置换粘土在三轴搅拌桩止水帷幕施工中的应用

周金宝

【摘 要】 深基坑工程的止水帷幕施工时，止水帷幕施工深度经常遇到含有砾石、卵石、漂石、生活垃圾的不利于成桩（成墙）的地层，同时地下水位较高。为了满足止水和支护要求，目前主要方法有：SMW工法、TRD工法、CSM工法和地下连续墙等工法。TRD工法和CSM工法等方法特点：施工机械市场上较少、施工速度慢和砾石、卵石、漂石、生活垃圾等没有得到置换无法保证质量；遇到较厚的砾石、卵石、漂石地层采用地下连续墙存在：成槽困难（多采用冲击钻或旋挖机配合）、容易塌孔、接头容易漏水和施工成本高。

【关键词】 置换粘土；水帷幕施工；应用

1.工程概况

天津市蓟县凯旋城项目根据《蓟县凯旋城岩土工程勘察报告》及工程基坑支护设计方案，工程止水帷幕位于1a至3b地层，其中2d角砾层层厚5.2m～8.9m，位置位于现场地坪标高10m以下，粒径0.2～1.0cm，砾石含量约70%，充填物以粉细砂为主，颗粒级配较好，顶部多见漂石，粒径约20～30cm。局部夹粉砂、细砂透镜体，经试验三轴搅拌桩机在此层角砾层中不能继续钻进，本工程止水帷幕采用泥浆护壁旋挖钻机将2d角砾层取出，换填粘土后再使用三轴搅拌桩机进行地下水泥搅拌桩施工，成桩质量较为理想，因此本工程选用泥浆护壁粘土置换角砾层三轴搅拌桩施工工艺施工止水帷幕。

2.施工技术

主要步骤为：（1）按三轴搅拌桩轴线施放引孔桩位φ1000@1200（根据地下不利于搅拌桩成桩情况确定引孔间距），采用旋挖机湿法作业（跳打）工艺引φ1000mm桩孔，将孔内不利于成桩的土质取出；（2）在满足旋挖机连续作业距离情况下开始回填粘土（适合三轴搅拌桩成桩土质），回填采用反循环排浆、挖机回填施工；（3）回填完成重新施放三轴搅拌桩施工桩位，挖三轴搅拌桩排浆导沟，进行三轴搅拌桩φ850@1200（或SMW工法桩）施工。

2.1粘土置换角砾层施工技术

（1）施工流程

施工流程见下图

（2）泥浆制备

1）试配确定泥浆配合比，通过试配确泥浆配合比为：

水：粘土：膨润土=1：0.4：0.08（质量比）；

2）算桩孔体积，挖2倍桩孔体积的泥浆池；

3）泥浆配合比，在泥浆池中加入水、粘土、膨润土，用挖掘机搅拌至均匀。

4）检测泥浆相对密度、粘度、含砂率、胶体率、PH各项指标，合格后方可使用。泥浆各项指标如下：

5）注意事项：

泥浆配制前在泥浆池底部和四周铺设塑料布，防止泥浆渗漏。

钻孔过程中每进尺5—10米时测定泥浆各项技术指标，不满足要求时及时调整，保持各项指标符合要求。

（3）護筒的制作与埋设

1）护筒制作

护筒采用钢质护筒，4m以内的护筒，采用厚不小于6mm厚的钢板制作，顶部、中部和底部加焊6mm厚15cm高加强圈；长度大于4m的钢护筒，采用厚不小于6mm厚钢板制作，顶部、中部和底部分别加焊6mm厚15cm高加强圈，护筒钢板接头焊接密实、饱满，不得漏浆。制作时，钢护筒的内径比桩径大200-400mm。

2）护筒埋设

钢护筒埋置高出施工地面0.3m；钢护筒顶高出施工水位或地下水位1.5m，并高出施工地面0.3m。

埋设护筒采用挖坑法，由吊车安放。测量队对要埋设护筒的桩位进行放样，现场技术人员复核，旋挖钻机钻头中心对准桩位中心挖孔扩孔，所挖孔直径为护筒直径加40cm，挖孔深度为护筒长度。在孔内回填30—50cm粘土，并用旋挖钻钻头夯击密实。利用护桩拉线绳定出桩位中心，再用线锤将桩位中心点引至孔底。用吊车吊放护筒至空内，用线绳连接护筒顶部，吊垂线，用吊车挪动护筒，使护筒中心基本与桩位中心重合，其偏差不大于3cm。护筒位置确定后，吊垂线，用钢卷尺量测护筒顶部、中部、底部距离垂线的距离，检查护筒的竖直度。护筒斜度不大于1%。符合要求后在护筒周围对称填土，对称夯实。四周夯填完成后，再次检测护筒的中心位置和竖直度。测量护筒顶高程，根据桩顶设计高，计算桩孔需挖的深度。

