建筑工程中三軸水泥攪拌樁止水帷幕技術(shù)應(yīng)用研究

黃金枝

摘 要：結(jié)合馬鑾灣新城海滄片區(qū)后柯小學(xué)基坑項(xiàng)目，深入分析場(chǎng)地地質(zhì)和水文情況，并詳細(xì)闡述了施工準(zhǔn)備、測(cè)量放線、三軸攪拌機(jī)就位、水泥漿配制、成樁鉆進(jìn)與攪拌以及鉆機(jī)移位等工序的施工技術(shù)要點(diǎn)，研究了內(nèi)插H型鋼插入、拔出和回收等環(huán)節(jié)的工藝要點(diǎn)，以期為基坑止水帷幕技術(shù)的選擇與應(yīng)用提供有益參考。

關(guān)鍵詞：三軸水泥攪拌樁;H型鋼;基坑止水;止水帷幕

中圖分類號(hào)：U231 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2021）28-00-03

Abstract： Combined with the foundation pit project of Houke primary school in Haicang area of Malanwan new town， this paper deeply analyzes the site geology and hydrology， analyzes in detail the key construction technology points of construction preparation， measurement and setting out， positioning of three-axis mixer， cement slurry preparation， pile drilling and mixing， drilling rig displacement， and studies the key process points of inserting， pulling out and recycling of H-section steel， It is expected to provide a useful reference for the selection and application of foundation pit water stop curtain technology.

Keywords： triaxial cement mixing pile;H-section steel;foundation pit water stop;water stop curtain

在建筑深基坑工程中，止水帷幕起到擋土、止水和支撐的作用，能夠阻隔深基坑內(nèi)外的水層交互，形成穩(wěn)定的止水帷幕結(jié)構(gòu)，從而保障深基坑施工安全。筆者結(jié)合馬鑾灣新城海滄片區(qū)后柯小學(xué)項(xiàng)目，深入研究三軸水泥攪拌樁止水帷幕施工技術(shù)在基坑工程中的應(yīng)用，以期為類似建筑工程施工提供參考。

1 工程概況

馬鑾灣新城海滄片區(qū)后柯小學(xué)位于福建省廈門(mén)市海滄片區(qū)柯東路南側(cè)、灌新路東側(cè)、蕓景路西側(cè)和后柯東二路北側(cè)。工程總建筑面積為26 128.5 m2，地下1層，地上5層，其中地上建筑面積為14 339.64 m2（1#樓2 825.59 m2、2#樓2 837.25 m2、3#樓2 037.35 m2、4#樓3 716.37 m2、5#樓1 045.57 m2、6#樓1 837.63 m2、門(mén)衛(wèi)39.88 m2），地下室建筑面積為11 788.87 m2。1～3號(hào)樓建筑為4層，建筑高度為18.9 m;4號(hào)樓為5層，建筑高度為22.5 m;5號(hào)樓為1層，建筑高度為5.1 m;6號(hào)樓為1層建筑高度為15.5 m;門(mén)衛(wèi)建筑高度為3.6 m。

該工程樁基礎(chǔ)為預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土樁，樁型為PHC500-125-AB型，樁端持力層為全風(fēng)化花崗巖或強(qiáng)風(fēng)化花崗巖（砂土狀），樁端進(jìn)入持力層不小于1.0 m，樁長(zhǎng)為26～32 m?；觽?cè)壁安全等級(jí)為一級(jí)、二級(jí)，基坑深度為3.75 m，基坑頂部標(biāo)高為4.5 m，地下室周長(zhǎng)為545.6 m，基坑面積為13 718.6 m2?；又ёo(hù)采用自然放坡。

2 場(chǎng)地地質(zhì)水文條件及方案選擇

2.1 場(chǎng)地地質(zhì)水文條件

根據(jù)《巖土工程勘察報(bào)告》，擬建場(chǎng)地覆蓋土層自上而下依次為雜填土層、黏土、淤泥、含粉細(xì)沙淤泥、粉質(zhì)黏土、中砂、淤泥、中粗砂、粉質(zhì)黏土、圓礫及弱風(fēng)化花崗巖層。巖土層地質(zhì)參數(shù)如表1所示。

根據(jù)巖土勘測(cè)報(bào)告，該工程巖層中地下水主要賦存于雜填土層、黏土層和淤泥層，主要為上層滯水，地下水水位為1.5 m，含水量較大。④-1含粉細(xì)沙淤泥中含有粉細(xì)砂夾層，下部以互層為主，為地下水主要賦水底層和主要地下水含水層，局部連通性良好。

