張文書，張 成，王一鳴，葛運(yùn)廣，馬洪偉（.江蘇高智項目管理有限公司， 江蘇 鎮(zhèn)江 000；.揚(yáng)州大學(xué)建筑科學(xué)與工程學(xué)院， 江蘇 揚(yáng)州 57）

0 引 言

三軸水泥攪拌樁[1]具有施工便捷、擋土能力較強(qiáng)、擾動較小、施工時間短及造價低等優(yōu)點，適用范圍比較廣，因此在各項基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)工程中得到廣泛應(yīng)用。其作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)[2]時，應(yīng)保證安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、環(huán)保。三軸水泥攪拌樁施工之前，施工企業(yè)應(yīng)熟讀地質(zhì)勘探資料、勘察現(xiàn)場施工條件、了解施工場地的地質(zhì)情況[3]，組織經(jīng)驗豐富的技術(shù)人員編制切實可行的專項施工方案。

1 工程概況

杭州市某水務(wù)總部大樓工程（以下簡稱“本工程”）占地面積1.9萬m2，建筑面積10.7萬m2。其中：地上建筑（12層～16層主樓，6層～7層裙樓）面積6.4萬m2，主體結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆框剪結(jié)構(gòu)＋鋼結(jié)構(gòu)組合；地下建筑（3層地下室）面積4.3萬m2，基礎(chǔ)為樁筏及筏板＋多樁承臺基礎(chǔ)。本工程基坑開挖深度約為16.5 m，屬于一級基坑工程，基坑工程安全等級的重要性系數(shù)γ0＝1.1，支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計使用期限為24個月。軌道交通控制保護(hù)區(qū)支護(hù)墻采用1 200 mm厚地下連續(xù)墻，槽壁加固為三軸水泥攪拌樁；其他臨邊側(cè)支護(hù)樁（樁徑為600 mm～1 200 mm）為三軸水泥攪拌樁結(jié)合鉆孔灌注樁形成止水帷幕[4]。

2 場地地質(zhì)條件

甲方委托勘察單位對擬建物場區(qū)進(jìn)行了地質(zhì)勘探，工勘報告顯示，杭州地區(qū)屬海積平原地貌，經(jīng)現(xiàn)場勘探得知，該區(qū)域內(nèi)的土層可分為6個工程地質(zhì)層，包含13個工程地質(zhì)亞層和2個工程地質(zhì)夾層，為雜填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土夾粉砂、粉砂夾粉質(zhì)黏土、礫砂、全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖和中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。本場地地基土屬于均勻地基，地基土分布基本較穩(wěn)定，巖土種類較少，地下水對各巖土層的力學(xué)性質(zhì)影響較小，因此本場地地基基本穩(wěn)定。土層工程性質(zhì)較一般，甚至極差，工程建設(shè)判定為適宜性差，可通過采用樁基礎(chǔ)滿足適宜性要求。

3 場地水文地質(zhì)特征

擬建筑物場區(qū)地下水比較豐富，主要有三種類型，分別為承壓水、孔隙潛水和基巖裂隙水[5]。其中，承壓水主要存于④3層和⑤3層兩個土層之中，由土層分布可知該含水層埋藏較深，該層水量大小受城市用水、人工開采地下水或機(jī)械抽水等的影響較大。由于其埋深較大，季節(jié)性降水只能影響較淺水層的水位，而無法影響承壓水的水位，因此這類水的水位相對比較穩(wěn)定?？紫稘撍饕嬗冖?層、①1層、①1’層和②1’層等巖層中。由此可見，孔隙潛水埋藏深度較淺，同時淺部水量較小，主要補(bǔ)給來源為雨水，水位變化明顯受到不同季節(jié)的影響。該區(qū)域以往水文地質(zhì)資料表明該地區(qū)壓水水頭較大，地質(zhì)勘察結(jié)果表明該擬建物地區(qū)的壓力水頭高度約為10 m?；鶐r裂隙水主要賦存于基巖風(fēng)化裂隙中，其埋深比承壓水更深，因此水位基本不受其他外來因素影響；該類水導(dǎo)水性較差，同時水量比較貧乏。對這三類地下水進(jìn)行相關(guān)檢測，檢測結(jié)果表明本場地的地下水對混凝土結(jié)構(gòu)及鋼筋的腐蝕較小，因此在工程設(shè)計或施工過程中可以不考慮地下水的腐蝕性。

