劉 濤 郭 馨 馮善中 劉世存 李根剛

中建八局第一建設(shè)有限公司 山東 濟(jì)南 250100

五軸水泥土攪拌樁是在吸取傳統(tǒng)雙軸、三軸攪拌樁優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，全新研制的高集成化、高智能化的水泥土攪拌成樁設(shè)備。該種工藝在機(jī)械設(shè)備及工藝流程兩方面進(jìn)行了革新，使其在造價(jià)、環(huán)保、工期方面較三軸攪拌樁有極大的優(yōu)勢(shì)。水泥土攪拌樁在建筑或市政工程中有廣泛應(yīng)用前景，可用于止水帷幕[1]、防止地基液化[2]、地基加固處理[3]等工程中。鄭賑濟(jì)等[4]基于董家渡11號(hào)地塊舊區(qū)改造工程，介紹了五軸攪拌樁的構(gòu)造、施工工藝以及實(shí)施效益等，并指出其在深大基坑中可有效運(yùn)用于保護(hù)周邊管線安全的工況中；洪冬明[5]將五軸攪拌樁應(yīng)用于富水砂層中，并通過“兩噴兩攪”工藝以及內(nèi)插鋼管等措施，有效地保證了止水帷幕的應(yīng)用效果，且在佛山某綜合體基坑支護(hù)中進(jìn)行了成功實(shí)踐。本文結(jié)合紹興北站TOD綜合體項(xiàng)目（A區(qū)塊）工程實(shí)例，分析總結(jié)五軸水泥土攪拌樁的優(yōu)勢(shì)，為后續(xù)工程施工選用五軸水泥土攪拌樁提供借鑒。

1 工程概況

1.1工程簡(jiǎn)介

紹興北站TOD綜合體項(xiàng)目（A區(qū)塊）北鄰高鐵站房，南靠嘉會(huì)河，東接車站東路，西臨杭紹臺(tái)高速及大越路。場(chǎng)地呈狹長(zhǎng)不規(guī)則形，東西長(zhǎng)約700 m，南北最窄110 m。基坑深度約14.5 m，坑中坑深度約21.0 m，總占地面積12.43萬 m2。項(xiàng)目基坑支護(hù)主要采用地下連續(xù)墻＋內(nèi)支撐，采用明挖法。自施基坑6 m范圍內(nèi)進(jìn)行水泥土攪拌樁土體弱加固（圖1）。

圖1 基坑圍護(hù)平面布置示意

1.2地質(zhì)、水文條件

①1號(hào)層雜填土：由建筑垃圾、黏性土、碎石和塊石等組成。顆粒分布不均，最小粒徑為10 mm，最大粒徑可達(dá)200 mm以上，支護(hù)施工時(shí)容易坍孔。

③和⑤2號(hào)層軟土：高含水量、高壓縮性，靈敏度較高，勘察區(qū)內(nèi)軟土呈流塑狀，支護(hù)施工易擾動(dòng)，產(chǎn)生頸縮，將影響成樁質(zhì)量。

⑩1和⑩2號(hào)層風(fēng)化巖：該層遇水易崩解，總體對(duì)支護(hù)施工的影響較小。

本項(xiàng)目地下水類型較為單一，淺部為孔隙潛水，深部⑧號(hào)層為孔隙承壓水。

2 設(shè)計(jì)思路

項(xiàng)目周圍環(huán)境復(fù)雜：北側(cè)基坑與紹興高鐵北站在營(yíng)鐵路線最近距離為48 m，與高鐵站房雨篷最近距離為50 cm；南側(cè)基坑貼臨嘉會(huì)江，涉水距離約30 m。

