陳煒

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心廣東總隊(duì)廣東廣州510403）

類剛性大直徑旋噴攪拌樁墻基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

陳煒

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心廣東總隊(duì)廣東廣州510403）

介紹了類剛性大直徑旋噴攪拌樁在巖土基坑支護(hù)方面的設(shè)計(jì)及應(yīng)用。具體闡述了類剛性大直徑旋噴攪拌樁的優(yōu)良特點(diǎn)，分析了其適用條件、設(shè)計(jì)、施工要點(diǎn)，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)技術(shù)通過(guò)對(duì)比分析，論證了大直徑攪拌樁在基坑支護(hù)工程方面的適用性和優(yōu)越性。

攪拌樁；類剛性大直徑旋噴攪拌樁；重力式水泥土墻；基坑支護(hù)

1　前言

類剛性大直徑水泥土攪拌樁（以下簡(jiǎn)稱“大直徑攪拌樁”）是采用“唯一可變量工法”施工的高強(qiáng)度水泥土攪拌樁，具有直徑大（D=1400～1800mm）、強(qiáng)度高（28d期齡抗壓體強(qiáng)度≥1.5MPa）、變形小、抗?jié)B好等特點(diǎn)，廣泛適用于淤泥（質(zhì)土）、粉土、粘性土、砂土、素填土、全風(fēng)化巖等地層條件，是近年來(lái)新興的一種攪拌樁型。由大直徑攪拌樁形成的重力式水泥土墻（以下簡(jiǎn)稱“大直徑攪拌樁墻”）已成功應(yīng)用于多個(gè)基坑支護(hù)工程，并取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，是一項(xiàng)值得大力推廣的基坑支護(hù)新技術(shù)。

2　大直徑攪拌樁（墻）特性

相對(duì)于普通攪拌樁，大直徑攪拌樁具有強(qiáng)度高的特點(diǎn)。工程試驗(yàn)顯示，采用“唯一可變量工法”施工的大直徑攪拌樁，其28d期齡抗壓強(qiáng)度f(wàn)u≥1.5MPa，遠(yuǎn)高于一般水泥土攪拌樁的強(qiáng)度（fu=0.4～ 0.7MPa）。由大直徑攪拌樁互相搭接而形成的水泥土墻（如圖1所示），其變形小、支護(hù)效果良好，并且其搭接好、漏縫少、抗?jié)B性能好，用于基坑支護(hù)時(shí)兼具支護(hù)和止水的雙重作用。

圖1　大直徑攪拌樁墻

大直徑攪拌樁適用地層為砂層、粘土層、粉質(zhì)粘土、砂質(zhì)粘土、粉土、淤泥、淤泥質(zhì)土、素填土、全風(fēng)化巖等，適用條件廣泛，但不適合于含有大塊孤石、硬夾層的地層。施工經(jīng)驗(yàn)顯示，砂層成樁的攪拌樁強(qiáng)度最高，實(shí)測(cè)28d齡期抗壓強(qiáng)度平均可達(dá)2.0MPa以上；粘性土、粉質(zhì)粘土、砂質(zhì)粘土中的成樁強(qiáng)度次之；淤泥、淤泥質(zhì)土中成樁強(qiáng)度相對(duì)稍低，但實(shí)測(cè)28d齡期抗壓強(qiáng)度≥1.5MPa。

與傳統(tǒng)內(nèi)支撐支護(hù)體系相比，大直徑攪拌樁墻支護(hù)體系為懸臂支護(hù)結(jié)構(gòu)，對(duì)樁基礎(chǔ)及建筑物地下室的施工影響不大，方便施工；與傳統(tǒng)小直徑水泥土攪拌樁墻相比，具有搭接好、止水性好、強(qiáng)度高、變形小等優(yōu)良特點(diǎn)；工程造價(jià)方面，同等地質(zhì)、支護(hù)深度條件下，大直徑攪拌樁水泥土墻支護(hù)方案比傳統(tǒng)支護(hù)方案節(jié)省工程造價(jià)約20～40%，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

