豐富地下水深厚粉砂層三軸攪拌樁成樁問題探究

黃煌都 （福建省第五建筑工程公司，福建 泉州 362000）

1 工程概況

在豐富地下水厚粉砂層條件下，三軸攪拌樁試樁施工時，按照設(shè)計要求注入水泥漿后，出現(xiàn)不返漿現(xiàn)場。且注漿量比設(shè)計值高達2倍以上。

某工程位于晉江西岸，江濱南路西側(cè)，地下2層，建筑面積 21794.60m2。地上 28層，建筑面積48998.70m2?；硬捎妹魍诜ㄊ┕ぃ_挖深度9.3m。止水帷幕采用三軸水泥攪拌樁，樁徑為Φ850@600，樁長24m。支護采用鋼筋混凝土排樁+一道內(nèi)支撐混凝土支護結(jié)構(gòu)。按照施工組織，鉆孔灌注樁先與止水帷幕施工。

2 地質(zhì)水文條件

現(xiàn)場自上而下主要分布：雜填土，厚度約0.50～5.10m。粉質(zhì)粘土，厚度約0.7～3.8m。淤泥質(zhì)土，厚度約1.00～13.20m。粉砂：厚度約4.30～34.7m。中砂：厚度約5.80～21.50m。余下有砂礫層、殘積砂質(zhì)粘性土層、全風(fēng)化花崗巖層、砂土狀強風(fēng)化花崗巖層、碎塊狀強風(fēng)化花崗巖層、中微風(fēng)化層。

本工程地貌處于晉江濱江現(xiàn)代河流階地，地勢較平緩，據(jù)鉆孔揭露，現(xiàn)場主要含水性及透水性均很好的砂層，場地毗鄰晉江，其地下水與晉江水有力聯(lián)系，場地地下水豐富，并受晉江水位影響。

3 施工方法及問題

本工程止水帷幕采用三軸水泥攪拌樁，采用42.5級普通硅酸鹽水泥，單樁設(shè)計水泥摻合比20%，水灰比為1.5∶1。空孔段水泥攪拌樁的水泥摻入量為8%。攪拌土漿液水泥摻量360kg/m3。螺旋桿攪拌下沉速度不大于0.5m/min，攪拌提升速度不大于1.0m/min。試驗樁號編號為S23、S26。S23樁水灰比1.5∶1，攪拌下沉?xí)r間為51min，樁底停噴1.6min，提升噴漿28min，噴漿時間81min，共計注漿量38桶，水泥用量27.5t。S26樁水灰比1.3∶1，攪拌下沉?xí)r間為49min，樁底停噴1.6min，提升噴漿26min，噴漿時間78min，共計注漿量36桶，水泥用量23.4t。

第一幅S23素水泥樁體施工過程中出現(xiàn)以下異常情況：槽內(nèi)漿液稠度小、稀釋但水泥漿用量大、置換出土量少、漿液面高度變化小。常規(guī)攪拌下沉樁機電流為230～250A。此時轉(zhuǎn)軸攪拌下沉顯示的電流為165～180A。說明攪拌下沉所受阻力小。經(jīng)過提升噴漿，鉆桿提升后桿上有小部分夾泥。

S26施工中，出現(xiàn)和S23同樣的異常狀況。溝槽內(nèi)漿液稀釋，漿液面高度上升不到10cm，樁機攪拌下沉的電流為165～180A，鉆桿提升時，漿液像是被水洗過，鉆桿上無夾泥。

鑒于S23、S26兩幅樁體施工后出現(xiàn)異常狀況，再次對溝槽進行探管開挖，明確不存在不明管線。對溝槽兩側(cè)封閉，粘土換填?？紤]到擬建場地距離晉江河道較近，地下水位受潮汐影響較大，為動態(tài)水位，樁難以成型，且水泥用量大，為確保三軸攪拌樁成樁質(zhì)量，先在三軸攪拌樁施工前，先在外圍施工一排拉森鋼板樁，形成拉森鋼板樁與三軸攪拌樁相結(jié)合的懸掛式止水帷幕。

4 對比試驗及原因分析

為了探究三軸水泥攪拌樁在臨江地段深厚粉砂層中不返漿、成樁質(zhì)量差的問題，再組織了補勘。具體分布如下：將2個取芯孔設(shè)置在試驗樁周邊偏南約3.0m位置，孔深24m。補勘成果和原先地質(zhì)勘察報告基本一致。其中A#孔位勘察揭示在11.8～19.5m范圍粉砂層中含有零星分布的水泥硬塊。檢測硬塊厚度約1～5cm。