項(xiàng)目場(chǎng)內(nèi)地質(zhì)、水文條件差：場(chǎng)地內(nèi)分布較厚粉土層和軟土層，工程施工時(shí)易引起粉土擾動(dòng)液化，軟土易蠕動(dòng)，導(dǎo)致基坑開挖時(shí)土體沉降和側(cè)移，最終使基坑破壞失穩(wěn)；地表水可能因基坑開挖涌入基坑內(nèi)，導(dǎo)致基坑坍塌等事故；承壓水有突涌可能，導(dǎo)致基坑和基樁破壞。

因此，為確保工程施工時(shí)基坑安全，避免較長(zhǎng)時(shí)間施工對(duì)鐵路沿線造成的隱患，項(xiàng)目同設(shè)計(jì)商定，將三軸水泥土攪拌樁坑內(nèi)弱加固改為五軸水泥土攪拌樁坑內(nèi)弱加固。

2.1施工原理

五軸水泥土攪拌樁機(jī)是一種具有全自動(dòng)化、高集成化、攪拌充分、搭接冷縫少等特點(diǎn)的樁機(jī)。五軸水泥土攪拌樁（項(xiàng)目采用MC-920機(jī)型）工法是以水泥作為固化主劑，通過5根鉆桿旋轉(zhuǎn)切削土體，把攪拌機(jī)拌制的設(shè)計(jì)比例的水泥漿與地基土強(qiáng)制攪拌混合，使地基土硬化成具有連續(xù)性、抗?jié)B性和一定強(qiáng)度的樁體。

2.2設(shè)計(jì)要求

1）樁徑為850 mm，間距600 mm，樁頂標(biāo)高－1.1 m，樁底標(biāo)高－15.1 m，深度14 m，加固范圍為基坑內(nèi)6 m。

2）采用P·O 42.5普通水泥，摻入量10%，水灰比1.5。

3）樁徑允許偏差為±20 mm，樁位允許偏差為±50 mm。立柱導(dǎo)向架的垂直度不應(yīng)大于1/250。攪拌機(jī)鉆頭磨損量不應(yīng)大于10 mm。

4）樁體強(qiáng)度試驗(yàn)：取芯數(shù)量不宜少于總樁數(shù)的1%，且不應(yīng)少于3根。

5）樁機(jī)施工時(shí)，攪拌機(jī)頭應(yīng)上下各一次對(duì)土體進(jìn)行噴漿加固，對(duì)含砂量大的土層，宜在攪拌樁底部2～3 m范圍內(nèi)上下重復(fù)噴漿攪拌一次。

6）本項(xiàng)目為涉鐵項(xiàng)目，在五軸水泥土攪拌樁施工過程中實(shí)施周邊環(huán)境全過程監(jiān)測(cè)，依托信息化管理指導(dǎo)施工。

3 施工工藝

3.1施工重點(diǎn)

五軸水泥土攪拌樁施工時(shí)，可根據(jù)地質(zhì)情況選擇跳打、單側(cè)擠壓或先行鉆孔套打等方式施工[6]。對(duì)于硬質(zhì)土層，在成樁困難時(shí)，可采用預(yù)先松動(dòng)土層的先行鉆孔套打方式施工。當(dāng)土質(zhì)良好時(shí)，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求選擇施工方式。該項(xiàng)目土質(zhì)松軟，易于下鉆且工程工期緊，為節(jié)省樁機(jī)工作時(shí)間，選擇單側(cè)擠壓方式施工，具體如圖2所示。

圖2 單側(cè)擠壓方式施工順序

具體施工如下：

1）五軸水泥土攪拌樁機(jī)就位。使用全站儀對(duì)攪拌機(jī)鉆桿導(dǎo)向架矯正，并設(shè)置垂直控制點(diǎn)[7]。施工中用掛設(shè)的線錘和垂直控制點(diǎn)對(duì)比檢查樁機(jī)垂直度。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，樁基兩端鉆桿焊接向前外挑線墜，施工中用以垂直對(duì)準(zhǔn)放線，保證水泥土攪拌樁施工順直。考慮文明施工，施工時(shí)在鉆桿正前方一定范圍內(nèi)掛設(shè)屏擋，防止鉆機(jī)施工時(shí)泥漿、泥塊四處滴落。

