劉建國，楊云飛，朱軍，常海燕，江竹，梅源

（1.中國中鐵七局集團(tuán)第三工程有限公司，陜西 西安 710032；2.西安建筑科技大學(xué)土木工程學(xué)院，陜西 西安 710055）

0 前言

地下連續(xù)墻由于其抗?jié)B性好、強(qiáng)度高、適宜城市施工等優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛應(yīng)用，而槽孔的坍塌問題一直困擾著地下連續(xù)墻的施工和墻體質(zhì)量的保證。南京河西地區(qū)為淤泥質(zhì)軟土地層，土體強(qiáng)度低，壓縮性高，地下水位高，地質(zhì)條件差，在該地區(qū)進(jìn)行地下連續(xù)墻成槽施工時(shí)槽孔坍塌危險(xiǎn)系數(shù)高。為了保證成槽施工順利進(jìn)行及成槽質(zhì)量，需對槽壁土體采取加固措施，改善其工程性質(zhì)。

本文依托三軸攪拌樁工程實(shí)例，通過論述三軸深層攪拌樁軟土加固原理、特點(diǎn)，介紹背景工程中三軸深層攪拌樁施工作業(yè)，加固效果檢測，探討了三軸深層攪拌樁加固技術(shù)在淤泥質(zhì)軟土地層的實(shí)際應(yīng)用，為類似工程施工提供借鑒。

1 工程概況

1.1 工程概述

南京地鐵省第二中醫(yī)院站位于南湖路與集慶門大街十字南側(cè)，沿南湖路南北向敷設(shè)。車站結(jié)構(gòu)總寬度為19.7m；圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800mm厚地連墻（不入巖），墻底進(jìn)入基坑底30m，總長48m；地連墻成槽防塌加固采用φ850@600三軸攪拌樁加固，加固深度坑外為從地面至坑底以下2m，坑內(nèi)為從地面至坑底以下3m。導(dǎo)墻范圍內(nèi)土層水泥摻量為7%，其余水泥摻量18%，車站擴(kuò)大端樁長為19.85m，標(biāo)準(zhǔn)段樁長為18.84m。

1.2 水文地質(zhì)條件

1.2.1 地層構(gòu)成及特征

省第二中醫(yī)院站處于長江漫灘區(qū)，基坑開挖土層為①-1雜填土、①-2素填土、②-2b4粉質(zhì)粘土、②-3b3-4粉質(zhì)粘土，淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、②-4b3粉質(zhì)粘土、②-4d2粉質(zhì)粘土，②-3b3-4粉質(zhì)粘土，淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土。主要為填土及軟弱粘性土,低強(qiáng)度、高壓縮性，對坑壁穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)受力不利，工程性質(zhì)差。

圖1 省第二中醫(yī)院站地質(zhì)剖面圖

1.2.2 場地水文特征

省第二中醫(yī)院站開挖地層依次為：①-1雜填土、①-2素填土、②-2b4淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、②-3b3-4粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，②-4b3d粉質(zhì)黏土夾粉砂，車站結(jié)構(gòu)位主要位于淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土地層。車站區(qū)域地下水位埋深1.25m～3.20m，車站主體結(jié)構(gòu)底板位于地下水位下15.54m。

1.2.3 地下水對施工的影響

本工區(qū)省第二中醫(yī)院站擬建場地地下水豐富，有潛水及承壓水，含水層厚度較大，對施工影響很大。歸納起來地下水對車站的主要影響分兩個(gè)方面：

①潛水對施工的影響

施工中的降排水會帶走土顆粒，導(dǎo)致挖掘面失穩(wěn)；止水措施不到位，采用降低地下水位方法時(shí)會形成周圍地層壓密、沉降，造成地表沉降危及道路下管線使用安全和周邊地面建（構(gòu)）筑物安全。

②承壓水對施工的影響

較高的承壓水水頭會影響坑底土層的穩(wěn)定。承壓水突涌造成的坑底土層破壞危及周邊建筑及施工人員的生命安全。同時(shí)，涌水嚴(yán)重影響施工安全、質(zhì)量與進(jìn)度。

2 三軸深層攪拌樁加固施工

2.1 三軸深層攪拌樁機(jī)理及特點(diǎn)

深層水泥土攪拌樁是以水泥為固化劑的主劑，通過專門的深層攪拌機(jī)械，將固化劑和被加固地基土強(qiáng)制拌和，通過水化反應(yīng)等使之硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的樁體。