4 三軸水泥攪拌樁施工

4.1 施工技術(shù)參數(shù)

三軸水泥攪拌樁為同時擁有三個螺旋鉆桿與鉆頭[6]的長螺旋樁機(jī)，三根鉆孔同時向下攪動，是軟基處理的一種行之有效的處理形式。三軸水泥攪拌樁通過三軸鉆頭從上而下將施工現(xiàn)場的原位土體攪碎，同時將水泥漿從鉆桿噴出，再利用鉆桿將場地內(nèi)軟土與水泥漿充分?jǐn)嚢?，從而提高軟土的承載能力，通過連續(xù)的重疊搭接施工，形成具有隔水效果的圍護(hù)結(jié)構(gòu)以方便工程基礎(chǔ)施工。

根據(jù)設(shè)計計算，該攪拌樁樁徑為850 mm，樁與樁中心距為600 mm，設(shè)計要求水泥摻量為20%（其他部分的水泥摻量為10%），水灰比為1.5。作地下連續(xù)墻槽壁加固及坑中坑重力式擋墻、封底加固時搭接250 mm，采用套接一孔方法[7]來施工止水帷幕；作被動區(qū)加固時搭接150 mm。

4.2 施工工藝流程

三軸水泥攪拌樁施工工藝流程，如圖1所示。

圖1 三軸水泥攪拌樁施工工藝流程控制圖

4.2.1 三軸攪拌樁施工機(jī)械

根據(jù)施工現(xiàn)場施工條件、周邊環(huán)境、地質(zhì)情況、樁基直徑及樁基深度等選擇三軸攪拌機(jī)。三軸攪拌機(jī)由多軸裝置和鉆具組成[8]，主要機(jī)械參數(shù)包括鉆頭直徑、鉆桿根數(shù)、鉆桿中心距、鉆進(jìn)速度、主功率、鉆桿正反轉(zhuǎn)速、單根鉆桿額定扭矩、鉆桿直徑、鉆動形式等，如表1所示。

4.2.2 截水帷幕施工要點

三軸水泥攪拌樁施工前，施工單位應(yīng)針對專項施工方案核對現(xiàn)場施工條件、場地運(yùn)輸配備情況及作業(yè)空間等，如果專項方案與現(xiàn)場條件不符或現(xiàn)場條件改變，應(yīng)及時對專項施工方案進(jìn)行必要修改。首先應(yīng)考慮場地平整、鋪設(shè)道路、測量放線及開挖導(dǎo)向溝等準(zhǔn)備工作。三軸水泥攪拌樁施工過程中，需要控制的要點比較多，每一個要點都會影響最后成樁的質(zhì)量。主要施工要點有試成樁、鉆桿下沉（提升）及注漿控制、工藝參數(shù)的控制、型鋼的插入與固定等四個方面。下面，筆者將對這四個方面分別進(jìn)行闡述。

（1）試成樁。施工攪拌樁前，必須進(jìn)行試樁，使用的樁機(jī)應(yīng)與專項施工方案中的相同。試成樁的位置應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離鄰近地鐵且選在影響最小的部位。根據(jù)設(shè)計要求確保相關(guān)施工技術(shù)參數(shù)并詳細(xì)記錄歸檔，同時，試成樁的中心軸線定位、試成樁樁徑大小及其垂直度必須滿足設(shè)計要求。當(dāng)試成樁的強(qiáng)度滿足設(shè)計要求后，應(yīng)對其性能進(jìn)行檢測，若檢測結(jié)果符合設(shè)計要求，后期樁基施工應(yīng)嚴(yán)格參照這些參數(shù)；若試成樁檢測結(jié)果不符合設(shè)計要求，應(yīng)對試成樁施工技術(shù)參數(shù)的影響程度進(jìn)行詳細(xì)分析，有針對性地調(diào)整技術(shù)參數(shù)，再次施工試成樁，直至滿足設(shè)計要求為止。

通過擬建物場區(qū)試成樁的試驗數(shù)據(jù)可以確定三軸攪拌機(jī)的工藝參數(shù)（轉(zhuǎn)軸的下沉與提升速度、水泥漿水灰比等）以及成樁施工工藝流程。為后期三軸水泥攪拌樁的設(shè)計與正式施工提供數(shù)據(jù)支撐，也為后期樁基施工提供施工經(jīng)驗。

