三轴深搅桩在深基坑支护工程中的
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【摘 要】 本文主要对三轴深搅桩作为止水帷幕的深基坑支护工程实例进行了阐述和分析。
【关键词】 三轴深搅桩；深基坑支护； 水泥土；套接两孔
【中图分类号】 TU753.3 【文献标识码】 A 【文章编号】 1727-5123（2013）01-044-02
1 引言
深层搅拌水泥土桩是采用水泥作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和水泥强制搅拌成水泥土，利用水泥和软土之间所产生的一系列物理-化学反应，使软土硬化成整体性的并有一定强度的挡土、防渗墙。三轴深搅桩机具有功率大、施工速度快，成桩深度大、施工效率高、施工质量稳定等特点，克服了二轴深搅桩机的不足，使得深层搅拌水泥土桩广泛应用于不同深度、各种土层的深基坑支护工程中。本文将通过下面的工程实例，对三轴深搅桩的在基坑支护中的设计与施工进行分析。
2 工程背景
2.1 工程概况。某大型会议中心工程，总建筑面积约19万平方米，地上5层（建筑面积11万m2），地下2层（建筑面积8万m2），主体建筑高度约45m，基坑总面积约为4万m2，基坑延长米约为845m，基坑实际开挖深度为14～15m，基坑安全等级为一级。
2.2 基坑周边情况。该场地位于城市新区中心，周边环境较为复杂。基坑北面：临近城市道路，车流量较大，基坑边距道路最小距离约13m。基坑西面：临近城市道路，此道路规划进行地下隧道施工，处半封闭状态，车流量很小，基坑边距道路最小距离约12m；西侧靠长江边，属含水量丰富区域。基坑南面：紧临一住宅小区工地，该工程正处地下施工阶段。基坑东面：规划为2栋超高层建筑（建筑高度240～300m），下设裙房，本工程基坑施工时尚未开始施工。其中基坑西南角（AB段）下有城市主供水管道一根，距离基坑边距离约8m。
2.3 场地地形、土层分布、水文地质条件。该场地位于长江漫滩地貌单元，原为农田，场地较平缓，岩土层分布较复杂。土层分布自上而下为：①层杂填土②-1层粉质粘土②-2层淤泥质粉质粘土②-3层粉质粘土夹砂③-1层粉砂③-2层粉砂～中砂③-2A层粉质粘土夹砂④层中粗砂混砾石⑤-1层强风化泥岩⑤-2层中风化泥岩。场地上部地下水主要为潜水，主要赋存于浅部①层填土及②-2层新近沉积粘性土层中，地下潜水主要受大气降水及周边河道管网渗漏补给，以蒸发及迳流的方式排泄。③-1层以下砂中富含地下水，该层地下水具弱承压性，该地下水层有长江有水力联系。②-1层粉质粘土及②-2层淤泥质粉质粘土层为弱透水土层。③-1层以下砂中富含地下水，为中等渗透性土层，该层地下水具弱承压性。地下水稳定在地面以下-1.7～-1.8m，地下水水位年变化幅度约0.50～1.00m，历史最高水位可达到地表。
3 基坑支护方案及三轴深搅桩（止水帷幕）设计
综合场地工程地质、水文地质条件及周边环境保护要求，为缩短建设周期，确定支护形式为：基坑外侧采用三轴深搅桩形成止水帷幕，内侧桩孔灌注桩结合两层钢筋砼支撑作为支护结构。具体如下：AB段采用前排Φ1300@1500、后排Φ1300@3000钻孔灌注桩，其余采用Φ1200@1400钻孔灌注桩，内设两层钢筋砼支撑；外侧采用Φ850@600三轴深搅桩为止水帷幕；坑内地下水采用管井方式进行降水。其中三轴深搅桩在基坑西侧（临近江边一侧）采用套接两孔施工方法，其余区段按套接一孔法施工。桩长30m，桩顶标高-1.7m，桩底标高-31.7m，单桩截面积1.495m3，使用42.5级普通硅酸盐水泥，设计参入量为20%，水灰比为1.2～1.5。
4 三轴深搅桩施工工艺
4.1 施工流程。水泥土搅拌墙止水帷幕是由三轴钻孔搅拌机，将一定深度范围内的地基土由钻头处喷出的水泥浆液、压缩空气进行原位均匀搅拌，在各施工单体见采取重叠搭接施工，形成一道具有一定强度和刚度、联系完整、无缝隙的地下连续墙体止水结构，三轴深搅桩止水帷幕工艺流程见图1。
为保证三轴深搅桩施工的连续性，以及确保整个止水帷幕的成桩质量、抗渗效果，施工中采用套钻法，本工程采用套接两孔和套接一孔对不同区段进行施工，套接两孔施工顺序图详见图2。
4.2 施工工序。
4.2.1 障碍物清理。因三轴深搅桩要求连续施工，故在施工前应对围护施工区域地下障碍物进行探测清理，以保证施工顺利进行。根据地勘报告及现场局部开挖沟槽情况，整个止水帷幕施工区域均有障碍物，埋深在3～4m左右，须提前进行清障处理。
4.2.2 测量放线。根据现场测量基准点、总平面布置图、基坑支护施工图，按图放出深搅桩位控制线，设立临时控制桩，做好技术复核单，提请监理工程师复核。