深層攪拌樁具有以下優(yōu)點(diǎn)：①對軟土地基加固后承載力有顯著提高；②可以靈活采用柱狀、塊狀等多種加固形式；③充分利用原狀土，形成復(fù)合地基土；④環(huán)境影響小，對周圍土體擾動少，不會造成軟土的側(cè)向土體擠出；⑤工藝簡單，便于機(jī)械施工；⑥成本較低，適用于富水地層的軟土加固。

2.2 三軸深層攪拌樁施工流程及操作要點(diǎn)

2.2.1 深層攪拌樁工藝參數(shù)

影響深層水泥土攪拌樁強(qiáng)度及抗?jié)B性能的主要因素有：水泥摻量、下鉆及提鉆速度、攪拌轉(zhuǎn)速、土層性質(zhì)，施工中需加強(qiáng)各主要施工參數(shù)的控制，使樁體強(qiáng)度和抗?jié)B性滿足要求，從而保證車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工過程中地層穩(wěn)定性。

經(jīng)過現(xiàn)場試樁，確定主要工藝參數(shù)（水灰比、水泥用量、下鉆速度、提升速度），如表1所示。

2.2.2 三軸深層攪拌樁工藝流程（見圖2）

圖2 三軸深層攪拌樁加固施工工藝流程圖

2.2.3 三軸深層攪拌樁施工要點(diǎn)

①測量放樣

根據(jù)業(yè)主提供坐標(biāo)基準(zhǔn)點(diǎn)、設(shè)計(jì)圖紙測放出樁位控制線(為確保建筑限界及內(nèi)襯墻厚度，圍護(hù)結(jié)構(gòu)外放15cm)，設(shè)立臨時(shí)控制樁，做好技術(shù)復(fù)核單。施工前，根據(jù)三軸攪拌機(jī)的定位線上測量樁中心位置，樁位與設(shè)計(jì)圖紙偏差以不得大于5cm為準(zhǔn)。

②溝槽開挖

開挖前，及時(shí)探測并清理樁中心線附近地面及地下的障礙物，回填整平地面并壓實(shí)。沿樁中心線采用挖掘機(jī)開挖溝槽，溝槽尺寸為1000×1000mm，并清除地下障礙物，開挖溝槽土體應(yīng)及時(shí)處理。導(dǎo)溝的作用不僅在于引導(dǎo)鉆機(jī)，還能在鉆機(jī)吹氣將土置換上來時(shí)，及時(shí)清理置換土，避免污染工作面。

③三軸攪拌樁樁機(jī)就位

樁機(jī)鉆機(jī)支座處加設(shè)鋼板，保證鉆機(jī)沿放定位線平穩(wěn)移動，確保樁位準(zhǔn)確性。鉆機(jī)就位后，利用全站儀或線錘進(jìn)行垂吊觀測以確保鉆機(jī)的垂直度；攪拌樁樁位定位偏差應(yīng)小于50mm。成樁后樁徑偏差不得超過0.04D，樁身垂直度偏差不得超過1/200。

④預(yù)攪下沉

攪拌樁機(jī)鉆桿下沉到加固樁設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高時(shí)，開動灰漿泵，待純水泥漿到達(dá)攪拌頭后，按小于0.5m/min的速度下沉攪拌頭，邊注漿邊攪拌邊下沉，使水泥漿和原地基土充分拌和，通過觀測鉆桿上樁長標(biāo)記，待達(dá)到樁底設(shè)計(jì)標(biāo)高。

⑤漿液制備

為確保三軸攪拌樁有足夠強(qiáng)度和隔水性，嚴(yán)格按表1工藝參數(shù)制備水泥漿液。水泥漿的制備須有充分時(shí)間，要求＞3 min，以保證攪拌均勻性。

三軸攪拌樁加固施工主要參數(shù)表 表1

水泥漿配制好后，停滯時(shí)間不得超過2h，因故擱置超過2h以上的拌制漿液，應(yīng)作廢漿處理，嚴(yán)禁再用。搭接施工的相鄰攪拌樁施工間隔不得超過12h。注漿時(shí)通過2臺注漿泵2條管路同Y型接頭在H口進(jìn)行混合，注漿壓力與注漿流量可參考上述表1項(xiàng)技術(shù)參數(shù)。