2.2 止水帷幕方案選擇

根據(jù)止水方案，原方案采用Φ500 mm高壓旋噴樁止水。但是，由于該場(chǎng)地砂層較厚，在地下水位較高且水力梯度較大的情況下，高壓旋噴樁易引起高壓水汽激振進(jìn)而造成土體液化問(wèn)題[1]，同時(shí)與土體滲透壓力引起的液化相互耦合形成滲流帶走基坑土體中的細(xì)顆粒，導(dǎo)致旋噴樁止水成樁質(zhì)量不佳。

結(jié)合施工場(chǎng)地現(xiàn)狀，經(jīng)專家論證，調(diào)整原高壓旋噴樁技術(shù)方案為SMW工法樁+三軸水泥攪拌樁止水，內(nèi)插型鋼補(bǔ)強(qiáng)，水泥攪拌樁和型鋼均穿過(guò)砂層進(jìn)入不透水層，可有效解決高壓旋噴樁止水方案砂土液化問(wèn)題[2]，進(jìn)一步提高了基坑止水效果。

3 三軸水泥攪拌樁止水帷幕施工技術(shù)要點(diǎn)

三軸水泥攪拌樁止水帷幕采用跳槽式雙孔全套復(fù)攪式連接方式[3]。水泥攪拌樁樁徑為850 mm，中心間距為600 mm，搭接寬度為300 mm，垂直度偏差不大于1/250。施工工藝流程為：施工準(zhǔn)備→測(cè)量放線→三軸攪拌機(jī)就位→水泥漿配置→成樁鉆進(jìn)與攪拌→棄土處理→鉆機(jī)移位至下一孔位。

3.1 施工準(zhǔn)備

設(shè)備進(jìn)場(chǎng)前，場(chǎng)地應(yīng)達(dá)到“三通一平”，并完善供漿系統(tǒng)、運(yùn)輸路線和臨時(shí)設(shè)施等系統(tǒng)搭設(shè)，確保現(xiàn)場(chǎng)施工條件滿足水泥攪拌樁現(xiàn)場(chǎng)施工要求。為滿足樁機(jī)行走、注漿等工序施工要求，施工前清理場(chǎng)地障礙物，探明地下構(gòu)建物、管線等。由于該工程地下水位較高、潛水量大，為確保水泥攪拌樁成樁質(zhì)量，開(kāi)挖淤泥層為4.0 m，并分層回填黏性素土至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高，使用推土機(jī)推平、碾壓密實(shí)，確保地基承載力不小于0.8 MPa，坡度不大于1%，場(chǎng)地整平范圍為水泥攪拌樁外3 m。

3.2 測(cè)量放線

根據(jù)業(yè)主提供的坐標(biāo)基準(zhǔn)點(diǎn)，按工程設(shè)計(jì)圖紙測(cè)放出樁位。施工放樣以工程設(shè)計(jì)圖中SMW工法樁內(nèi)邊線作為水泥攪拌樁溝槽內(nèi)邊線，并設(shè)置臨時(shí)控制樁，復(fù)核樁位無(wú)誤后交工程監(jiān)理驗(yàn)收。該工程中，樁位平面偏差不大于20 mm，并根據(jù)設(shè)計(jì)間距在兩側(cè)定位架上使用紅色油漆標(biāo)記樁位，保證水泥攪拌樁樁位定位準(zhǔn)確。測(cè)量放線和樁位復(fù)核結(jié)果通過(guò)埋設(shè)穩(wěn)定牢固標(biāo)樁方式固定，在溝槽兩側(cè)設(shè)置開(kāi)挖復(fù)原中心線的標(biāo)樁，以便在開(kāi)挖溝槽情況下隨時(shí)復(fù)核溝槽走向中心線。