4.2.3 开挖沟槽。根据基坑支护边线用小型挖掘机开挖槽沟，沟槽尺寸为宽1200×深1500mm，并清除地下障碍物，开挖沟槽土体应及时处理，以保证三轴深搅桩正常施工。
4.2.4 桩机就位。三轴深搅桩机下铺设钢箱板，移动前看清上、下、左、右各方面的情况，发现有障碍物应及时清除，移动结束后检查定位情况并及时纠正；桩机应平稳、平正，并用经纬仪或线锤进行观测以确保钻机的垂直度；三轴水泥搅拌桩桩位定位偏差应小于1cm。成桩后桩中心偏位不得超过30mm，桩身垂直偏差应符合设计要求1/200L（L为桩长）。
4.2.5 水泥土配合比。根据三轴水泥土搅拌桩的施工特点， 水泥土配比的技术要求如下：①水泥掺入比的设计，必须确保水泥土强度，降低土体置换率，减轻施工时环境的扰动影响。②根据设计要求并结合工程实际情况确定其基本配合比为：水泥采用标号P.O42.5级普通硅酸盐水泥规格，水泥掺量不小于被搅拌土重的20%；水灰比可根据现场实际情况调整，水灰比控制在1.2～1.5之间比较合适。③根据地质勘查报告，加固深度土体的平均容重为1880Kg/m3，按照暂定水泥参量为20%，即每立方米桩掺入的水泥量为不小376kg。④三轴搅拌桩施工时每班组需做试块同条件养护，水泥掺量为20%的被加固土体，28天强度达到设计要求1.0Mpa。⑤制备水泥浆液及浆液注入：a.在施工现场布置自动搅拌站及水泥桶，在开机前按要求进行水泥浆液的搅制。将配制好的水泥浆送入贮浆桶内备用。b.水泥浆配制好后，停滞时间不得超过2小时，搭接施工的相邻搅拌桩施工间隔不得超过24小时。注浆时通过2台注浆泵2条管路同Y型接头从H口混合注入。注浆压力宜大于3.0～6.0MPa，注浆流量：140～200L/min/每台。
4.2.6 钻进搅拌。三轴水泥搅拌桩在下沉和提升过程中均应注入水泥浆液，同时严格控制下沉和提升速度，Φ850钻进搅拌速度一般在0.6m/min，提升搅拌速度一般在1.0m/min，在桩底部分重复搅拌1分钟注浆，提升速度减慢，避免出现真空负压、孔壁塌方等引起周边地基沉降。根据设计要求，施工止水帷幕三轴搅拌桩采用全断面套打的方式。
4.2.7 清洗、移位。将集料斗中加入适量清水，开启灰浆泵，清洗压浆管道及其它所用机具，然后移位再进行下一根桩施工。
4.2.8 报表记录及制作试块。施工过程中，由工长负责填写施工记录，施工记录表中详细记录了桩位编号、桩长、断面面积、下沉（提升）搅拌喷浆的时间及深度、水泥用量、试块编号、水泥掺入比、水灰比。施工过程中质检员、技术负责人、监理工程师监督施工，施工记录报项目监理审批。 每台班抽取两幅桩做试块，每幅桩做三组7.07×7.07×7.07cm试块，试样宜取自最后一次搅拌头提升出来的附于钻头上的土，试块制作好后进行编号、记录、养护，到龄期后由监理单位随机抽取几组送实验室做抗压强度试验，28天龄期无侧限抗压强度达到1MPa。
5 施工重点与难点
5.1 断桩处理。施工过程中，如遇到停电或特殊情况造成停机导致成桩工艺中断时，均应将搅拌机从停浆点调至到以喷过浆内0.5m处，待恢复供浆时再喷浆钻搅，以防止出现不连续帷幕墙体；如因故停机时间较长，宜先拆卸输浆管路，妥为清洗，以防止浆液硬结堵管。
5.2 冷缝处理。施工过程中一旦出现冷缝或遇到闭合情况，则采取如下方案：①在冷缝处围护桩外侧补水泥搅拌桩，为防成桩偏位，保证补桩效果，补桩与原三轴深搅桩止水帷幕搭接厚度为10cm，确保止水效果满足要求，详见图3。②对于空间较小处采用在冷缝处围补加高压旋喷桩方案，高压旋喷桩的加固高度为：桩顶标高地面下3m，桩底标高同搅拌桩，详见图4。
6 总结
本工程三轴深搅桩共计1429根，根据套打一孔及套打两孔施工工艺不同，共计施工完成846幅（每幅3孔）桩。实际施工时采用3台三轴深搅桩基同时施工，施工工期40天，处理施工冷缝11条。三轴深搅桩形成的止水帷幕为后续基坑降水及土方开挖创造了良好的条件，该功法施工速度快，同时对基坑周边的土体有一定的加固作用，配合钻孔灌注桩及钢筋砼支撑对土体产生支撑作用，整个支护体系对限制基坑变形及沉降起到了良好的效果。三轴深搅桩不仅可以作为止水帷幕，还可以进行局部土体加固，形成重力式挡墙，利用其本身重量和刚度进行挡土和防渗，具有双重作用。随着基坑支护技术的科技进步以及在国内外受到更加广泛的重视和研究，三轴深搅桩将有更加广泛的应用空间。
参考文献
1 建筑施工手册（第四版）编写组. 建筑施工手册（第四版）缩印本[M].
北京：中国建筑工业出版社，2003
2 王晓梅等. 三轴深搅桩在某深基坑围护中的施工组织设计[J]：土工
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1999