3　大直徑攪拌樁（墻）基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

大直徑攪拌樁墻基坑支護(hù)設(shè)計(jì)需考慮的主要設(shè)計(jì)要點(diǎn)有：樁長(zhǎng)、樁徑、截面形式（單排、多排格構(gòu)）、搭接寬度、樁頂混凝土面板、加強(qiáng)措施等。

3.1一般設(shè)計(jì)

大直徑攪拌樁墻可設(shè)計(jì)成單排式或多排格構(gòu)式。單排攪拌樁墻可用于基坑深度范圍內(nèi)地質(zhì)條件較好的可塑～硬塑粘性土、粉質(zhì)粘土、砂質(zhì)粘土、中密以上砂土中。為了保證支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，可將樁徑設(shè)計(jì)為D=1500～1800mm，樁長(zhǎng)≥2倍基坑深度，當(dāng)土層為可塑-硬塑的砂質(zhì)粘土或中密以上砂土，成樁強(qiáng)度有保障時(shí)，在保證整體穩(wěn)定性的情況下，尚可適當(dāng)減少樁長(zhǎng)。

多排格構(gòu)式大直徑攪拌樁墻可用于基坑深度范圍內(nèi)地質(zhì)條件較差的軟塑-可塑粘性土、高塑性粘土、淤泥、淤泥質(zhì)土等，可將樁徑設(shè)計(jì)為D=1400～1600mm，樁長(zhǎng)≥2倍基坑深度，且同時(shí)應(yīng)穿透軟弱土層進(jìn)入性質(zhì)較好的下臥土層（砂層、粘土層）中1～2m左右。當(dāng)樁底遇硬巖面時(shí)，可將樁底設(shè)置在中風(fēng)化巖頂端，但應(yīng)滿足樁長(zhǎng)≥2倍基坑深度的要求。

3.2搭接寬度

攪拌樁之間的搭接寬度是設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的另一個(gè)重要參數(shù)，直接關(guān)乎攪拌樁墻的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果和止水效果。搭接寬度太小，施工時(shí)容易導(dǎo)致深層的攪拌樁之間出現(xiàn)錯(cuò)縫、開(kāi)口，嚴(yán)重影響攪拌樁墻的止水效果；反之，止水效果易得到保障，但會(huì)增加攪拌樁的數(shù)量，經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果降低，另一方面，搭接太寬，則施工時(shí)易導(dǎo)致兩樁之間水泥土互相影響，不利于成樁。因此，攪拌樁間的搭接寬度t宜控制在樁徑D的1/7～1/5左右，即：

式中：t——大直徑攪拌樁間搭接寬度，單位mm；

D——大直徑攪拌樁樁徑，單位mm。

3.3樁頂混凝土面板

在大直徑攪拌樁墻頂部設(shè)置現(xiàn)澆混凝土面板，并在樁身插入鋼管，將面板與攪拌樁相連接，可使二者合為整體、協(xié)同工作，使攪拌樁樁與面板形成一個(gè)類似“水泥土墻+冠梁”的受力結(jié)構(gòu)，起到約束樁位移、提高攪拌樁墻整體性的左右。

進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算時(shí)，應(yīng)考慮混凝土面板的約束作用，其剛度可通過(guò)面板的幾何尺寸特征，結(jié)合混凝土材料彈性模量參數(shù)來(lái)確定，具體可參考相關(guān)計(jì)算公式，一般可取1～3MN/m，可使模擬計(jì)算的樁身變形量大為減小。實(shí)踐證明，大直徑攪拌樁墻支護(hù)方案的實(shí)際變形量，接近于設(shè)計(jì)值[1]，考慮面板的支撐剛度的設(shè)計(jì)方法是可行的。

混凝土面板既可設(shè)置成平板式結(jié)構(gòu)（如圖2），也可設(shè)置成具有前梁、后梁的梁板式結(jié)構(gòu)（如圖3），必要時(shí)可加設(shè)橫隔梁以達(dá)到加強(qiáng)效果。面板的厚度可為200～300mm，單層或雙層網(wǎng)狀配筋；寬度應(yīng)大于或等于攪拌樁墻的寬度，并應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)周邊環(huán)境而靈活調(diào)整。前梁、后梁、橫隔梁截面尺寸可為b×h=300×500mm左右，其配筋應(yīng)滿足混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。樁頂插入的鋼管可設(shè)置在最內(nèi)、外排攪拌樁的樁中心處，長(zhǎng)度可為2～3m左右。

