流塑状淤泥质土地层连续墙成槽软基预处理施工

文延庆

(中铁二局股份有限公司，四川成都 610000)

1 工程概况

本标段工程包括2个区间，即机场北停车场出入线区间、机场站～机场北站区间，线路总长2 538.432双延米，其中明挖段长813.341 m(机场站～机场北站区间明挖段376 m，出入线明挖段435 m)、盾构段长1 725.091双延米。该工程两上区间处于原珠江入海口滩涂地带，机场站～机场北站区间明挖段地表为现有新机场人工吹填淤泥质土，机场北出入线明挖段地表为滩涂地带鱼塘。

明挖段(含中间风井)地质自上而下为填土(以建筑垃圾、淤泥质土为主)、淤泥(根据土工试验:淤泥质土是流塑性非常强的淤泥，含水率达75.8%以上，淤泥层最厚的地段有14 m，标贯击数平均只有1.6击，无地基承载力，上层5 m～6 m为机场建设时人工吹填的淤泥)、含有机质砂、粘土、中砂、可塑状砂质粘性土、硬塑状砂质粘性土，顶板:素填土、淤泥、粘土;侧壁:淤泥、粘土;基底为粉质粘土和砂质粘性土，连续墙底为砂质粘性土、全、强风化片麻状混合花岗岩。钻孔芯样见图1。施工设计该工程机场站～机场北站区间明挖段开挖深度为18 m～22 m，基坑采用1 000 mm厚连续墙围护结构，连续墙深度标准段27 m，始发井段33 m，内支撑采用两道钢筋混凝土和两道钢支撑，出入线明挖段开挖深度为0 m～14 m，围护结构在基坑深度为5 m以上为600 mm素连续墙，其余为8 m～19 m钢筋混凝土连续墙结构。

图1 钻孔芯样

2 明挖段连续墙施工难点

根据地质详勘和补勘资料，机场站～机场北站区间明挖段从地表以下8 m～14 m为淤泥质土，由于淤泥质土是流塑性非常强的淤泥，含水率达75.8%以上，淤泥层最厚的地段有14 m，标贯击数平均只有1.6击，无地基承载力。因此连续墙施工成为本工程最大的关键点，连续墙的成败是决定工程成败的关键，而连续墙成败的关键为连续墙成槽。该地层连续墙成槽存在以下的难点:1)淤泥质土地基本无承载力，大型施工机械设备无法进场到原地表进行施工作业，包括加固作业;2)成槽机在成槽过程中，由于淤泥质土流塑性高，含水率高，在成槽过程中淤泥流动，泥浆护壁失效无法成槽;3)工程工期紧。

3 预处理施工方案的选取

根据工程位置所处地质的特殊情况，明挖结构连续墙施工要解决三个问题:首先，地基加固设备要进入施工场地，即软基处理机械设备提供地基承载力;其次，周边道路为连续墙成槽机提供足够的地基承载力;第三，改良后的地层要确保连续墙施工过程中槽段壁不坍孔、缩孔。与设计充分沟通后，地表采用换填，提高施工范围内的地表承载力，满足地质改良设备进场，为满足连续墙成槽机进场和连续墙成槽作业则需对淤泥质土进行改良。通过施工经济比选和试桩试验，该工程地质改良采用搅拌桩加固。

3.1 换填施工

为确保搅拌桩施工，地表处理采用砂质粘性土换填方式，避免因大的石块和杂物造成搅拌桩施工困难，换填深度为2 m。为确保换填满足承载力设计要求，换填采用挤压换填即用推土机斜向下挤压粘土，再用挖掘机挖出外冒的淤泥并外运，同时采用15 t压路机边换填边碾压，确保换填车辆能通过。

3.2 搅拌桩施工机具的选择

经比选，三轴搅拌桩施工速度快，成桩质量高，但机械设备总重量约100 t，换填的地层地基承载力不能满足三轴搅拌机进场，同时三轴搅拌，返浆量大，施工过程中因设备重量原因，会造成设备基础部位下沉，设备四周土体隆起，搅拌桩垂直度无法保证，且影响附近新成搅拌桩的质量。

SP-5型深层搅拌桩机设备具有自重较轻、移动灵活、成桩质量高、施工速度快(可根据施工场地灵活安排设备的数量)、噪声低等优点，最主要是换填施工后，地基承载力能满足设备施工的各项要求，因此本工程选用SP-5型搅拌机。1)桩机型号:SP-5型深层搅拌机;2)搅拌头转速:45 r/min;3)主电机功率:45 kW;4)最大施工深度:18 m。施工主要设备配置见表1。

