陳 鋒，胡福洪,胡翔宇

(1.武漢地質(zhì)勘察基礎(chǔ)工程有限公司，湖北 武漢 430000; 2.武漢輕工大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院，湖北 武漢 430023)

0 前 言

隨著我國(guó)工程建設(shè)的不斷加快，樁基工程中采用攪拌樁構(gòu)建止水帷幕正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，施工原理主要是利用攪拌樁機(jī)將水泥噴入土體并充分?jǐn)嚢杈鶆颍顾嗯c土體發(fā)生一系列物理、化學(xué)反應(yīng)，待穩(wěn)定固結(jié)后提升土體強(qiáng)度，形成工程結(jié)構(gòu)可以有效抵抗基坑周?chē)馏w變形和地下水的滲入。三軸攪拌樁具有成樁效率高、成樁效果好的特點(diǎn)，相關(guān)研究顯示二軸攪拌樁成樁效率不到三軸攪拌樁的1/6，然而工程中所需要面對(duì)的復(fù)雜地質(zhì)條件(尤其是水文地質(zhì)條件)和施工工藝流程仍然是三軸攪拌樁施工中的難點(diǎn)，對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行有效控制顯得尤為迫切，這不僅關(guān)乎成樁質(zhì)量，甚至可能決定整個(gè)樁基工程的成敗。

1 工程概況

武漢市永清片綜合發(fā)展項(xiàng)目B10地塊樁基及基坑支護(hù)工程是我司的重點(diǎn)工程，由武漢瑞安房地產(chǎn)發(fā)展有限公司開(kāi)發(fā)。本項(xiàng)目由1棟高度為170 m的住宅、2～5層的商業(yè)裙樓和3層地下室組成?；娱_(kāi)挖深度為13.3～14.6 m。四周采用地下連續(xù)墻的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，分兩個(gè)區(qū)域施工，中間采用隔斷樁并運(yùn)用三軸攪拌樁止水帷幕。

2 成樁質(zhì)量影響因素

三軸攪拌樁施工要經(jīng)歷一系列復(fù)雜的工藝流程：首先在攪拌機(jī)進(jìn)場(chǎng)前需要進(jìn)行場(chǎng)地平整，使路基承載力滿(mǎn)足重型樁機(jī)平移進(jìn)場(chǎng)和穩(wěn)定工作的要求；然后按照提供的坐標(biāo)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行放樣定位和高程引測(cè)工作，并且做好永久及臨時(shí)性標(biāo)志；接著按照基坑尺寸及工程要求，用挖土機(jī)開(kāi)挖溝槽，若遇地下障礙物應(yīng)該及時(shí)清理，開(kāi)挖溝槽余土及時(shí)處理，避免造成施工障礙，給邊坡帶來(lái)安全隱患；最后進(jìn)行三軸攪拌樁定孔定位及攪拌樁施工。施工中的每一個(gè)流程都將對(duì)成樁質(zhì)量造成間接或直接的影響，筆者根據(jù)前人研究及工作經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合自身在施工現(xiàn)場(chǎng)遇到的一些問(wèn)題，經(jīng)過(guò)多次與小組人員討論，集思廣益，從施工中的環(huán)境、人員、機(jī)具、材料和工藝這些方面出發(fā)，分析并提出了三大可能對(duì)成樁質(zhì)量造成影響的因素。