圖2　平板式混凝土面板方案

圖3　梁板式混凝土面板方案

3.4加強(qiáng)措施

采用大直徑攪拌樁墻進(jìn)行基坑支護(hù)設(shè)計(jì)，當(dāng)遇地層條件較差，或周邊環(huán)境限制，不能滿足位移、變形及穩(wěn)定性驗(yàn)算要求時(shí)，可采取的設(shè)計(jì)加強(qiáng)措施主要有：素混凝土加勁樁、微型鋼管樁、加強(qiáng)墩等。

設(shè)置素混凝土加勁樁是大直徑攪拌樁墻用于基坑支護(hù)時(shí)的一種重要加強(qiáng)措施，它是當(dāng)攪拌樁施工完畢后12～24h左右，在攪拌樁中心掏孔形成一定直徑的圓柱形孔洞，清除鉆渣后，在孔中灌注素混凝土，讓其凝結(jié)硬化，形成水泥土-混凝土耦合復(fù)合樁型。可顯著提高樁身強(qiáng)度，使樁身具有更好的抗拉、抗壓、抗彎、抗剪、抗變形性能，可大幅提高攪拌樁墻的安全性和支護(hù)效果。進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可采用C25混凝土作為加勁樁的材料，樁徑可設(shè)置為d=800～1100mm左右，樁長(zhǎng)可比攪拌樁短2～4m左右，亦可將加勁樁底設(shè)置于樁身彎矩反彎點(diǎn)處。

微型鋼管樁的加固原理與素混凝土加勁樁基本一致，也是在攪拌樁中心鉆孔灌注純水泥漿液，并插入鋼管，凝結(jié)硬化后，形成水泥土-微型鋼管樁復(fù)合樁型。可顯著提高樁身強(qiáng)度，達(dá)到更好的抗變形性能和支護(hù)性能。進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，微型鋼管樁的樁長(zhǎng)可穿透樁底進(jìn)入較好土層，掏孔直徑可采用80～100mm左右，水泥漿可采用水灰比0.5～0.55的純水泥漿，鋼管外徑DN可采用50～80mm左右。

設(shè)置加強(qiáng)墩是另一種形式的加固措施，是沿基坑邊每隔50～80m左右而設(shè)置的一種加強(qiáng)剖面，該剖面的攪拌樁排數(shù)要多于常規(guī)剖面，在攪拌樁墻中形成一個(gè)“墩”形加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，主要目的是為了解決較長(zhǎng)基坑邊條件下，變形較大的一種應(yīng)對(duì)措施。通過(guò)加強(qiáng)墩的設(shè)置，相當(dāng)于在攪拌樁墻剖面中設(shè)置了一個(gè)類似“固端支座”，使兩“墩”之間的攪拌樁位移減小，以達(dá)到更好的支護(hù)效果。

4　大直徑攪拌樁（墻）施工要點(diǎn)

大直徑攪拌樁的施工，應(yīng)嚴(yán)格按照“唯一可變量”工法的要求進(jìn)行。該工法要求保持?jǐn)嚢铇躲@頭旋轉(zhuǎn)速度不變，噴漿速度也保持恒定，根據(jù)地層情況實(shí)時(shí)調(diào)整鉆頭的下鉆和上提速度，且下鉆或上提速度在淤泥等較差地層中不得超過(guò)20cm/min，在砂層、砂質(zhì)粘土層等較好地層中不得超過(guò)30cm/min。該施工工法一方面限制了鉆頭的上下速度，保證攪拌樁的水泥摻入量及單位樁長(zhǎng)內(nèi)的攪拌次數(shù)，確保了成樁質(zhì)量；另一方面，根據(jù)不同地層條件，靈活選擇上下鉆速度，因此地質(zhì)條件的準(zhǔn)確把握顯得尤為重要，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行地質(zhì)超前鉆，彌補(bǔ)地勘報(bào)告中鉆孔孔距過(guò)大、擬施工處地質(zhì)信息欠缺的不足。