（2）鉆桿下沉（提升）及注漿控制。根據(jù)三軸水泥攪拌樁中心軸線先將樁機(jī)定位，操控主軸正向攪拌并噴漿下沉（注漿量一般為額定漿量的70%～80%），然后將主軸反向復(fù)攪并噴漿提升。同時，施工攪拌樁過程中應(yīng)當(dāng)連續(xù)注漿攪拌，轉(zhuǎn)軸下沉與提升速度盡量保持均勻，這樣可以使天然地基土和水泥漿充分接觸并攪拌均勻，施工技術(shù)參數(shù)應(yīng)根據(jù)試成樁試驗結(jié)果確定。施工過程中，遇到勻速鉆進(jìn)困難的復(fù)雜地層時，應(yīng)根據(jù)專項方案或有關(guān)規(guī)范規(guī)定增加攪拌與復(fù)攪的次數(shù)。樁基樁軸攪拌噴漿下沉速度宜為0.5 m/min～1.0 m/min，復(fù)攪噴漿提升速度宜為0.5 m/min～1.0 m/min。施工止水帷幕時，距離樁頂2.0 m區(qū)域部分應(yīng)該采用復(fù)攪措施。

根據(jù)以往施工經(jīng)驗或?qū)ｍ検┕し桨富蛳嚓P(guān)規(guī)范要求，三軸水泥攪拌過程中，因特殊原因停止注漿后，在準(zhǔn)備恢復(fù)注漿前，應(yīng)先將樁機(jī)轉(zhuǎn)軸提升0.5 m或下沉0.5 m，然后進(jìn)行注漿攪拌。如水泥漿停止超過2 h，則該水泥漿不得使用，應(yīng)作廢漿處理。水泥攪拌樁應(yīng)連續(xù)施工，如有超過1 d的施工冷縫，應(yīng)按照相關(guān)要求進(jìn)行必要的補(bǔ)強(qiáng)，冷縫超過2 d后，則應(yīng)在該接樁旁邊進(jìn)行加樁以達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)效果。

（3）工藝參數(shù)的控制。三軸水泥攪拌樁施工過程中，其置換涌土量[9]是判斷現(xiàn)場各個巖土層性狀的重要依據(jù)，也是調(diào)整樁基施工技術(shù)參數(shù)的重要標(biāo)志。如黏性土，置換涌土量多、易遇水膨脹、螺旋鉆頭易形成泥塞，不易勻速鉆進(jìn)下沉；透水性強(qiáng)的素填土和砂質(zhì)粉土層，置換涌土量較少、遇水膨脹性很小且螺旋鉆頭不易形成泥塞，水灰比宜控制在1.2～1.5之間，同時，應(yīng)控制鉆軸攪拌下沉和復(fù)攪提升的速度以及送氣量的大小。根據(jù)專項施工方案，可摻5%的膨潤土到水泥漿液中，填堵鉆孔中可能存在的漏失通道或孔洞，確保鉆孔內(nèi)壁的穩(wěn)定性。這種做法不僅利用膨潤土增加攪拌中水泥土的變形能力，還可以提高止水帷幕的抗?jié)B性。

（4）型鋼的插入與固定。插入型鋼后，應(yīng)考慮后續(xù)施工，后續(xù)施工必須利于H型鋼循環(huán)利用。首先，插入H型鋼前應(yīng)提前熱涂減摩劑以減少型鋼與土層之間的摩擦力，然后用電熱絲將固體狀減摩劑加熱熔化后均勻涂抹在H型鋼表面達(dá)到最佳效果。三軸水泥攪拌樁施工完成后，性能良好的吊機(jī)應(yīng)在現(xiàn)場管理人員指揮下立即就位，準(zhǔn)備吊放H型鋼。裝好吊具和固定鉤，采用50 t履帶吊機(jī)起吊H型鋼，利用有關(guān)測量儀器監(jiān)測型鋼的垂直度，必須保持垂直狀態(tài)，如有偏差應(yīng)及時調(diào)整。攪拌樁施工完畢3 h內(nèi)，應(yīng)完成H型鋼的插入。將槽鋼穿過吊筋擱置在定位型鋼上，待水泥土攪拌樁達(dá)到一定硬化時間后，將吊筋與溝槽定位型鋼撤除。定位卡必須保持牢固、水平，然后將H型鋼底部中心對正樁位中心，沿定位卡慢慢、垂直插入水泥攪拌樁體內(nèi)，用線錘控制垂直度。當(dāng)H型鋼插入至設(shè)計標(biāo)高時，用吊筋將H型鋼進(jìn)行固定。同時應(yīng)及時對溢出的水泥進(jìn)行處理，控制到要求的標(biāo)高處，以便進(jìn)行下一道工序施工。待水泥攪拌樁硬化到規(guī)定強(qiáng)度以后，將吊筋與槽溝定位型鋼撤除。如果H型鋼插放位置無法達(dá)到設(shè)計標(biāo)高，應(yīng)將H型鋼重新提升，重復(fù)下插使其插至設(shè)計標(biāo)高；下插過程中應(yīng)始終用線錘跟蹤控制H型鋼垂直度。

