蔣 超 (五礦二十三冶建設(shè)集團有限公司 湖南 長沙 410016)

前言

常規(guī)三軸攪拌樁機施工方法,一般只能處理礫石層埋深小于5米、礫石層厚度小于1米的地質(zhì)土層。當(dāng)施工場地狹小時,一旦礫石層埋深超過5米、厚度超過1米,就必須用旋挖樁機取土,后回填素土(不得含有塊石和生活垃圾),再進行三軸攪拌樁施工,其施工成本要增加1.5倍。當(dāng)?shù)[石層超過2米,就必須使用鋼護筒護臂取礫石,否則易塌孔,造成施工周邊沉陷,形成安全隱患,其施工成本再增加一倍。

擬建場地為安徽省滁州市南譙區(qū)徽州路與中心二路交叉口東北側(cè),地貌為皖東丘陵地貌,微地貌上屬清流河一級階地,場地東側(cè)為占地面積約300多畝的水池,南側(cè)道路旁緊挨蘇滁商務(wù)中心,西側(cè)附近有高架鐵路軌道,北側(cè)為市政河流;施工生產(chǎn)區(qū)周圍環(huán)境要求高,施工作業(yè)面積小,地下土質(zhì)水系復(fù)雜,作業(yè)難度大。生產(chǎn)區(qū)場地基本整平,整體地勢較為平坦,西側(cè)市政工程略有起伏。在進行深基坑圍護的21米深的止水帷幕施工中,遇超厚礫石層出現(xiàn)(在深14米的底層中,出現(xiàn)1米砂層+4米深的礫石層),礫石層板結(jié)強度高,不易被打散,且由于最上層有3米建筑垃圾非粘性土填土層和4米厚淤泥質(zhì)土,導(dǎo)致攪拌水泥土混合物的懸浮力不夠,傳統(tǒng)三軸攪拌樁機無法有效攪拌懸浮松散礫石,松散礫石沉淀阻礙傳統(tǒng)三軸攪拌樁機的攪拌,鉆頭磨損厲害,成樁時間為8小時,每打兩個樁,就要換一次鉆頭。傳統(tǒng)三軸攪拌樁機不能滿足圖紙施工工藝要求,影響工程進展。我公司采用超厚礫石層三軸攪拌樁施工工法,很好地解決了這一難題。

一、工法特點

1.端部有三角型合金錐刀和三葉片右螺旋刀,易于打散板結(jié)礫石層。

2.三葉片右螺旋刀刀身,從下到上越來越厚,既能形成負壓區(qū),又能導(dǎo)流混合攪拌物,又能提高鉆頭使用壽命。

3.三軸攪拌軸端部負壓區(qū)+高密度小體積氣泡+配合特制混合水泥漿液+,散碎礫石分散懸浮,減少攪拌阻力,降低設(shè)備能耗。

4.成樁時間縮短為1.5小時。

5.可以在場地狹小的區(qū)域內(nèi)作業(yè)。

6.有效處理超厚礫石層的阻力問題,減少鉆頭磨損,讓攪拌的土體更均勻,成樁直徑效果更好,加固止水更加有效。

7.實踐中,8.5個大氣壓形成的高密度小體積氣泡產(chǎn)生的成樁效率比較高。

8.本工程,由于上層有7米厚非粘性土,用1.5‰膨潤土參量調(diào)整水泥漿性能,輔助懸浮比較好。

9.可根據(jù)不同地質(zhì)條件調(diào)整不同的注漿參數(shù),能最大限度地保證止水帷幕連續(xù)性和有效的帷幕厚度。

10.配漿和攪拌的機械自動化程度高。生產(chǎn)效率高。

二、工藝原理

1.利用端部三角型合金錐刀在板結(jié)礫石層上開小孔,再利用三葉片右螺旋刀片端部旋挖截齒合金鉆頭擴孔打散礫石層,再利用三葉片右螺旋刀刀身在挖掘頭部形成直徑為750mm 高度為500mm 的負壓區(qū),并通過三片刀身,將負壓區(qū)隔離成三個螺旋負壓區(qū),空壓機泵送的0.8MPa高壓氣體在這三個螺旋負壓區(qū)的作用下,形成高密度小體積氣泡。礫石、土、氣泡、特制水泥漿混合均勻,降低混合物密度,提高垂直方向的流動性。