⑥噴漿攪拌提升

鉆掘攪拌機(jī)下沉到設(shè)計(jì)深度后，稍上提10cm，再開啟灰漿泵，邊噴漿、邊旋轉(zhuǎn)攪拌鉆頭，泵送必須連續(xù)。同時(shí)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)確定提升速度，噴漿量及攪拌深度,鉆桿在下沉和提升時(shí)均需注入水泥漿液。

⑦樁位打設(shè)順序

車站基坑外側(cè)（迎土側(cè)）三軸攪拌樁施工順序采用跳打施工方式，其中陰影部分為搭接部分，以保證加固體的連續(xù)性和接頭的施工質(zhì)量。外側(cè)三軸攪拌樁施工按下圖順序進(jìn)行：

圖3 基坑外側(cè)樁位施工順序（單位：mm）

車站基坑內(nèi)側(cè)三軸攪拌樁施工順序采用跳孔施工方式，搭接長度不小于250mm，以保證加固體接頭的施工質(zhì)量。內(nèi)側(cè)三軸攪拌樁施工按下圖順序進(jìn)行。

圖4 基坑內(nèi)側(cè)樁位施工順序（單位：mm）

3 深層三軸攪拌樁施工質(zhì)控措施

工程實(shí)例所在地區(qū)軟土強(qiáng)度低，高流變性使其在地下連續(xù)墻成槽、基坑開挖支護(hù)等施工過程中極易因土體卸荷、施工荷載等因素的擾動，引起很大土體變形，進(jìn)而導(dǎo)致周邊建筑及管線破壞，基坑自身圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大變形甚至破壞。所以深層三軸攪拌樁施工質(zhì)量直接影響后續(xù)施工的安全性，必須采取必要質(zhì)控措施來確保深層三軸攪拌樁成樁質(zhì)量。

①成樁施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（表2）。

②施工前確定攪拌機(jī)械的灰漿泵輸漿量、灰漿經(jīng)輸漿管到達(dá)攪拌機(jī)噴漿口的時(shí)間。

③施工時(shí)用流量泵控制輸漿速度，嚴(yán)格控制攪拌時(shí)的下沉和提升速度，以保證加固范圍內(nèi)每一深度得以充分?jǐn)嚢?，確保樁身強(qiáng)度和均勻性，確保注漿泵出口壓力保持穩(wěn)定，并使攪拌提升速度與輸漿速度同步進(jìn)行。

成樁施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 表2

④漿液不能發(fā)生離析，水泥漿液應(yīng)嚴(yán)格按預(yù)定配合比制作，為防止灰漿離析，放漿前必須攪拌30秒再倒入存漿桶。壓漿階段輸漿管道不能堵塞，不允許發(fā)生斷漿現(xiàn)象，全樁須注漿均勻，不得發(fā)生土漿夾心層。

⑤嚴(yán)格控制噴漿提升速度的均勻性，保證攪拌均勻。確保樁身垂直度，其偏差小于0.5%。

⑥經(jīng)常檢查攪拌頭及鉆頭磨損情況，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)更換或修補(bǔ)，以確保攪拌樁直徑≧Ф850。

4 三軸深層攪拌樁加固效果

對水泥土深層攪拌樁成樁情況按照《建筑地基處理技術(shù)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ 79-2002）進(jìn)行檢驗(yàn)檢測,檢測取樣隨機(jī)原則由建設(shè)單位、監(jiān)理單位和檢測單位共同選定。本工程三軸深層水泥土攪拌樁成樁質(zhì)量檢測方法采取鉆芯取樣檢測試驗(yàn)，對已完成樁體進(jìn)行樁身均勻性、芯樣抗壓強(qiáng)度、樁長判定等三項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果見表3～表5。

樁身均勻性檢測結(jié)果 表3

樁長判定檢測結(jié)果 表4

5 結(jié)語

在背景工程中，通過確定合理的三軸深層攪拌樁工藝參數(shù)，嚴(yán)格按照確定參數(shù)進(jìn)行規(guī)范化施工，采用以水泥為主要固化劑同被加固軟土強(qiáng)制攪拌，硬凝后形成的水泥土深層攪拌樁成樁質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求,可以有效地改善地層的工程特性。同時(shí)水泥土深層攪拌樁具有施工設(shè)備簡單,速度快,環(huán)境影響小,工程造價(jià)相對較低,對工程要求的適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn),是一種值得在我國東部沿江平原軟土地區(qū)應(yīng)用的土體加固方法。

樁身水泥土抗壓強(qiáng)度檢測結(jié)果 表5