復(fù)雜地質(zhì)條件下單軸攪拌止水樁成樁關(guān)鍵技術(shù)的研究

王超

（中交一航局城市交通工程有限公司，天津300450）

1 引言

深基坑開挖是地鐵項(xiàng)目施工的關(guān)鍵工序。隨著地鐵項(xiàng)目的發(fā)展，深基坑的應(yīng)用越來越廣泛。基坑施工前為了阻止基坑外地下水流入基坑內(nèi)部或減小地下水沿帷幕的水力梯度，通常采用一定厚度的隔水帷幕進(jìn)行截水[1]?；痈羲椒ǜ鶕?jù)工程地質(zhì)條件、水文條件及施工條件等，選用水泥土攪拌樁帷幕、高壓旋噴或擺噴注漿帷幕、地下連續(xù)墻或咬合式排樁等形式。支護(hù)結(jié)構(gòu)為排樁時(shí)，可采用水泥土攪拌樁或高壓旋噴樁注漿帷幕。圍護(hù)結(jié)構(gòu)良好的止水效果是保障基坑施工安全最重要的前提條件。因此，如何確保止水帷幕施工質(zhì)量是深基坑施工的重點(diǎn)研究方向。

2 工程概況

佛山地鐵2 號(hào)線連接佛山西江組團(tuán)和中心城區(qū)、區(qū)域鐵路客運(yùn)樞紐廣州南站，是廣佛同城的重要樞紐。整條線路以深基坑施工為主，基坑內(nèi)標(biāo)高-5.75～1.15m 范圍為淤泥質(zhì)粉砂，灰黑色，松散～稍密狀，飽和狀態(tài)，含少量黏性土及腐殖質(zhì)，稍具腥臭。該地層較廣泛分布于場(chǎng)區(qū)，對(duì)深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)單軸攪拌止水樁成樁質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。

中交一航局城市交通工程有限公司承建的TJ4 標(biāo)林廣明挖區(qū)間根據(jù)工程特性、環(huán)境條件和設(shè)計(jì)原則及標(biāo)準(zhǔn)，本項(xiàng)目隔水帷幕采用沿基坑周邊閉合的平面布置形式。本項(xiàng)目的圍護(hù)結(jié)構(gòu)為鉆孔灌注樁排樁聯(lián)合止水帷幕形式，具有剛度大、可用于深大基坑及對(duì)周邊地層、環(huán)境影響小等特點(diǎn)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)主體采用φ1 000mm@1 200mm 鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，止水帷幕采用φ550mm@400mm 單軸水泥土深層攪拌樁。水泥土攪拌樁是用于加固飽和軟黏土地基的一種方法。它利用水泥作為固化劑，通過特制的攪拌機(jī)械，在地基深處將軟土和固化劑強(qiáng)制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)地基。水泥土攪拌法具有最大限度利用原土，攪拌時(shí)無振動(dòng)、無噪聲污染，對(duì)周圍原有建筑物影響很小的優(yōu)點(diǎn)。

通過前期試樁檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，采用常規(guī)方法施工的單軸攪拌樁在淤泥質(zhì)粉砂層內(nèi)成樁質(zhì)量差，漏水嚴(yán)重，為后續(xù)的深基坑開挖造成了極大的安全隱患。為確?；娱_挖的安全性，針對(duì)此地質(zhì)條件積極進(jìn)行工藝試驗(yàn)總結(jié)，為后續(xù)攪拌樁止水帷幕大面積施工提供了重要的技術(shù)支撐。

3 水文地質(zhì)情況

本項(xiàng)目采用85 高程系統(tǒng)，根據(jù)M2-Z3-SGZ-01 鉆孔勘察設(shè)計(jì)成果，該鉆孔從上到下依次分布如下：地表3.61～1.31m 高程為人工堆積素填土、1.31～-0.7m 高程為淤泥、-0.7～-5.7m 高程為淤泥質(zhì)粉細(xì)砂、-5.7～-10.89m 高程為可塑狀粉質(zhì)黏土、-10.89～-18m 為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、-18m 以下為中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖。

林廣明挖區(qū)間場(chǎng)地地勢(shì)低，雨季強(qiáng)降雨時(shí)，水位漲幅大，每天水位落差約1.0m。場(chǎng)地地下水主要有2 種類型：一類是第四系地層中和松散巖類孔隙水，另一類為基巖裂隙水，主要賦存于強(qiáng)、中等風(fēng)化帶中，具有承壓性。