2.散碎的礫石隨著(礫石、土、氣泡、特制水泥漿)混合物,被三葉片右螺旋刀刀身,強制做向上運動。

3.高密度小體積氣泡在脫離負壓區(qū)后,在上升的過程中,小氣泡又融合成大氣泡,氣泡越大,上升速度越快,快速的大氣泡引起散碎的礫石和上部的土層混合攪拌,

4.三軸攪拌設(shè)備的主軸上,每隔1米,有三個小尺寸螺旋副葉片,這三個小尺寸螺旋副葉片,進一步帶動礫石分散。

5.當(dāng)端部三葉片右螺旋刀穿過礫石層后,又不斷強制向上拋送帶氣泡的泥漿,進一步打散礫石,造成礫石均布三軸攪拌樁中,減少阻力。

6.當(dāng)端部達到設(shè)計深度后,慢慢停轉(zhuǎn)至少30秒,停氣,并反向旋轉(zhuǎn),迫使混合物向下壓縮,并給鉆桿反力,輔助鉆桿提升。

7.特制水泥漿,混合上部非粘性土壤(建筑垃圾和淤泥質(zhì)土),提升懸浮和分散礫石能力。

8.礫石、現(xiàn)場土壤、氣泡和特制水泥漿形成的混合物,靜置后,大型氣泡被排除樁體,施工時三條螺旋鉆孔同時向下施工,利用攪拌樁機將水泥噴入土體并充分攪拌,使水泥與土體發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng),使軟土硬結(jié),使地基土硬化成具有連續(xù)性、抗?jié)B性和一定強度的樁體,從而阻隔或減少地下水通過基坑。加固土的抗壓強度隨著水泥摻入量的增多而增大。本工程利用特定耐磨鉆頭,配合高密度小體積氣泡,調(diào)整水泥漿性能,膨潤土輔助懸浮,形成強烈的豎向強制攪拌,減少施工阻力,加強礫石、砂、泥、水泥漿混合效率。工程一般水泥摻入比為20%,其強度標(biāo)準值宜取試塊90天齡期的無側(cè)限抗壓強度,一般可達500～3000Kpa。

三、施工工藝流程及操作要點

1.工藝流程

深層三軸攪拌樁施工工序為:

場地平整→測量放線→開挖導(dǎo)向溝槽→定位型鋼放置→孔位定位→深層桿攪拌樁機就位→制漿→攪拌桿下沉到設(shè)計標(biāo)高→噴漿攪拌桿上升→重復(fù)攪拌桿下沉到設(shè)計標(biāo)高

→重復(fù)攪拌桿上升→施工完畢 。

2.工藝要求

(1)開鉆前須對拌漿工作人員進行交底工作,對三軸水泥土攪拌樁采用P.O42.5級普通硅酸鹽水泥,水泥摻入量不小于20%(具體摻入量應(yīng)通過現(xiàn)場試成樁試驗確定)。準備攪拌土體的體積則按樁體截面面積與深度的相乘來計算。建議水灰比1.5左右(具體數(shù)值通過現(xiàn)場試成樁試驗確定)。攪拌土體28天抗壓強度≥0.8Mpa。

(2)水泥土攪拌樁采用Ф850三軸攪拌樁設(shè)備進行施工,采用單排三軸攪樁進行施工,攪拌樁均應(yīng)采用套接一孔法施工,在樁體范圍內(nèi)必須做到水泥攪拌充分均勻。

(3)對于有可能造成樁體質(zhì)量的不良情況和地下障礙物,應(yīng)優(yōu)先處理后再對此攪拌;同時提高水泥的摻入量。若三軸深攪樁穿礫砂層困難,可采用旋挖鉆預(yù)取土后回填素土(不得含有塊石和生活垃圾)后再施工三軸深攪樁,以確保三軸深攪樁止水效果。

(4)攪拌樁施工應(yīng)有連續(xù)性,樁與樁之間的搭接通常不能超過24小時,若特殊情況超時,施工中必須注重放慢攪拌的速度。若因搭接時間過長無法搭接或搭接不良,此時應(yīng)該認作冷縫來處理,并經(jīng)設(shè)計和監(jiān)理單位同意后,在冷縫處補做搭接長度為200mm 的旋噴樁(具體數(shù)量根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整)進行有效補強封堵的措施,這樣攪拌樁的質(zhì)量和止水效果能有效保障。