1)軟土含水率及水泥使用。含水率、有機(jī)質(zhì)含量和軟土土質(zhì)作為土的重要參數(shù)對(duì)攪拌樁有不同程度的影響，含水率越大、黏土礦物及有機(jī)質(zhì)含量越高，土質(zhì)越軟、土工程強(qiáng)度越低。摻入水泥形成水泥土通常作為改善土體強(qiáng)度的有效方法，土的含水量多少直接關(guān)系到水泥的使用量。相關(guān)研究揭示了水泥土強(qiáng)度與軟土含水率以及水泥摻入量之間的關(guān)系(見(jiàn)圖1)[1]，當(dāng)水泥摻入比(Cw)小于15%時(shí)，水泥土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨土中的含水率的增大而降低，由于水泥摻入比較小，水比水泥更容易進(jìn)入土壤顆粒之間的空隙，從而導(dǎo)致水泥強(qiáng)度逐漸降低；當(dāng)水泥摻入比大于15%時(shí)，水泥土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨含水率的增加先增大后減小，即土的含水率存在最優(yōu)值，該最優(yōu)值使水泥漿具有較好的流動(dòng)性，易于進(jìn)入土壤顆粒，使其強(qiáng)度增加；而一旦含水率超過(guò)最優(yōu)值，含水率的進(jìn)一步增加將使水泥中有效成分的濃度降低，影響水泥性能，從而使強(qiáng)度降低。不難看出，在現(xiàn)實(shí)施工過(guò)程中，土的含水率將在一個(gè)變化不大的范圍內(nèi)波動(dòng)，針對(duì)高含水率的土，為了增加其工程強(qiáng)度，增加水泥的摻入量依然為有效的方法，含水率極高的土，除了增加水泥摻入量，還可以調(diào)整水泥配合比，增加木鈣、生石膏粉及粉煤灰等添加劑使水泥土強(qiáng)度達(dá)到工程要求。

圖1 水泥土強(qiáng)度與軟土含水率及水泥摻入量之間的關(guān)系(圖中Cw表示水泥摻入量)

2)鉆進(jìn)與提升速度。攪拌頭鉆進(jìn)與提升速度直接影響水泥土拌和均勻程度和成樁質(zhì)量。鉆進(jìn)速度應(yīng)適當(dāng)提高并保持穩(wěn)定，根據(jù)不同土層可以做出相應(yīng)的調(diào)整。在攪拌樁鉆進(jìn)的過(guò)程中，下鉆、復(fù)攪、提升速度均要比常規(guī)要求的快一些。如果鉆進(jìn)速度過(guò)慢，可能導(dǎo)致施工過(guò)程中出現(xiàn)的成樁、翻淤和翻灰等工程問(wèn)題，從而導(dǎo)致工程成本增加、工效降低、施工周期延長(zhǎng)，甚至對(duì)工程質(zhì)量產(chǎn)生影響。但是鉆進(jìn)速度過(guò)快可能導(dǎo)致憋鉆，造成機(jī)具損壞。提升是鉆進(jìn)的逆過(guò)程，提升速度過(guò)快可能導(dǎo)致攪拌體不均勻或出現(xiàn)無(wú)水泥漿拌的情況發(fā)生。在保持施工機(jī)械正常且穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，應(yīng)盡量提高攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速，降低提升速度，邊攪拌邊勻速提升，確保單位時(shí)間內(nèi)的注漿量基本相等，還可以采用一次噴漿幾次補(bǔ)漿或者重復(fù)攪拌的施工工藝。由此可知，提升速度的選擇異常關(guān)鍵，過(guò)快可能使工程質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題，過(guò)慢則施工效率低下，根據(jù)目前國(guó)內(nèi)攪拌樁的施工現(xiàn)狀，鉆頭提升速度以0.8～1.2 m/min為宜[2]。

3)注漿工藝。對(duì)注漿工藝來(lái)說(shuō)，在攪拌樁注漿過(guò)程中應(yīng)注意以下方面[3]：①出漿口位置不應(yīng)選擇在攪拌軸上，這樣將使?jié){液多集中在噴漿口的樁軸附近，葉片外緣缺漿，使攪拌不均勻，因此出漿口位置宜設(shè)置在攪拌葉中部；②采用下沉注漿可能因土體不均勻引起漿液在土中的分配不合理，待首次下沉、土體完全被攪碎之后，應(yīng)變下沉注漿為提升注漿，注漿速度要與鉆桿提升速度相匹配；③提升速度偏快、葉片數(shù)量偏少、攪拌軸上下循環(huán)次數(shù)不夠?qū)?dǎo)致水泥土攪拌不足、穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不夠，為此可以采用增加注漿次數(shù)和循環(huán)提升注漿的方法，使土與水泥漿充分混合，以達(dá)到良好的效果。

