护施工的工程实践，对三轴搅拌桩施工工艺和过程管理，做一些探讨和研究，以供参考。

        关键词：基坑支护；三轴搅拌桩；SMW工法；施工工艺；技术要求

        0 引言

        随着城市建设的发展，城市内的空间越来越狭小，对地下室基坑支护的施工要求也越来越高。越来越多的地下室深基坑支护施工中采用三轴搅拌桩止水帷幕作为基坑开挖的主要隔水措施：在基坑周边空间较狭窄处，可采用SMW工法即在三轴搅拌桩中插入型钢，形成围护墙的支护形式；在基坑周边空间较宽裕处，三轴搅拌桩可只作为止水帷幕配合喷锚放坡的支护形式，从而节约成本。此文结合福州市乌龙江边某项目基坑支护施工的工程实践，对三轴搅拌桩施工工艺和过程管理，做一些探讨和研究，以供参考。

        1 工程概况

        1.1 工程概况

        乌龙江边某项目由2栋18层SOHO办公楼、2栋3层商业裙房组成，下设满铺两层地下室。人防单元设于地下一层、地下二层。地下室占地约 70亩，场地东南侧为规划道路，距离地下室边线最近约25.0m。场地北侧有两栋宿舍楼，距离地下室边线最近约15.0m。场地南侧为已建售楼部，距离地下室边线最近距离约为9.0m。该项目工程桩及塔吊桩均采用管桩。

        1.2 基坑支护设计概况

        北侧地下室底板面标高为-10.000m，底板厚450mm，底板底设100mm厚垫层，基坑开挖至垫层底的深度为7.900m。南侧地下室底板面标高为-9.900m、-8.100m，底板厚450mm，底板底设100mm厚垫层，基坑开挖至垫层底的深度为7.800m、6.000m。

        场地西侧、北侧场地较狭窄，采用SMW工法桩加扩孔锚杆支护。搅拌桩为三轴水泥搅拌桩？650mm套打，水泥掺入量20%，桩长22m，进入淤泥质土层不少于1m；搅拌桩内插入H5003001118型钢，间距900mm，插一跳一，桩长18m。

        场地东侧、南侧场地较为宽裕，采用平台卸载结合土钉墙支护，并在坡顶打设一排三轴搅拌桩止水帷幕，搅拌桩为三轴水泥搅拌桩650mm@450mm，水泥掺入量20%，桩长24m，进入淤泥质土层不少于1m。

        1.3 工程地质情况

        本场地基坑开挖范围内的地下水主要是中砂层中的孔隙承压水，其承压水位标高为2.00～5.30m。

        2 三轴搅拌桩的作用原理、特点及使用范围

        2.1 作用原理

        三轴搅拌桩：采用新型三轴中空叶片螺旋式搅拌机，以水泥作为固化剂与地基土进行原位强制搅拌，使水泥和土之间产生一些列物理化学反应而逐步硬化，形成具有整体性，水稳性和一定强度的水泥土混合桩体，达到防水和整体构造

        SMW工法：在三轴搅拌桩中按照一定间距插入H型钢，待水泥土固化后形成具有一定强度的连续桩墙，充分利用水泥土挡土墙的高止水性和型钢具有的强度和钢度，通过二者的复合作用（水泥土对型钢的包裹作用提高了型钢的刚度，可起到减少位移的作用；同时水泥土起到套箍作用，防止型钢失稳。），达到围护和止水效果。

        2.2 特点

        相对于灌注桩、地下连续墙等支护形式，三轴搅拌桩有如下特点：①止水性能优越；②施工过程中对周边原有建筑物影响小，无大量泥浆外运，有利于保护环境；③SMW工法，型钢可回收，经济效益较好；④工期较短。

        2.3 使用范围

        三轴搅拌桩可以做为地下深层开挖中的止水帷幕墙及围护结构，在工期紧、造价低、防水要求高、围护强度要求大、施工场地小、地处市区生活区的围护工程，宜优选三轴搅拌桩。

        3 三轴搅拌桩施工工艺及技术要点

        3.1 工艺流程

        施工放样→开挖沟槽，清除地面、地下障碍物→放样桩位控制桩→桩机就位，校正、复合桩机水平和垂直→桩机钻头下沉喷浆至设计桩底标高→钻头提升喷浆至设计桩顶标高→施工结束，转下一道工序。