(5)施工場地必須平整,三軸攪拌樁在施工時應(yīng)該嚴格控制設(shè)備的垂直性,當(dāng)樁機就位正確時,樁位偏差不大于30mm,檢查立柱導(dǎo)向架垂直度偏差小于1/200。

(6)根據(jù)設(shè)計要求和有關(guān)技術(shù)資料規(guī)定,注意觀察攪拌下沉速度應(yīng)控制在0.6～0.8m/min范圍內(nèi);提升速度應(yīng)控制在0.8～1.0m/min范圍內(nèi),在樁底部分適當(dāng)持續(xù)攪拌注漿,做好每次成樁的原始記錄,并在設(shè)備運行過程中保持勻速的提升或下降。攪拌提升時不應(yīng)造成周邊地基沉降,具體選用的速度值應(yīng)根據(jù)流量等情況計算確定,攪拌次數(shù)或時間應(yīng)確保成樁質(zhì)量,提升速度不宜過快,避免出現(xiàn)真空負壓、孔壁塌方等現(xiàn)象。樁施工時,不得沖水下沉。

(7)三軸攪拌機的噴漿攪拌下降速度或提升速度應(yīng)和漿液泵送流量相匹配,確保攪拌樁中水泥摻量的均勻性。當(dāng)發(fā)生停漿時,應(yīng)在恢復(fù)壓漿前將機體提升或下沉半米后再根據(jù)情況注漿攪拌施工,確保攪拌樁的連續(xù)效果。

(8)三軸水泥土攪拌樁的樁體強度,等試塊養(yǎng)護齡期之后,采用鉆孔取芯的方式來測定。取芯宜選用Ф110鉆頭,連續(xù)鉆取全樁長范圍內(nèi)的樁芯,取出的樁芯不得長時間暴露于空氣當(dāng)中,應(yīng)及時蠟封,立即送檢。正式施工前,施工單位應(yīng)制定詳盡可行的檢測方案,經(jīng)各方認可后方可實施。

(9)加強對攪拌樁施工過程的監(jiān)理及對成品樁的質(zhì)量檢測工作,如發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題應(yīng)主動與設(shè)計單位聯(lián)系,以便及時采取補救措施,避免造成不必要的損失。

四、質(zhì)量控制

質(zhì)量控制標(biāo)準:

1.場地標(biāo)高測量,以確定成樁下沉及提升長度,并在樁架上對不同樁長做好下沉及提升的標(biāo)記。

2.定位測量:根據(jù)甲方提供坐標(biāo)基準點,做好定位放樣及標(biāo)志﹐最后請監(jiān)理進行檢查驗收。

3.檢查施工機具設(shè)備性能及工藝應(yīng)滿足噴漿均勻性、樁的連續(xù)完整性及加固深度的要求。且?guī)в凶詣佑涗泝x功能。

4.漿液依據(jù)地址條件按設(shè)計要求確定配合比1.5左右,不得離析,供漿連續(xù)。若停機超過3h,應(yīng)拆卸輸漿管道,清洗干凈后,在原樁位旁邊步樁。接樁時間不得大于24小時,否則應(yīng)重打該樁。

5.時刻觀察控制攪拌樁機鉆頭下沉和提升速度。樁端必須原位噴漿30s以上,復(fù)攪時避免漿液上冒,攪拌樁水泥摻量20%;水泥漿液水灰比:1.5;成樁工藝:下降至樁底65分鐘,樁底原地攪拌1分鐘,提升20分鐘。鉆機下沉速度:19.8/65=0.3m/min;鉆機提升速度:19.8/13=1.52m/min。

6.施工過程中隨時檢查施工記錄,對每根樁進行詳細查看檢查并對此進行質(zhì)量評定,對有可能出現(xiàn)問題的樁或不合格的樁應(yīng)及時記錄填寫,分析其位置和數(shù)量等具體情況,根據(jù)情況分別采取補樁或加強鄰樁等技術(shù)措施。