5 質(zhì)量控制措施

三軸水泥攪拌樁的質(zhì)量控制措施主要有以下五點。

（1）根據(jù)核準(zhǔn)后的攪拌樁中心軸線位置，將樁機(jī)定位，樁機(jī)定位前或進(jìn)場后應(yīng)對樁機(jī)進(jìn)行必要的維護(hù)或校準(zhǔn)，確保樁機(jī)各項性能良好，以避免影響以后的施工進(jìn)程。應(yīng)成立專業(yè)測量小組及時監(jiān)測各項施工參數(shù)，如樁機(jī)垂直度、樁位偏差等，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時糾正，確保施工測量的準(zhǔn)確性。

（2）項目部應(yīng)按照相關(guān)制度針對三軸水泥攪拌樁技術(shù)進(jìn)行技術(shù)交底，嚴(yán)格實行“三交底”制度，確?，F(xiàn)場操作人員能夠準(zhǔn)確控制轉(zhuǎn)軸速度、水泥漿濃度、噴漿量等技術(shù)參數(shù)。

（3）組織施工經(jīng)驗豐富的技術(shù)人員編制應(yīng)急預(yù)案，保證遇到突發(fā)情況能夠有章可循，現(xiàn)場工作能夠有條不紊地進(jìn)行。

（4）項目部讓質(zhì)檢員牽頭，對現(xiàn)場施工質(zhì)量進(jìn)行事前控制與事中控制，應(yīng)用PDCA原理消除潛在的質(zhì)量隱患，杜絕質(zhì)量事故，減少不必要的損失。

（5）基坑分區(qū)開挖前，對漿液試塊進(jìn)行試驗，檢測其強(qiáng)度以評判樁身強(qiáng)度。施工過程中，試塊抽檢、取樣與檢測應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范與設(shè)計要求。

6 地鐵保護(hù)措施

由于本工程鄰近地鐵，地鐵有關(guān)部門要求施工過程中必須保證地鐵的正常運(yùn)行，經(jīng)多方調(diào)研與研究后，采取以下五方面措施。

（1）鄰近地鐵范圍分區(qū)分塊施工，分區(qū)分坑面積須滿足《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)程》的要求，且應(yīng)保證前一區(qū)底板施工完成后再施工后一區(qū)。

（2）軌道交通控制保護(hù)區(qū)地下3層范圍內(nèi)采用1 200 mm地下連續(xù)墻作為地鐵側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)，地下1層范圍內(nèi)使用直徑為800 mm的鉆孔灌注樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

（3）軌道交通控制保護(hù)區(qū)地下3層范圍及地下1層范圍內(nèi)采用單側(cè)支模，以此增大基坑邊與地鐵設(shè)施的水平距離，減少拆撐工況變形。

（4）軌道交通控制保護(hù)區(qū)內(nèi)的基坑支撐與隔離樁等，采用靜力切割進(jìn)行拆除，減小拆撐變形的影響。

（5）對基坑和地鐵設(shè)施進(jìn)行全方位和全周期的監(jiān)測，根據(jù)設(shè)計要求制定監(jiān)測內(nèi)容和監(jiān)測要求，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)科學(xué)動態(tài)施工。

7 結(jié) 語

通過本工程應(yīng)用三軸水泥攪拌樁取得成功的經(jīng)驗可知，三軸水泥攪拌樁樁結(jié)構(gòu)整體性好，擋土能力強(qiáng)、止水效果好，是一種集擋土與防滲功能為一體的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，而且施工方法簡便，施工進(jìn)度快，工程造價低，施工噪聲和震動小，對環(huán)境污染小，符合環(huán)保要求，應(yīng)用范圍廣。因此，該工法具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，在各類深基坑支護(hù)工程以及地下結(jié)構(gòu)工程施工中具有良好的發(fā)展前景。