錢塘江沖海粉砂層工法樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

謝皆睿

(中鐵十六局集團(tuán)軌道公司，北京 101100)

0 引言

SMW工法樁[1-3]是用多軸攪拌機(jī)對(duì)地面進(jìn)行一定深度的鉆掘，經(jīng)鉆頭處噴出水泥漿強(qiáng)化劑與地基土反復(fù)混合攪拌，在混合體未結(jié)硬前進(jìn)行插芯材處理，待水泥結(jié)硬后形成具有擋土、擋水作用和圍護(hù)性能的地下連續(xù)墻。其優(yōu)點(diǎn)在于擋水性強(qiáng)、對(duì)鄰近土地影響小、造價(jià)低及適用范圍廣等[4-5]。錢塘江海相地質(zhì)形成條件復(fù)雜，淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層及粉砂層等含水量高、滲透性強(qiáng)及穩(wěn)定性差，對(duì)施工技術(shù)要求高。童祖玲等對(duì)位于長江邊某地鐵工程的含多層富水砂土層基坑，采用SMW工法樁及三軸深攪樁等技術(shù)達(dá)到了對(duì)該土層的止水效果。

為了防止粉（砂）性土的潛蝕、流土（砂）和液化現(xiàn)象對(duì)基坑工程產(chǎn)生的不利影響，杭州地鐵8號(hào)線河景路站工程附屬基坑采用SMW工法樁技術(shù)來加深圍護(hù)結(jié)構(gòu)。對(duì)SMW工法樁在錢塘江沖海粉砂層中的施工技術(shù)進(jìn)行了施工管控介紹、施工質(zhì)量缺陷分析并得到了處理方案，對(duì)成樁質(zhì)量進(jìn)行了鉆芯法檢測。該研究對(duì)錢塘江沖海粉砂地層類似地鐵工程具有指導(dǎo)意義。

1 工程概況

河景路站位于錢塘江東畔，車站沿規(guī)劃道路東西向布置。河景路站共設(shè)置4個(gè)出入口、2組風(fēng)亭，附屬結(jié)構(gòu)各出入口圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用SMW工法樁技術(shù)，其直徑為850 mm，間距為600 mm。H型鋼為700×300×13×24，長度為13～20 m，采用隔一插一法進(jìn)行施工?；訕?biāo)準(zhǔn)段采用一道砼支撐+一道鋼支撐的支撐方案，扶梯下沉段額外增加一道鋼支撐。附屬基坑側(cè)壁分部有①-2素填土、②-31黏質(zhì)粉土、②-42砂質(zhì)粉土夾粉砂、③-3粉砂夾砂質(zhì)粉土。附屬基坑標(biāo)準(zhǔn)段底部位于③-3粉砂夾砂質(zhì)粉土中。出入口標(biāo)準(zhǔn)段基坑深度為8.440 m，最深處達(dá)9.890 m，樁底土層為③-6砂質(zhì)粉土，在一定的水動(dòng)力條件下，粉（砂）性土?xí)?duì)基坑產(chǎn)生不利影響。

2 SMW工法樁施工管控

2.1 攪拌樁設(shè)計(jì)與施工

（1）水泥摻入量。樁身水泥采用42.5級(jí)的普通硅酸鹽水泥，水灰比為1.5∶1，水泥摻入量不得小于270 kg/m3。

（2）攪拌樁軸數(shù)。SMW工法樁攪拌樁試用五軸，五軸攪拌樁施工采用3路供漿，2路供氣，其優(yōu)點(diǎn)為加快施工進(jìn)度、成樁搭接冷縫少及節(jié)約材料成本等。

（3）攪拌樁成樁。SMW工法對(duì)樁體垂直度及攪拌樁強(qiáng)度質(zhì)量要求高，樁體的質(zhì)量對(duì)后期型鋼插拔及墻體的防滲性能影響大。在施工過程中，確保機(jī)械在同一水平面上施工，同時(shí)，用經(jīng)緯儀進(jìn)行測試來確保攪拌樁樁體的垂直度。在攪拌站下穿及提升過程中控制好下沉及提升速度，應(yīng)控制在1～2 m/min，轉(zhuǎn)速為15～20 r/min，確保每一深度都得到充分均勻的攪拌。樁頂及樁間搭接強(qiáng)度要滿足施工要求，樁頂避免出現(xiàn)噴漏現(xiàn)象，樁間搭接施工間隔小于24 h。