3 成樁質(zhì)量控制

由上文分析的成樁質(zhì)量影響因素可知，在選用攪拌樁作為止水帷幕構(gòu)建方法之前，應(yīng)該先對(duì)工程地質(zhì)條件進(jìn)行研究，搞清地下土質(zhì)及地層分布情況和水文地質(zhì)特征。

施工場(chǎng)地屬于長(zhǎng)江Ⅰ級(jí)階地地貌，地勢(shì)變化較小。本次勘察的野外鉆探、原位測(cè)試及室內(nèi)土工試驗(yàn)資料顯示，場(chǎng)地表層分布有建筑雜填土(Qml)，厚度約為0～1.2 m，持力層為K-E礫巖、泥質(zhì)粉砂巖，深度為45～57 m，介于持力層和表層雜填土之間，由下往上依次分布Q4al+pl砂土夾黏性土(深度8～45 m)、Q4al一般黏性土(深度1.2～8 m)?？辈炱陂g測(cè)得其上層滯水穩(wěn)定水位埋深為0.90～3.60 m，相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高為21.30～24.20 m，在本場(chǎng)地通過(guò)上部隔水和抽水試驗(yàn)鉆孔觀測(cè)得承壓水穩(wěn)定水位埋深為8.50～9.99 m，相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高15.00～16.27 m，場(chǎng)地內(nèi)未測(cè)得基巖裂隙水水位。

依據(jù)工程地質(zhì)特征及基坑設(shè)計(jì)施工需要，設(shè)計(jì)三軸攪拌樁樁長(zhǎng)20.3 m，樁徑為850 mm。由上文可知水泥摻入量應(yīng)根據(jù)軟土含水率和樁體強(qiáng)度要求合理選擇，資料調(diào)研得知，武漢地區(qū)一級(jí)階地黏性土天然含水率為31.4%～45.6%，同時(shí)考慮施工經(jīng)濟(jì)效益因素，設(shè)計(jì)水泥摻入量不少于20%，采用P·O42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，在填土、淤泥質(zhì)土等特別軟弱的土中以及在較硬的砂性土、礫砂土中，水泥用量宜適當(dāng)提高。鉆頭鉆進(jìn)與提升速度控制在1 m/min，遇軟弱地層適當(dāng)降低抬升速率。注漿工藝按照成樁質(zhì)量影響因素中所涉及的注漿工藝要求嚴(yán)格完成，尤其注意攪拌速度和水泥土拌和均勻性。

由于施工場(chǎng)地緊鄰長(zhǎng)江，地下含水量豐富，一旦基坑開(kāi)挖，易發(fā)生滲水、透水工程事故，因此本次三軸攪拌樁同時(shí)需要起到構(gòu)建止水帷幕的作用，且甲方對(duì)止水帷幕要求嚴(yán)格，要求做到無(wú)漏水點(diǎn)。在前文所提及的三軸攪拌樁質(zhì)量控制的基礎(chǔ)上，為了保證工程質(zhì)量和完成甲方要求，對(duì)武漢類(lèi)似地區(qū)多個(gè)采用三軸攪拌樁構(gòu)建止水帷幕的施工工藝基坑技術(shù)資料進(jìn)行了分析與搜集，這些項(xiàng)目的工程地質(zhì)環(huán)境及攪拌樁施工技術(shù)參數(shù)與本次施工選取的類(lèi)似，相關(guān)資料見(jiàn)表1。