        3.2 主要施工工艺

        3.2.1 障碍物清理

        因该工法要求连续施工，故在施工前应对围护施工区域地下障碍物进行探测清理，必须采取桩机在基坑内侧进行搅拌桩施工，为保证施工顺利进行，对场地做如下安排：施工沟槽范围内杂填土、搅拌桩轴线2.0m范围内，2.5m以下的障碍物应提前清除；SMW工法桩机施工场地标高应比型钢顶标高，高0.5m左右；施工范围内场地平整，回填换土压实（桩机自重200t）；水泥桶仓基础底板铺设 （C20混凝土4.0m4.0m0.5m）；施工现场用电（400kWh）、用水（DN50）；SMW工法桩施工杂填土、置换土应及时清除外运。

        3.2.2测量放线

        根据甲方提供坐标基准点、总平面布置图、围护工程施工图，按图放出桩位控制线，设立临时控制标志，做好技术复核单，提请业主及监理单位验收。

        3.2.3 桩机就位

        桩机拼装完毕施工前，必须用经纬仪进行校正，校正完毕用线锤进行定点及辅助观测，由当班班长统一指挥桩机就位，桩机下铺设钢板（场地很差的情况下，应换填渣土），移动前看清上、下、左、右各方面的情况，发现有障碍物应及时清除，移动结束后检查定位情况并及时纠正；桩机应平稳、平正，线锤进行实施观测以确保钻机的垂直度；三轴水泥搅拌桩桩位定位偏差应小于10mm。成桩后桩中心偏位不得大于50mm，桩身垂直度偏差不得超过0.5%。

        3.2.5 水泥土配合比

        根据SMW工法桩的特点及设计要求，水泥土配比的技术要求如下：水泥采用P.O42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比1.5～2.0：1，根据气候条件，可适当掺入量的外加剂以增强浆体的，水泥掺量为20%，并根据现场情况进行调整；水泥土搅拌桩的水泥掺入量为不小于20%，水泥土28天的无侧限抗压强度≥1.5MPa，施工过程中泵送压力大于0.3MPa，且泵送流量要求恒定；根据施工地质报告显示，搅拌桩施工范围内中下部分土体为中砂夹薄层淤泥土，为了保证搅拌桩施工质量，应在配置水泥浆液时掺加3%～5%的澎润土。

        3.2.6 制备水泥浆液及浆液注入

        在施工现场搭建拌浆施工平台，平台附近摆设水泥筒仓，水泥筒仓底部应浇注4000mm×4000mm×500mm的C20混凝土底板，在开机前按要求进行水泥浆液的搅制。将配制好的水泥浆送入贮浆池内备用；水泥浆配制好后，停滞时间不得超过2小时，搭接施工的相邻搅拌桩施工间隔不得超过 10小时。注浆时通过2台注浆泵2条管路混合注入。注浆压力：0.2～0.6Mpa，注浆流量：96～145L/min/每台；根据具体施工情况，搅拌桩钻进速度，合理控制供浆量，确保每幅桩水泥用量；水泥土搅拌注浆至-1.85m标高处停止注浆。围护结构顶圈梁施工时候需先凿除桩顶超灌部分的水泥土至-2.85m，凿除高度1m；三轴水泥搅拌桩在下沉和提升过程中均应注入水泥浆液，同时严格控制下沉和提升速度，单幅桩水泥浆需供用量，搅拌桩下沉速度为0.5～1.0m/min，提升速度为1.0～2.0m/min，均为匀速下沉及提升，在水泥搅拌桩底部分重复搅拌注浆，停留2分钟左右，并做好原始记录。

        3.2.7 置换土和泥浆外运

        三轴搅拌桩在施工过程中会产生20%～30%置换土，本工程三轴搅拌桩总方量约为11000m3，置换土总量达到2200m3～3300m3。

        现场设置集中式泥浆池，废弃的泥浆采用专用的泥浆运输车进行外运，以保证现场的文明施工满足要求。

        3.2.8 清洗、移位

        将集料斗中加入适量清水，开启灰浆泵，清洗压浆管道及其它所用机具，然后移位再进行下一根桩的施工。

        3.2.9 施工冷缝处理

        施工过程中一旦出现冷缝则采取在冷缝处围护桩外侧补搅素桩方案。在围护桩达到一定强度后进行补桩，以防偏钻，保证补桩效果，素桩与围护桩搭接厚度约10cm。

        3.2.10试块检测

        施工过程中由专人负责记录，记录要求详细、真实、准确。每天要求做一组7cm×7cm×7cm试块，每组6块，试块制作好后进行编号、记录、养护，到龄期后由监理单位随机抽取几组送实验室做抗压强度试验，28天龄期无侧限抗压强度设计要求中砂层不小于1.5MPa。