2）啟動(dòng)鉆機(jī)，同時(shí)通知水泥漿制作室打開水泥漿液輸送泵，邊下鉆（提升）邊噴漿。因基坑距離高鐵線路及站房較近，攪拌下沉速度控制在0.5～0.8 m/min，提升速度控制在1 m/min內(nèi)，噴漿壓力控制在0.8 MPa內(nèi)。具體以鉆桿空中空轉(zhuǎn)時(shí)的電流和設(shè)計(jì)水泥摻量為標(biāo)準(zhǔn)，控制鉆桿下鉆和提升速度。當(dāng)機(jī)器輸出電流大于400 A時(shí)，應(yīng)調(diào)整卷揚(yáng)機(jī)轉(zhuǎn)速，降低輸出電流，防止設(shè)備損壞。鉆桿鉆至樁底時(shí)，停留約30 s，持續(xù)攪拌注漿，當(dāng)輸出電流和攪拌機(jī)空轉(zhuǎn)電流數(shù)接近時(shí)即可提鉆。提鉆施工要求同下鉆過程。

3）本幅水泥土攪拌樁鉆進(jìn)完成后，鉆機(jī)以拉線方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，按照單側(cè)擠壓方式的工藝順直移動(dòng)到指定位置，以此循環(huán)直至施工完成。

4）水泥土攪拌機(jī)施工過程中，應(yīng)及時(shí)采用挖掘機(jī)翻槽，將涌出的廢土清理外運(yùn)至指定存土點(diǎn)。

3.2質(zhì)量控制要點(diǎn)

1）五軸水泥土攪拌樁機(jī)整體較重，因此施工時(shí)必須確保地面堅(jiān)實(shí)平整，機(jī)械穩(wěn)固豎直，防止傾覆，造成安全和質(zhì)量事故。

2）水泥漿液應(yīng)按設(shè)計(jì)配比和拌漿機(jī)操作規(guī)定拌制，并應(yīng)通過濾網(wǎng)倒入具有攪拌裝置的貯漿桶或貯漿池，采取防止?jié){液離析的措施。施工前和過程中應(yīng)不定期抽查泥漿配比，確保泥漿配比符合要求；因擱置時(shí)間過長(zhǎng)產(chǎn)生初凝的漿液，應(yīng)作為廢漿處理，嚴(yán)禁使用。

3）挖掘機(jī)翻運(yùn)泥漿及樁機(jī)行走過程中，應(yīng)保護(hù)好放線控制點(diǎn)，并對(duì)控制點(diǎn)不定期復(fù)核，確保單排樁施工順直。

4）五軸水泥土攪拌樁機(jī)施工過程中，漿液泵送量應(yīng)與攪拌下沉或提升速度匹配，保證攪拌樁中水泥摻量均勻。

5）施工時(shí)若因故停漿，應(yīng)在恢復(fù)噴漿前將五軸水泥土攪拌機(jī)下沉0.5 m，再注漿攪拌施工，保證攪拌樁連續(xù)[8]。

6）水泥土攪拌樁的搭接時(shí)間不宜大于24 h，因故超時(shí)時(shí)，應(yīng)緩慢攪拌下沉，保證樁體質(zhì)量和防止五軸攪拌機(jī)損壞。若無法搭接或搭接不良，應(yīng)作為冷縫記錄處理，在搭接處采取補(bǔ)做攪拌樁或旋噴樁等技術(shù)措施。

4 工藝對(duì)比及實(shí)施效益

4.1施工方式

五軸水泥土攪拌樁機(jī)同三軸水泥土攪拌樁機(jī)相比，施工方式更靈活、更多樣。

在現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)較好的情況下，五軸水泥土攪拌樁機(jī)可以任意選擇單側(cè)擠壓方式或跳打方式施工，但對(duì)于三軸水泥土攪拌樁機(jī)而言，宜選擇跳打方式施工。五軸水泥土攪拌樁機(jī)機(jī)身較重，在進(jìn)行單側(cè)擠壓方式施工時(shí)，不會(huì)因鉆桿偏斜對(duì)樁機(jī)和成樁質(zhì)量造成影響，而采用三軸水泥土攪拌樁機(jī)時(shí)，則會(huì)存在質(zhì)量和安全隱患。