進(jìn)行樁頂插入鋼管的工序施工時(shí)，鋼管樁必須及時(shí)插入，時(shí)間可控制在攪拌樁施工完后半小時(shí)內(nèi)，且應(yīng)控制好標(biāo)高，使鋼管頂與面板頂標(biāo)高保持一致，才能使鋼管起到連接樁與板的作用，保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性。

混凝土面板施工時(shí)，必須將攪拌樁樁頂整平至設(shè)計(jì)標(biāo)高，清除浮渣、浮土，使鋼管露出攪拌樁頂，保證鋼管與面板混凝土澆筑在一起，加強(qiáng)攪拌樁與面板的連接，形成整體結(jié)構(gòu)。面板混凝土澆筑后，需注意及時(shí)澆水保濕養(yǎng)護(hù)。

素混凝土加勁樁的施工難點(diǎn)在于選擇適當(dāng)?shù)奶涂?、清孔方法，保證掏孔的垂直度與攪拌樁一致，并應(yīng)注意掏孔的時(shí)機(jī)。傳統(tǒng)掏孔方法為泥漿護(hù)壁正反循環(huán)鉆孔法，其垂直度不易保證，且容易破壞攪拌樁身。目前較為成熟的做法是：將現(xiàn)有大直徑攪拌樁機(jī)的鉆頭更換為與加勁樁直徑一致的小鉆頭，待攪拌樁施工完畢18～24h左右，樁身初具強(qiáng)度時(shí)，即可進(jìn)行加勁樁的掏孔作業(yè)，再用大吸力潛水泵將鉆渣清除，并浸濕養(yǎng)護(hù)3～5d，即可得到所需的空心圓柱孔，如圖4所示，最后在孔中澆筑素混凝土，養(yǎng)護(hù)后樁體成型，保證施工質(zhì)量。

圖4　水泥土攪拌樁中心掏孔圖

5　結(jié)論

（1）大直徑攪拌樁墻用于基坑支護(hù)工程，是一種新穎的支護(hù)形式，適用地層廣泛，兼具支護(hù)和止水的雙重作用，支護(hù)效果優(yōu)良。

（2）大直徑攪拌樁墻基坑支護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、周邊環(huán)境情況，綜合運(yùn)用各種加強(qiáng)措施（混凝土頂板、加強(qiáng)墩、鋼管樁、加勁樁等），確保設(shè)計(jì)的合理性和施工的可行性。

（3）大直徑攪拌樁墻的施工，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求，精心組織施工，對(duì)各施工關(guān)鍵參數(shù)（包括但不限于鉆頭上下鉆速度、噴漿速度、水灰比、垂直度等）應(yīng)嚴(yán)格把握，確保施工質(zhì)量和支護(hù)效果，并應(yīng)重視地質(zhì)超前鉆的重要性。

（4）大直徑攪拌樁墻用于基坑支護(hù)，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，在節(jié)省工程造價(jià)的同時(shí)兼具良好的支護(hù)效果，是一項(xiàng)值得推廣的新技術(shù)。

[1]吳厚信，等.大直徑深層旋噴攪拌樁在昊勝大廈深基坑支護(hù)工程中的應(yīng)用.探礦工程，2010，37（4）：58～61.

[2]盧信雅，等.類剛性-大直徑水泥土（旋攪）樁在珠三角地區(qū)的應(yīng)用和發(fā)展，2010，37（10）：89～92.

[3]胡運(yùn)杰，盧信雅.大直徑攪拌樁在地基加固中的發(fā)展[M].湖南長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)出版社，2002.

[4]《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）[S].

TU753

A

1673-0038（2015）14-0027-03

2015-3-16

陳煒（1985-），男，碩士，巖土工程專業(yè)，主要從事巖土基坑設(shè)計(jì)及施工工作。