        3.2.11型钢插入

        3.2.11.1插入工序

        H5003001118型钢插入采用50吨的履带式吊进行，并应在水泥土初凝前插入，插入前应校正位置，设立导向装置，以保证垂直度小于1%，插入过程中，必须吊直型钢，尽量靠自重压沉。若压沉无法到位，再开启振动下沉至标高。严禁采用多次重复起吊型钢并松钩下落的插入方法。

        3.2.11.2 质量控制

        型钢的插入必须采用牢固的定位导向架，并用两台经纬仪双向校核型钢插入时的垂直度，型钢插入到位后用悬挂构件控制型钢顶标高。并应将已插好的型钢连接起来，防止在施工下一组搅拌桩时，造成已插好的型钢移位。

        3.2.12 型钢起拔

        搅拌桩与结构间空隙土方回填→清理基坑边线向外6m×20m的场地→吊机就位→起拔机械及千斤顶就位、施加反力→起拔H型钢→现场摆放堆放的型钢→水泥灌填型钢拔除空隙→整理装车离场→转到下一工作面。现场与基坑围护相垂直方向要留出宽度大于6.5m的空间，沿基坑长度方向要留有35m场地，保证拔除H型钢的汽车吊的旋转、起拔余地和空间。（吊车停置点间距35m）；要有H型钢临时堆放整理的场地，原则上每二天或每三天外运一次；基坑外侧要有运输车辆装车的场地、车辆通行道路；在H型钢拔离地面的过程中，严禁吊车工作半径范围内进行施工操作；在H型钢拔除前，基坑四周应该清理现场，搅拌桩间空隙进行回土、压实。回填土至压顶圈梁的顶标高。

        型钢拔除时间：H型钢在内支撑梁拆除完毕后，且地下室防水层施工完成，土方回填至圈梁标高处方可进行拔除，采用汽吊配合拉H桩，随拔随填砂（填砂工程量以现场签证为准），直至装车退场。

        4 三轴搅拌桩质量控制措施

        4.1 材料控制

        搅拌桩施工之前应进行成桩工艺及水泥掺入量或水泥浆的配合比试验，水泥搅拌桩水泥掺入量为20%；要求其28天无侧限抗压强度不小于1.2MPa；水泥采用强度等级为42.5普通硅酸盐水泥。

        4.2试块控制

        搅拌桩水泥土块试压强度测定：试块每天每200 M3制作一次，每次制作2组，每组3块。试块制作完成，3天后送养护室养护。

        4.3 检测控制

        搅拌桩应在施工后一周内进行开挖检查或采用钻孔取芯等手段检查成桩质量，如不符合设计要求应及时调整施工工艺。钻芯数量不宜少于总桩数的2%，且不应少于5根，并应根据设计要求取样进行单轴抗压强度试验。

        4.4 下钻控制

        土体应充分搅拌，严格控制下沉速度，使原状土充分破碎以有利于同水泥浆液均匀拌和。同时为了加速和减少对周边地层影响，搅拌时可接入压缩空气进行充分搅拌。

        4.5 浆液控制

        水泥浆液应严格按预定配合比制作，为防止灰浆离析，放浆前必须搅拌30秒再倒入存浆桶；压浆阶段不允许发生断浆现象，输浆管道不能堵塞，全桩须注浆均匀，不得发生夹心层。发现管道堵塞，立即停泵进行处理。待处理结束后立即把搅拌钻具上提或下沉1.0m后方能注浆，等10～20秒后恢复正常搅拌，以防断桩；对需拔出回收的H型钢插入前须涂减摩剂，型钢拔出后应及时用水泥砂浆灌注密实，水泥砂浆比率1：2。

        5 结束语

        采用三轴搅拌桩这一支护形式保证了该项目基坑的顺利开挖，墙顶位移及周边沉降均控制在30mm以内；虽然该项目紧靠乌龙江，砂层中有丰富的承压水，但三轴搅拌桩优秀的止水性能保证了地下室施工的顺利进行；采用三轴搅拌桩，在施工过程中该技术噪声小、泥碴量少、对环境污染小，取得了较好的社会效益。实践证明，在该项目的三轴搅拌桩施工过程中措施是可行的，效果是显著的，可供类似工程参考。

        参考文献

        [1] JGJ120-2012，建筑基坑支护技术规程[S].

        [2] JGJ/T199-2010，型钢水泥土搅拌墙技术规程[S].

        [3] 于占双，罗莹，曲华，徐子通，刘志罕.《型钢水泥土复合搅拌桩施工工法》[D].中铁第十九工程局集团.