（4）钻机就位及钻孔

1）确定钻机位置，在钻机位置四周洒白灰线标记。

2）标记位置，定位。将旋挖钻机开至白灰线标记位置，不再挪动。

3）连接护桩、拉十字线调整钻头中心对准桩位中心。通过钻机自身的仪器设备调整好钻杆、桅杆的竖直度并锁定。

4）开始钻孔作业，钻进时应先慢后快，开始每次进尺为40-50cm，确认地下是否不利地层，进尺5米后如钻进正常，可适当加大进尺，每次控制在70-90cm。

（5）成孔检查

成孔应达到角砾层以下，由现场安排的有经验的管理人员参照地勘报告及取出的土样进行确定，对孔深、孔径、孔壁垂直度、沉淀厚度等进行检查。

（6）粘土置换角砾层

1）土的要求

回填干净的粘土或粉质粘土，不得使用含有建筑垃圾、杂草、大石块、角砾、砂土等不利于施工的土质。

2）土的来源

将场地内地表杂填土清理干净，取用下层粉质粘土。

3）换填顺序

粘土置换角砾换填顺序见下图：

4）换填工艺

现场场地需平整，先用旋挖机BG-25C把桩孔挖至角砾层以下，确认桩孔下土质达标并拍照留存。然后移走旋挖机BG-25C及其它设备，采用泥浆置换导管边排泥浆边用挖掘机把土放进桩孔内进行粘土换填。

2.2三轴搅拌水泥桩施工

（1）三轴搅拌桩工艺流程

场地平整→地下障碍物探察并清除→测量放线→开挖沟槽→三轴搅拌桩孔位定位→桩机就位→成孔作业→养护验收。

（2）施工工艺

1）开挖沟槽

根据基坑围护内边控制线，采用斗容量1.0m3挖机开挖导槽，并清除地下障碍物，导槽尺寸如图1，导槽尺寸要求中心线两侧宽各0.6米，深1.5～2.0米，在施工中随打随挖，保证浆液不外溢，挖出的废浆液存放在现场空地晾晒，等施工结束后进行外运，以保证三轴搅拌桩正常施工，并达到文明工地要求。

2）三轴搅拌桩孔位定位，三轴搅拌桩三轴中心间距为1200mm。

（3）三轴搅拌桩施工

根据施工工艺的要求，采用先进的三轴深搅设备，其型号为ZKD85-3型多轴钻孔机，根据工程的规模和工期的要求以及现场场地条件和临时用电等情况，合理确定设备的投入力量和机械的配套工具。

（4）施工顺序

三轴搅拌桩施工按下图顺序进行，其中阴影部分为重复套钻，保证墙体的连续性和接头的施工质量，水泥搅拌桩的搭接以及施工桩体的垂直度补正是依靠重复套钻来保证，以达到止水的作用。起始位置见附图1。

单排挤压式连接：一般情况下均采用该种方式进行施工。

跳槽式全套复搅式连接：对于围护墙转角处或有施工间断情况下采用此连接。

（5）桩机就位

由当班班长统一指挥，桩机就位，移动前看清上、下、左、右各方面的情况，发现障碍物应及时清除，桩机移动结束后认真检查定位情况并及时纠正。

桩机应平稳、平正，并用线锤对钻杆垂直定位观测以确保桩机的垂直度。

三轴水泥搅拌桩桩位定位后再进行定位复核，偏差值應小于2cm。

（6）搅拌速度及注浆控制

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。根据设计要求和有关技术资料规定，下沉速度不大于0.8m/min，提升速度不大于1.6m/min，在桩底部分适当持续搅拌注浆，做好每次成桩的原始记录。

（7）制备水泥浆液及浆液注入

在施工现场搭建拌浆施工平台，平台附近搭建一个水泥平台，制作施工用的水箱10立方一个，再开机前应进行浆液的搅拌工作。水泥应送样复试合格后方可使用。水泥浆液的水灰比为1.5（根据施工情况在1.5∽2.0范围内调整），每立方搅拌水泥土水泥用量为530kg（根据设计要求水泥含量进行调整），拌浆及注浆量以每钻的加固土体方量换算，注浆压力为0.3Mpa～0.8Mpa，以浆液输送能力控制。

搅拌下沉和提升速度一定要均匀，遇到障碍物要减速慢行防止设备损坏。

采用信息法施工，后台和桩机要密切联系配合，保证工序的连续性和完整性。

（8）报表记录

施工过程中由专人负责记录，详细记录每根桩的下沉时间、提升时间和注浆状况情况，记录要求详细、真实、准确。及时填写当天施工的报表记录，随时备查，24小时内报送监理。

3.结束语

本置换粘土三轴搅拌桩止水帷幕施工方法尽可推广在含有角砾、卵石、漂石、生活垃圾等地层中取出不利于成桩（成墙）的土质，同时回填利于成桩（成墙）的材料，继续进行三轴搅拌桩的施工。本方法施工质量得到保证，施工机械组织受市场限制较小。

本置换粘土三轴搅拌桩止水帷幕施工方法技术成熟、简单易行，有效降低了施工成本，缩短了施工时间，提高了施工效率。