3.3 三軸攪拌機(jī)就位

根據(jù)測(cè)量放線結(jié)果，移動(dòng)樁機(jī)并就位。移動(dòng)鉆機(jī)樁架使樁機(jī)對(duì)準(zhǔn)樁位中心點(diǎn)，垂直度偏差不大于1/250，防止水泥攪拌樁成樁時(shí)與相鄰幅出現(xiàn)“開(kāi)叉”問(wèn)題[4]。樁機(jī)就位后，使用機(jī)身懸錘、兩臺(tái)經(jīng)緯儀組合校正樁機(jī)垂直度。樁機(jī)垂中心點(diǎn)和直度檢查無(wú)誤后，借助鉆桿和樁架相對(duì)位移原理，在鉆管上刻出鉆孔深度標(biāo)尺線，以嚴(yán)格控制鉆孔深度。三軸水泥攪拌樁下沉和提升過(guò)程中均需注入水泥漿液。為防止鉆孔和提升速度過(guò)快對(duì)SMW工法樁和周圍土體造成擾動(dòng)[5]，該工程需加強(qiáng)鉆孔和提升速度控制。鉆孔下沉速度不大于1 m/min，提升速度不大于2 m/min，并在樁底適當(dāng)持續(xù)攪拌注漿，同時(shí)采用高壓噴氣向樁孔內(nèi)注入空氣，確保水泥攪拌樁攪拌充分、均勻，以保證攪拌樁成樁質(zhì)量。

3.4 水泥漿配置

為保證水泥漿連續(xù)供應(yīng)，在施工現(xiàn)場(chǎng)搭建拌漿施工平臺(tái)。水泥漿按1∶5水灰比配制漿液，采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥和膨潤(rùn)土配制。P.O42.5普通硅酸鹽水泥進(jìn)場(chǎng)時(shí)檢查出廠質(zhì)量證明書(shū)，核對(duì)品種、標(biāo)號(hào)以及出廠日期無(wú)誤后按規(guī)定儲(chǔ)存。每500 t水泥為1批次，每批次必須取樣送檢，經(jīng)檢驗(yàn)合格后方可使用。漿液配制要結(jié)合巖土層性質(zhì)差異，根據(jù)巖土性質(zhì)調(diào)整水泥漿配合比（如表2所示），并嚴(yán)格按配合比制作水泥漿。為防止水泥漿攪拌中出現(xiàn)離析問(wèn)題，水泥漿在攪拌桶內(nèi)攪拌30 s后倒入存漿桶內(nèi)繼續(xù)攪拌。注漿過(guò)程中，注漿壓強(qiáng)控制在0.8～1.0 MPa，同時(shí)嚴(yán)格控制每桶水泥用量和液面高度，水泥摻量為20%。用水量采用總量控制方法，漿液配制隨拌隨用。

3.5 成樁鉆進(jìn)與攪拌、棄土處理

成樁鉆進(jìn)過(guò)程中，下沉、提升鉆具直至樁底標(biāo)高。鉆具下沉和提升過(guò)程中均需注入水泥漿，下降時(shí)注漿60%，提升時(shí)注漿40%。鉆孔過(guò)程中，相鄰攪拌樁時(shí)間間隔不大于24 h，以防止因攪拌樁水泥漿凝結(jié)扭斷鉆具。鉆進(jìn)黏性土層時(shí)，適當(dāng)下調(diào)鉆進(jìn)速度和提升速度，防止扭斷鉆桿或動(dòng)力頭。此外，為確保成樁質(zhì)量，避免因鉆頭磨損造成樁徑偏差過(guò)大，每次攪拌樁鉆進(jìn)前應(yīng)檢查鉆頭尺寸，發(fā)現(xiàn)鉆頭尺寸不大于500 mm時(shí)及時(shí)更換。

鉆進(jìn)過(guò)程中，需要隨時(shí)檢查注漿流量和注漿壓強(qiáng)。全樁須注漿均勻，避免出現(xiàn)斷漿現(xiàn)象而造成夾心層，影響水泥攪拌樁成樁質(zhì)量。當(dāng)注漿管出現(xiàn)管道堵塞問(wèn)題時(shí)，立即停泵處理，并將攪拌鉆具上提或下沉1.0 m后繼續(xù)注漿，待注漿10～20 s后恢復(fù)正常注漿，防止出現(xiàn)斷樁問(wèn)題。注漿至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，溢出的泥土及時(shí)運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)集土坑內(nèi)臨時(shí)堆放，待泥漿硬化后集中外運(yùn)。

3.6 鉆機(jī)移位至下一孔位

鉆機(jī)注漿至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，沿既定路線移機(jī)至下一樁位。由于該工程巖土為軟弱巖層，基礎(chǔ)承載力性能較弱，為降低相鄰水泥攪拌樁施工交互作用，采用跳樁法施工，如圖1所示。