2.2 H型鋼的插放管控

H型鋼主要用來抵抗水土壓力，是SMW工法圍護(hù)墻中的主要受力構(gòu)件，因此，必須確保SMW工法H型鋼質(zhì)量。在施工過程中，影響SMW工法支護(hù)體系安全的因素包括H型鋼的定位、垂直度及同一斷面接頭數(shù)量等。確保H型鋼的定位、放置的垂直度，使圍檁與豎向H型鋼均勻受力，同時(shí)，接頭數(shù)量要保證在同一斷面上小于50%，避免出現(xiàn)墻體開裂及滲漏水現(xiàn)象。在混凝土澆筑前，對(duì)H型鋼進(jìn)行加塑料薄膜處理，便于后期H型鋼的拔出。

3 SMW工法樁施工質(zhì)量缺陷與處理方案

通過成樁過程發(fā)現(xiàn)S21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(jī)電流為230～245 A。此時(shí)轉(zhuǎn)軸攪拌下沉顯示的電流為160～170 A。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。

3.1 質(zhì)量缺陷產(chǎn)生原因

（1）地質(zhì)原因：由于河景路站位于錢塘江東畔、錢塘江沖海粉砂層廣泛分布，其含水量高、孔隙比大、滲透性好、靈敏度高，且具有觸變、流變特性，因此其工程性能差。通過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，隨著軟土地基含水量增大，粉砂的粘聚力降低，破壞應(yīng)變也會(huì)增大，富水會(huì)使SMW工法樁水泥土水化物濃度降低，膠凝效果明顯減弱，使得水泥土無法與粉砂等形成一個(gè)有效的整體后在后續(xù)施工中存在滲漏，甚至可能造成局部塌孔，導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁體鼓包。

（2）施工原因：施工擾動(dòng)會(huì)引起深厚粉砂地層工程性能和應(yīng)力狀態(tài)產(chǎn)生變化，使原有較為穩(wěn)定的地下水環(huán)境發(fā)生改變。水泥攪拌樁不返漿的主要原因是粉細(xì)砂的大量流失，密實(shí)性變小，透水性變差，影響了攪拌樁的成樁質(zhì)量。在攪拌樁打樁過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制沉樁及提樁速度，避免水泥漿液外溢，影響成樁效果。由于工期緊，各類建筑材料如水泥等不能做到連續(xù)供應(yīng)，相鄰樁的施工間隔時(shí)間超過24 h，可能導(dǎo)致墻體出現(xiàn)施工冷縫。

（3）材料原因：水泥土的強(qiáng)度會(huì)隨著地層含水量的增加而下降，因此對(duì)于含富水粉砂的軟土，如果膠凝材料配比不當(dāng)，很難取得理想的加固效果。同時(shí)SMW工法樁體水泥摻入量及配比等因素會(huì)影響攪拌樁成樁質(zhì)量，在實(shí)際施工中，水泥摻入量隨土層密度的變化也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

（4）機(jī)械原因：五軸攪拌樁雖施工進(jìn)度快，但根據(jù)經(jīng)驗(yàn)與實(shí)際施工相結(jié)合，得出SMW工法樁成樁效果不如三軸攪拌樁的好。五軸攪拌樁對(duì)場地及施工要求高，相鄰兩根工法樁容易發(fā)生垂直度偏差，導(dǎo)致兩根工法樁開叉而出現(xiàn)較大空隙，出現(xiàn)滲漏水、涌砂等現(xiàn)象；在同一操作面上局限性大，可能發(fā)生墻體與墻體接縫附近無型鋼支撐現(xiàn)象，導(dǎo)致墻體接縫處滲漏水。

（5）其他原因：附屬結(jié)構(gòu)墻體與主體結(jié)構(gòu)墻體銜接處會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)縫，后期基坑開挖中存在滲漏、變形甚至基坑坍塌等重要隱患。