4.2加固布點(diǎn)分析

4.2.1 五軸水泥土攪拌樁

五軸水泥土攪拌樁坑內(nèi)弱加固周長(zhǎng)為1 185 m，寬度為6 m，深度均為14 m。其加固布點(diǎn)大樣如圖3所示。

圖3 五軸水泥土攪拌樁加固布點(diǎn)大樣

從上述布點(diǎn)大樣圖可以看出，采用五軸水泥土攪拌樁機(jī)施工時(shí)，每幅樁實(shí)際下鉆寬度為3.25 m，有效下鉆寬度為3 m，重復(fù)下鉆面積約0.1 m2。

經(jīng)計(jì)算，施工單排樁需下鉆395次，重復(fù)注漿區(qū)域約395×0.1×14×2＝1 106 m3。

4.2.2 三軸水泥土攪拌樁

采用三軸水泥土攪拌樁機(jī)施工時(shí)，其加固布點(diǎn)大樣如圖4所示。

圖4 三軸水泥土攪拌樁加固布點(diǎn)大樣

從上述布點(diǎn)大樣可以看出，采用三軸水泥土攪拌樁機(jī)施工時(shí)，每幅樁實(shí)際下鉆寬度為2.05 m，有效下鉆寬度為1.8 m，重復(fù)下鉆面積約0.1 m2。

經(jīng)計(jì)算，施工單排樁約需下鉆658次，重復(fù)注漿區(qū)域約658×0.1×14×2＝1 842 m3。

4.3實(shí)施效益對(duì)比

4.3.1 經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比

暫不考慮水泥土攪拌樁機(jī)折舊費(fèi)和油電使用費(fèi)等。根據(jù)上述分析計(jì)算，單排水泥土攪拌樁施工時(shí)，采用三軸水泥土攪拌樁機(jī)比采用五軸水泥土攪拌樁機(jī)增加736 m3重復(fù)注漿區(qū)域，則整個(gè)工程總增加的重復(fù)注漿區(qū)域?yàn)?×736＝6 624 m3。本工程原狀土估算時(shí)重度取18 kN/m3。本工程設(shè)計(jì)水泥摻量為10%，則整個(gè)工程增加的水泥總質(zhì)量約為6 624×18×1 000÷9.8×10%＝1 217 t。

查2021年5月浙江紹興水泥行情價(jià)，平均為600元/t，則本工程水泥節(jié)約費(fèi)用約為73萬元。

4.3.2 工期效益對(duì)比

從上述分析看出，采用五軸水泥土攪拌樁機(jī)施工單排樁需下鉆395次，采用三軸水泥土攪拌樁機(jī)施工單排樁約需下鉆658次。假設(shè)不考慮不可避免的無負(fù)荷工作時(shí)間，五軸水泥土攪拌樁機(jī)和三軸水泥土攪拌樁機(jī)施工時(shí)的速率相同，則采用五軸水泥土攪拌樁機(jī)比采用三軸水泥土攪拌樁機(jī)節(jié)約近2/3的時(shí)間。

5 結(jié)語

1）在軟土地區(qū)，采用五軸水泥土攪拌樁施工技術(shù)進(jìn)行坑內(nèi)弱加固，能夠有效保證設(shè)計(jì)基坑支護(hù)的施工質(zhì)量。

2）與三軸水泥土攪拌樁機(jī)相比，五軸水泥土攪拌樁機(jī)施工方式更加靈活，且工期和經(jīng)濟(jì)效益更具優(yōu)勢(shì)。