五、安全措施

1.做好現(xiàn)場的安全文明的宣傳工作,提高作業(yè)人員安全意識,加強現(xiàn)場設(shè)施管理,陰雨天注意防滑措施防止傾倒。樁機施工時,加強對樁機的穩(wěn)定性進行觀察巡視,如有隱患,立即整改,樁機在移位時,一定確保地基穩(wěn)定,樁機重心要穩(wěn)定,并應(yīng)設(shè)警戒線,由專人指揮移機。

2.施工過程應(yīng)加強對文明施工的管理,泥漿排水按二級沉淀,三級排放的要求排放,現(xiàn)場做到工完場清。

六、環(huán)保措施

1.①施工現(xiàn)場嚴禁焚燒垃圾;②禁止場內(nèi)亂拋、亂堆;③散裝水泥應(yīng)用彩條布進行遮擋,防止揚塵污染;④對進出現(xiàn)場的材料車輛,及時清洗;⑤現(xiàn)場施工面保持無積存垃圾、無積聚廢水、無散落材料、無廢棄物品;⑥廢水需經(jīng)過處理三級沉淀池才能排入市政管道;⑦對未作業(yè)區(qū)域進行土體覆蓋,每天定時開啟圍擋噴淋,對施工現(xiàn)場每天進行清掃,已減少揚塵污染。

2.三軸攪拌樁施工噪聲主要的來源于施工機械,合理安排作業(yè)時間,生產(chǎn)作業(yè)區(qū)每天都會進行噪音檢測,測點選在施工圍擋處,設(shè)專人做噪聲監(jiān)測并做好記錄。

七、效益分析

1.擬建工程蘇滁科創(chuàng)中心項目,不需要使用基坑設(shè)計中要求的鋼護筒護壁旋挖樁機取土后回填素土的方案,節(jié)約成本360萬元。

2.超厚礫石層三軸攪拌樁施工工法極大地提高施工效率,本工程成樁時間為1.5小時,滿足生產(chǎn)要求;而傳統(tǒng)攪拌機穿透礫石層時間長,成樁時間為8小時,且鉆頭磨損嚴重,鉆頭更換頻繁,機械維修頻次過多,人工機械耽誤時間過多,且過長時間占用工作面,耽誤施工工期,延誤下道工序的進行;由于傳統(tǒng)的深攪機無法穿過礫石層達不到設(shè)計深度,就會延長噴攪時間或加大噴漿壓力,長時間達不到設(shè)計深度,水泥漿會向四周土層大面積擴散填充,增加了材料用量及電量的使用,同時設(shè)備的租賃時間延長。因此超厚礫石層采用三軸攪拌機施工很好地解決了這些缺陷,同時也減少了水泥用量約20%,并且加固了地質(zhì)結(jié)構(gòu),減少地下水泥漿浸潤污染。

3.超厚礫石層三軸攪拌樁施工工法適用范圍廣,對于施工生產(chǎn)區(qū)周圍環(huán)境要求高,施工作業(yè)面積小,地下土質(zhì)水系復(fù)雜,作業(yè)難度大工期緊張的工程特別適用。

三軸攪拌樁施工

結(jié)論

我公司承接的蘇滁科創(chuàng)中心項目位于安徽省滁州市南譙區(qū)徽州路與中心二路交叉口東北側(cè),屬于皖東丘陵地貌,微地貌上屬清流河一級階地,場地東側(cè)為占地面積約300多畝的水池,南側(cè)道路旁緊挨蘇滁商務(wù)中心,西側(cè)附近有高架鐵路軌道,北側(cè)為市政河流;施工生產(chǎn)區(qū)周圍環(huán)境要求高,施工作業(yè)面積小,地下土質(zhì)水系復(fù)雜,作業(yè)難度大。施工過程中傳統(tǒng)機械無法穿過1米砂層+4米深的礫石層,于是利用三軸攪拌樁形成深21米的止水帷幕很好地解決了這一難題。經(jīng)業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理、施工單位四方現(xiàn)場認定,在保證安全、質(zhì)量、進度、成本的前提下,提前完成了業(yè)主下達的2021年12月7日的節(jié)點工期要求,且止水帷幕效果滿足創(chuàng)優(yōu)標(biāo)準。