3.7 冷縫處理

針對(duì)因客觀原因造成施工中斷的問(wèn)題，如處理障礙物、機(jī)械設(shè)備損壞、斷電等，施工中斷超24 h時(shí)，在相鄰兩幅水泥攪拌樁外側(cè)施工水泥攪拌樁，與已完成施工24 h的SMW工法樁和攪拌樁相交100 mm，以提高水泥攪拌樁止水支護(hù)性能。基坑施工過(guò)程中，在出現(xiàn)意外情況導(dǎo)致產(chǎn)生施工冷縫的情況下，在冷縫處攪拌樁外側(cè)補(bǔ)樁（如圖2所示，陰影部分為已施工24 h的工法樁和水泥攪拌樁），以確保將來(lái)基坑開(kāi)挖時(shí)不出現(xiàn)大量滲水現(xiàn)象。

4 內(nèi)插型鋼施工

該工程地下水位較高，表層土層含水率高。為阻斷基坑內(nèi)外地下水交互作用，防止基坑邊坡和基坑出現(xiàn)地下水滲水、突涌等問(wèn)題，在SMW工法樁和水泥攪拌樁組合施工的基礎(chǔ)上，沿水泥攪拌樁接縫部位內(nèi)插H型鋼組合防水，以提高止水帷幕止水效果。

4.1 H型鋼減摩擦

為減少H型鋼插入摩擦阻力，提前進(jìn)行減摩處理，主要通過(guò)涂刷減摩劑實(shí)現(xiàn)。涂刷減摩劑時(shí)，使用鋼絲刷清理H型鋼表面污垢、鐵銹，并使用電熱棒將減摩劑加熱至完全融化，然后使用攪棒攪拌均勻，最后使用毛刷將減摩劑均涂在H型鋼表面。減摩劑涂刷時(shí)應(yīng)均勻、厚度一致，防止內(nèi)插過(guò)程中因厚度不一而剝落。遇雨雪天氣空氣濕度大時(shí)，先使用干抹布擦拭H型鋼表面，并使用噴燈將型鋼加熱2 h后再涂刷減摩劑。H型鋼施工前，檢查減摩劑有無(wú)剝落、氣泡問(wèn)題，如有問(wèn)題，需重新涂刷減摩劑。

4.2 H型鋼插入

施工溝槽內(nèi)插H型鋼前，為確保H型鋼順利插入溝槽并保持垂直度，需沿水泥攪拌樁安裝H型鋼定位卡，以便固定H型鋼平面位置。該工程中，水泥攪拌樁施工完成后3 h內(nèi)內(nèi)插H型鋼，使用35 t履帶吊起吊H型鋼。H型鋼頂部150 mm處中心開(kāi)孔，孔徑為100 mm，垂直吊入定位卡槽內(nèi)，并使用線錘控制H型鋼垂直度。H型鋼對(duì)準(zhǔn)水泥攪拌樁樁位中心并垂直插入樁內(nèi)，依靠型鋼自重緩慢下放至樁內(nèi)，樁頂標(biāo)高偏差不大于50 mm。當(dāng)H型鋼標(biāo)高達(dá)不到設(shè)備標(biāo)高時(shí)，緩慢提升H型鋼至適當(dāng)位置，并重復(fù)下放至設(shè)計(jì)標(biāo)高。重復(fù)提升、下放仍不能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，可采用振動(dòng)錘將H型鋼振動(dòng)錘擊至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

4.3 H型鋼回收

該工程樁基礎(chǔ)完成并回填后，使用頂拔裝置將H型鋼自頂部拔出。H型鋼回收后經(jīng)整形，可重復(fù)使用。H型鋼拔出后，使用6%～10%水泥漿填充水泥攪拌樁空隙。應(yīng)在為確保墻體結(jié)構(gòu)施工后H型鋼順利拔出，墻體施工后割除焊接在H型鋼上的牛腿，并使用磨光機(jī)打磨一遍。

5 結(jié)語(yǔ)

在選擇基坑止水帷幕技術(shù)方案時(shí)，應(yīng)結(jié)合場(chǎng)地地質(zhì)、水文等實(shí)際情況合理選擇，并提高止水帷幕技術(shù)方案的合理性、科學(xué)性。通過(guò)實(shí)際驗(yàn)證“SMW工法樁+水泥攪拌樁+內(nèi)插H型鋼”止水帷幕技術(shù)方案，基坑施工期間未發(fā)現(xiàn)基坑邊坡滲漏、基坑底突涌等問(wèn)題，基坑經(jīng)降水后施工界面干燥，表明技術(shù)方案方便可行，保障了工程安全和順利施工。

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