表1 武漢類(lèi)似地區(qū)采用三軸攪拌樁構(gòu)建止水帷幕相關(guān)資料

從武漢類(lèi)似地區(qū)采用三軸攪拌樁構(gòu)建止水帷幕的相關(guān)資料中不難看出，相關(guān)工程均出現(xiàn)了不同程度的開(kāi)叉和滲漏，表明這一地區(qū)工程地質(zhì)條件苛刻，地下含水豐富，用攪拌樁構(gòu)建止水帷幕具有一定難度，給本次止水帷幕構(gòu)建造成了不小的挑戰(zhàn)。為了搞清導(dǎo)致三軸攪拌樁止水帷幕出現(xiàn)滲水和開(kāi)叉等工程質(zhì)量問(wèn)題的原因，選取了開(kāi)挖深度、接頭方式、帷幕樁長(zhǎng)和樁徑大小這幾個(gè)可能的影響因素進(jìn)行分析，從表1中不難看出，接頭方式和樁徑大小(相對(duì)于設(shè)計(jì)樁徑)對(duì)工程質(zhì)量影響明顯。以開(kāi)叉點(diǎn)和漏水點(diǎn)為判別指標(biāo)，進(jìn)一步分析這兩個(gè)主要因素分別對(duì)三軸攪拌樁止水帷幕的影響程度如何。將各個(gè)項(xiàng)目按接頭方式分為套接和搭接，把這兩種接頭方式所構(gòu)成的止水帷幕中的開(kāi)叉點(diǎn)和漏水點(diǎn)個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)制成直方圖(見(jiàn)圖2)，從圖2中可以看出，采用套接方式構(gòu)建止水帷幕的工程項(xiàng)目，開(kāi)叉點(diǎn)和漏水點(diǎn)明顯少于采用搭接方式構(gòu)建止水帷幕的項(xiàng)目。同樣的方法，將各個(gè)項(xiàng)目按樁徑大小分為正常和偏小，把這兩種樁徑所構(gòu)成的止水帷幕中的開(kāi)叉點(diǎn)和漏水點(diǎn)個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)制成直方圖(見(jiàn)圖3)，從圖3中可以看出，樁徑正常的止水帷幕工程項(xiàng)目，開(kāi)叉點(diǎn)和漏水點(diǎn)明顯少于樁徑較小的止水帷幕項(xiàng)目。因此在施工的過(guò)程中，要采用套接一孔的接頭方式，并嚴(yán)格控制攪拌樁樁徑復(fù)合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在含水較多的地段，遇含水豐富的層系，可適當(dāng)增加施工樁徑。

圖2 接頭方式與開(kāi)叉點(diǎn)與滲漏點(diǎn)之間的關(guān)系

圖3 止水帷幕樁徑大小與開(kāi)叉點(diǎn)與滲漏點(diǎn)之間的關(guān)系

根據(jù)以上三軸攪拌樁質(zhì)量控制因素與注意事項(xiàng)，經(jīng)施工操作人員按章精心操作、管理人員認(rèn)真督導(dǎo)指揮，此次三軸攪拌樁止水帷幕施工工程順利完成?；娱_(kāi)挖后，項(xiàng)目部現(xiàn)場(chǎng)對(duì)三軸攪拌樁止水效果進(jìn)行檢查。經(jīng)檢查，本工程三軸攪拌樁未出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象，無(wú)滲水、漏水的現(xiàn)象(見(jiàn)圖4)。

圖4 此次三軸攪拌樁止水帷幕施工效果圖

相比現(xiàn)狀調(diào)查中各項(xiàng)目均存在的滲水及漏水現(xiàn)象，本項(xiàng)目止水效果優(yōu)良顯著。優(yōu)質(zhì)的止水帷幕工程也為接下來(lái)的基坑作業(yè)提供可保障。

4 結(jié) 論

1)三軸攪拌樁可以作為構(gòu)建止水帷幕的有效方法，在黏性土層中較為實(shí)用。

2)采用三軸攪拌樁施工過(guò)程中要重點(diǎn)關(guān)注：軟土含水率及水泥使用、鉆進(jìn)與提升速度、注漿工藝，這幾個(gè)質(zhì)量控制因素。

3)接頭方式和樁徑大小對(duì)三軸攪拌樁構(gòu)建止水帷幕效果影響較為顯著，應(yīng)使用套接并控制樁徑復(fù)合設(shè)計(jì)要求，這可為武漢市地區(qū)、長(zhǎng)江一級(jí)階地三軸攪拌樁止水帷幕施工提供參考。

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