3.2 處理方案

3.2.1 提高樁體質(zhì)量處理方案

（1）嚴(yán)格控制SMW樁體材料的施工配合比，保證其良好的施工性能。為了便于后期H型鋼的拔出，水灰比采用1.3∶1。實(shí)際施工中，水泥摻入量為17%～18%，土體比重取1 800 kg/m3，水泥用量為m0=1 800×0.17=306 kg/m3，單位用水量為m1=306×1.3=397.8 kg/m3，即水泥摻入量不得小于306 kg/m3。

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，膨潤土的特點(diǎn)是粒徑小、比表面積大，粘結(jié)、吸附性強(qiáng)，陽離子可交換，并吸附在粒徑較大的顆粒上，進(jìn)而降低粉砂的空隙率，降低滲透率，達(dá)到減少水泥的流動(dòng)的目的，能有效提高返漿性能。

（2）在現(xiàn)場施工中，SMW工法換用傳統(tǒng)的三軸型攪拌機(jī)。

（3）由于施工場地內(nèi)粉砂及砂質(zhì)粉土等分部廣泛，為防止斷樁現(xiàn)象發(fā)生，根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)降低攪拌站下穿及提升的速度，沉樁的速度為1 m/min，提樁速度為0.5～1 m/min。

3.2.2 滲漏水處理方案

（1）接縫處滲漏處理?？刹捎脡簼{材料如環(huán)氧樹脂溶液等對(duì)漏點(diǎn)進(jìn)行直接堵漏。滲漏嚴(yán)重需采用注漿加固處理，同時(shí)可適當(dāng)增加注漿（漿液采用水泥漿或水泥-水玻璃雙液漿）孔數(shù)量，具體使用視滲漏嚴(yán)重性確定。

（2）維護(hù)結(jié)構(gòu)樁體縫（洞）滲流處理。為滿足粘連封堵材料（聚氨脂或堵漏靈等）要求，進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶掼徢謇砺┧c(diǎn)來進(jìn)行結(jié)構(gòu)樁體縫（洞）封堵。

（3）施工冷縫處理方案。在冷縫處圍護(hù)樁外側(cè)補(bǔ)攪素樁來處理施工冷縫問題，為確保圍護(hù)樁的止水效果，將24 h以前施工的SMW攪拌樁與素樁搭接厚度定為20 cm。

（4）墻體錯(cuò)縫處理方案。在施工中盡可能貼近主體結(jié)構(gòu)地連墻墻體進(jìn)行工法樁體施工，并對(duì)其重復(fù)攪拌兩到三次。當(dāng)出現(xiàn)墻體錯(cuò)縫時(shí)，采用直徑為800 mm，間距為600 mm的二重管高壓旋噴樁進(jìn)行止水，旋噴樁樁長范圍為樁長接頭處圍護(hù)樁長。

4 成樁質(zhì)量檢驗(yàn)

根據(jù)施工圖紙要求，取9根現(xiàn)場鉆取的芯樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，采用經(jīng)標(biāo)定的STYE-300C水泥全自動(dòng)抗折抗壓試驗(yàn)機(jī)記錄芯樣直徑、高度及破壞荷載，從而得到芯樣抗壓強(qiáng)度。

通過鉆芯法檢測，得出成樁質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度與施工要求。通過開挖過程中觀察基面平整、干燥無明顯滲漏點(diǎn)，取芯強(qiáng)度及觀感質(zhì)量良好。

5 結(jié)論

（1）對(duì)杭州地鐵8號(hào)線河景路站工程附屬基坑采用的SMW工法樁技術(shù)，進(jìn)行了施工管控介紹、施工質(zhì)量缺陷分析，并得到了處理方案。

（2）錢塘江沖海粉砂層SMW工法在施工過程中突出問題為墻體接縫處容易發(fā)生滲漏水，根據(jù)施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，結(jié)合試樁質(zhì)量缺陷分析，得出水泥摻入量不得小于306 kg/m3。在現(xiàn)場施工中，SMW工法換用傳統(tǒng)的三軸型攪拌機(jī)。攪拌樁的沉樁速度為1 m/min，提樁速度為0.5～1 m/min。

（3）SMW工法應(yīng)用于錢塘江沖海粉砂層地質(zhì)的附屬圍護(hù)結(jié)構(gòu)，基坑表面平整、干燥，達(dá)到了施工質(zhì)量要求，為日后其他類似地層工程施工可提供參考。