4 成樁技術(shù)研究

4.1 優(yōu)選水泥漿配合比

本工程采用華潤(rùn)P·O42.5 普通硅酸鹽水泥制作水泥漿，在基坑內(nèi)選取淤泥質(zhì)粉細(xì)砂至室內(nèi)進(jìn)行7 種不同水泥摻量配合比試驗(yàn)，水灰比選取范圍為0.6～0.8，攪拌樁水泥摻量取土的天然比重的15%～20%。成型70.7mm×70.7mm×70.7mm 抗壓強(qiáng)度試件（目標(biāo)強(qiáng)度0.8MPa），拆模后埋入現(xiàn)場(chǎng)粉細(xì)砂層中同條件養(yǎng)護(hù)7d、28d 進(jìn)行抗壓強(qiáng)度檢測(cè)。經(jīng)過強(qiáng)度結(jié)果對(duì)比及滿足強(qiáng)度富裕系數(shù)1.4 的要求，最后選取了水泥摻量為120kg/m3及130kg/m3的2 組配合比，該2 組配比28d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度分別為1.13MPa 和1.19MPa。

4.2 攪拌樁施工工藝參數(shù)確定

采用的濕法水泥土攪拌樁施工主要步驟為：攪拌機(jī)械就位、調(diào)平—預(yù)攪下沉至設(shè)計(jì)加固深度—邊噴漿、邊攪拌提升至預(yù)定的停漿面—重復(fù)攪拌下沉至設(shè)計(jì)加固深度—根據(jù)設(shè)計(jì)要求，噴漿或近攪拌提升直至預(yù)定的停漿面—關(guān)閉攪拌機(jī)械。根據(jù)上述工藝流程，并采用水泥摻量為120kg/m3及130kg/m3的2 組配合比，現(xiàn)場(chǎng)采用兩噴四攪的施工工藝，采用2 組不同提鉆速度、攪拌速度、噴漿壓力，通過現(xiàn)場(chǎng)試樁施工28d 后進(jìn)行鉆芯取樣進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，最終確定了提鉆速度0.5m/min，下鉆速度0.7m/min，攪拌速度30r/min，噴漿壓力0.65MPa 及提鉆速度0.5m/min，下鉆速度0.7m/min，攪拌速度40r/min，噴漿壓力0.45MPa 的2 組施工工藝參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工。

4.3 設(shè)備改良參數(shù)確定

通過抽芯結(jié)果發(fā)現(xiàn)所有合格水泥攪拌樁外表質(zhì)量良好，但內(nèi)部強(qiáng)度及止水性較差。通過分析比對(duì)，與設(shè)備鉆頭出漿孔位置及鉆頭葉片形狀有很大關(guān)系。因此，根據(jù)螺旋鉆機(jī)施工原理，對(duì)鉆頭葉片形狀、出漿孔位置及尺寸進(jìn)行改良，經(jīng)多次改良并試樁取芯試驗(yàn)，確定了用于此地層攪拌樁止水帷幕基施工鉆頭，鉆頭形式如圖1 所示。

圖1 淤泥質(zhì)粉細(xì)砂層攪拌樁施工改良鉆頭

為了驗(yàn)證上述鉆頭、配合比及工藝參數(shù)的可行性，采取在成樁3d 內(nèi)采用輕型動(dòng)力觸探檢查上部樁身的均勻性，在成樁7d 后，采用淺部開挖樁頭進(jìn)行檢查，開挖深度超過停漿面下0.5m，檢查樁身的均勻性并兩側(cè)樁身直徑。經(jīng)檢查采用上述施工工藝和參數(shù)制作的水泥土攪拌樁成樁質(zhì)量良好，無斷樁及樁身外觀質(zhì)量差等缺陷，并且止水效果很好。

5 施工成果

通過試驗(yàn)、試樁得到的單軸攪拌止水樁相關(guān)施工參數(shù)已在佛山地鐵2 號(hào)線林廣明挖區(qū)間、林林明挖區(qū)間圍護(hù)結(jié)構(gòu)止水帷幕中廣泛應(yīng)用。本標(biāo)段樁基數(shù)量9 141 根，前期采用常規(guī)四噴四攪施工工藝成樁率為83.4%，成樁率低、成樁時(shí)間長(zhǎng)、成本高、后期基坑開挖漏沙漏水率高。經(jīng)過試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，采用該施工工藝參數(shù)施工，成樁率提高至96.5%，有效確保施工質(zhì)量，降低基坑漏沙漏水風(fēng)險(xiǎn)率；單樁施工時(shí)間縮短6min，提高了施工效率，縮短施工周期。經(jīng)計(jì)算，此施工工藝參數(shù)成樁水泥用量節(jié)約4kg/m3，目前已在佛山地鐵2 號(hào)線工程全面推廣。

6 結(jié)語(yǔ)

本文從工程實(shí)際出發(fā)，對(duì)淤泥質(zhì)粉細(xì)砂單軸攪拌樁成樁工藝進(jìn)行了介紹，通過優(yōu)化配合比、施工工藝參數(shù)、設(shè)備改良等措施，順利高質(zhì)量地完成了深基坑水泥攪拌樁止水帷幕施工，為后續(xù)深基坑開挖提供了安全保障。本文通過實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)復(fù)雜地質(zhì)情況成樁工藝予以總結(jié)，可供類似工程參考借鑒。