表1 施工主要设备配置

3.3 搅拌桩试桩

施工前，在基坑内选24根搅拌桩作搅拌桩参数试验，以选取最佳加固效果。试桩加固部位如图2所示，施工主要材料供应厂家见表2。

表2 施工主要材料供应厂家

试桩初步拟定相关参数如表3所示。

图2 搅拌桩选桩位置

表3 试桩初步拟定的相关参数

搅拌桩成桩检测要求及参数如表4所示。

表4 检测要求及参数

搅拌桩施工工艺试桩严格按施工技术交底进行施工。

3.4 搅桩桩施工参数的确定

1)机场～机场北站区间和机场北停车场出入线水泥搅拌桩试验桩各项参数是保证本项目水泥搅拌桩工程顺利施工的基础和参考，根据本次试验桩施工、检测结果均达到设计强度1 MPa的要求。2)选择合适的施工工艺。施工工艺是水泥搅拌桩质量好与差最重要的体现，根据本次试验桩情况并参考其他工地类似工程，施工工艺采用4搅4喷。3)本次试桩采用的所有水泥掺量完成的搅拌桩虽均可以达到1 MPa，但根据淤泥地层所成桩体完整性、机场内淤泥地层搅拌桩加固经验、试桩时由于无场地条件试桩位置未位于区间地质条件最差区域，为保证区间流塑性较强地段搅拌桩的成桩质量，建议水泥掺量达到20%以上，即达到60 kg以上，可根据实际需要掺入硫酸钙和硫酸钠等外加剂。

根据检测单位报告搅拌桩相关参数如表5所示。

为使地下连续墙顺利成槽，在地下连续墙的内外侧施作φ500@400(横向)×500(纵向)的护壁搅拌桩加固;加固深度为贯穿淤泥层及砂层以下1 m，单桩每延米掺入60 kg的水泥，掺入粉煤灰15 kg。

为改良场地范围内的软土，并使地下连续墙成槽及基坑施工的安全，在基坑外侧施作φ500@500(横向)×500(纵向)的搅拌桩加固，加固深度为贯穿淤泥层及砂层以下1 m，单桩每延米掺入60 kg的水泥，掺入粉煤灰15 kg;加固范围为风井至盾构井出土孔段，连续墙外边加固宽度为7 m，其余加固宽度均为5 m。

表5 搅拌桩相关参数

3.5 搅拌桩孔位布置

基坑外环形道路加固宽度为8 m，其余加固宽度为6 m，连续墙外侧设置两排直径为500 mm@400 mm×400 mm的咬合搅拌桩，布置见图3，图4。连续墙施工时环形道路要承载100 t的成槽机，因此在环形道路的边上纵向设置间距为2 m的搅拌桩，搅拌桩加固范围及孔位布置具体详见图5。

图3 基坑外搅拌桩加固大样图

图4 连续墙内外侧两排相切桩大样图

图5 环形道路外搅拌桩加固大样图

4 加固改良效果

图6 连续墙护壁桩

搅拌桩施工完成后，达到水泥初凝后，对双侧搅拌桩处侧进行抽芯检测，芯样完全达到试桩效果，检测结果均达到设计强度1 MPa的要求。桩芯的连续性完整。在连续墙成槽施工过程中，对成槽机位置地表进行测量，并根据进度测量孔深标高，成槽完成后，成槽机立即撤离槽段位置，防止因成槽机久置槽段位置造成槽壁变形坍塌，混凝土灌注过程中，根据混凝土的浇灌量核实混凝土顶面标高等措施保证连续墙施工质量。连续墙护壁桩见图6。

5 结语

位于滨海滩涂地带，特别是明挖结构位于淤泥质地层中的明挖结构围护结构施工是工程的难点，是工程施工成败的关键。本工程地下连续墙施工前采用连续的搅拌桩护壁加固，确保本工程连续墙施工顺利进行，在国内为明挖工程围护结构在类似地层中施工提供了成功的案例，为以后在类似地层中施工有推广应用价值。

［1］叶雷震.浅谈水泥搅拌桩在淤泥质土地基加固中的应用［J］.水利建设与管理，2011(4):67-68.

［2］黄 红，李庆伟.水泥深层搅拌桩在软弱地基处理中的应用［J］.科技与生活，2011(11):111-113.