另外，布置鉆機探孔6個，其中5個在已施工完成支護樁附近，1個在前期已主體施工完成的區(qū)域。在已施工完成的支護樁附近的5個探孔位置，鉆機下鉆壓力值40～50MPa，表明下鉆取芯比較容易，結(jié)果是樁體內(nèi)有氣泡溢出，無渣土溢出。主體施工完成區(qū)域探孔，鉆機下鉆壓力值50～75MPa，鉆進難度大，鉆進時間較長。

通過比對相關(guān)試驗數(shù)據(jù)及補充勘察發(fā)現(xiàn)，由于前期施工擾動及降水措施，引起了臨江區(qū)域深厚粉砂層工程性能和原始應(yīng)力狀態(tài)變化，使原有較為穩(wěn)定的地下水環(huán)境產(chǎn)生變化。通過試驗表明，三軸水泥攪拌樁不返漿的主要原因是砂土的細粒土大量流失，密實性變小，透水性變差。臨近江邊，地下水豐富，在三軸攪拌樁施工時未先進行局部截水處理，流動水影響了三軸攪拌樁的成樁質(zhì)量。

5 解決方案和施工效果

首先考慮到晉江豐富地下水的影響，在三軸攪拌樁施工前，先在外圍設(shè)置一道30m長的拉森鋼板樁，通過試驗證明加設(shè)拉森鋼板能有效的阻擋了地下水對三軸攪拌樁的成樁影響，確保三軸攪拌樁的成樁質(zhì)量，同時也大大節(jié)約了水泥用量。

其次綜合探孔及補勘的成果，漿液一先將水灰比調(diào)整為1.3∶1（910kg水∶700kg水泥），并摻入水泥用量8%的外加劑膨潤土，將鉆軸下鉆、提升攪拌時間延長，返漿明顯的主要因素是水泥摻量的有效控制。通過水泥用量的增加和延長下鉆、提升攪拌時間。通過試驗表明漿液稠度提高、高度提升90cm且返漿明顯，鉆桿上提有部分夾泥。

漿液二按照配合比：1∶1∶0.8進行調(diào)配，其中水、水泥、膨潤土的重量比：800kg∶800kg∶64kg。試樁過程中，攪拌下沉漿液稠度提高，漿液面提升約80cm，返漿效果明顯。

試驗證明，在豐富地下水深厚粉砂層中，進行三軸水泥攪拌樁施工，應(yīng)先采取局部有效的隔水措施處理，當(dāng)水泥摻量到30%左右時返漿效果明顯，加入水泥量8%的外加劑膨潤土，漿液粘稠，樁體施工質(zhì)量效果顯著。

在原先施工方案的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化，具體如下：

①在臨江區(qū)域豐富地下水環(huán)境下，三軸水泥攪拌樁施工前先進行一定隔水措施處理；

②在深厚粉層環(huán)境中，三軸水泥攪拌樁止水帷幕施工時，應(yīng)增加水泥摻量，水泥配合比按照30%調(diào)整,并按原設(shè)計20%水泥摻量的8%添加外加劑膨潤土。

按照調(diào)整后的施工方案組織施工后，基坑土方開挖后，三軸水泥攪拌樁止水帷幕沒有滲漏點，抽取樁芯結(jié)果顯示成樁質(zhì)量良好。

6 結(jié)論

①本工程施工經(jīng)驗表明，臨江地段，局部有效的隔水措施，可以提高三軸攪拌樁的成樁質(zhì)量，同時可以節(jié)約水泥用量。

②在三軸攪拌樁止水帷幕施工前，臨江地段的基坑不得進行降排水的開挖。因施工擾動、基坑降水、水位變化等原因，容易引起地下水環(huán)境變化，導(dǎo)致粉砂層性相變化。最終出現(xiàn)厚粉砂層三軸水泥攪拌不返漿，進而影響攪拌樁的成樁質(zhì)量。

③在攪拌樁漿料摻入一定比例的外加劑膨潤土，在砂土中能提高返漿效果，且作用明顯。膨潤土的特點是顆粒粒徑小、比表面積大，粘結(jié)、吸附、懸浮性強?？蛇M行陽離子交換，并可吸附在粒徑較大的顆粒上，從而降低砂土空隙率。在一定范圍內(nèi)能形成泥漿護壁，降低滲透率，達到減少水泥的流動的目的，能有效提高返漿性能。