类刚性大直径旋喷搅拌桩墙基坑支护设计与应用

陈炜

（中国建筑材料工业地质勘查中心广东总队广东广州510403）

类刚性大直径旋喷搅拌桩墙基坑支护设计与应用

陈炜

（中国建筑材料工业地质勘查中心广东总队广东广州510403）

介绍了类刚性大直径旋喷搅拌桩在岩土基坑支护方面的设计及应用。具体阐述了类刚性大直径旋喷搅拌桩的优良特点，分析了其适用条件、设计、施工要点，并结合经济技术通过对比分析，论证了大直径搅拌桩在基坑支护工程方面的适用性和优越性。

搅拌桩；类刚性大直径旋喷搅拌桩；重力式水泥土墙；基坑支护

1　前言

类刚性大直径水泥土搅拌桩（以下简称“大直径搅拌桩”）是采用“唯一可变量工法”施工的高强度水泥土搅拌桩，具有直径大（D=1400～1800mm）、强度高（28d期龄抗压体强度≥1.5MPa）、变形小、抗渗好等特点，广泛适用于淤泥（质土）、粉土、粘性土、砂土、素填土、全风化岩等地层条件，是近年来新兴的一种搅拌桩型。由大直径搅拌桩形成的重力式水泥土墙（以下简称“大直径搅拌桩墙”）已成功应用于多个基坑支护工程，并取得了良好的技术经济效果，是一项值得大力推广的基坑支护新技术。

2　大直径搅拌桩（墙）特性

相对于普通搅拌桩，大直径搅拌桩具有强度高的特点。工程试验显示，采用“唯一可变量工法”施工的大直径搅拌桩，其28d期龄抗压强度fu≥1.5MPa，远高于一般水泥土搅拌桩的强度（fu=0.4～ 0.7MPa）。由大直径搅拌桩互相搭接而形成的水泥土墙（如图1所示），其变形小、支护效果良好，并且其搭接好、漏缝少、抗渗性能好，用于基坑支护时兼具支护和止水的双重作用。

图1　大直径搅拌桩墙

大直径搅拌桩适用地层为砂层、粘土层、粉质粘土、砂质粘土、粉土、淤泥、淤泥质土、素填土、全风化岩等，适用条件广泛，但不适合于含有大块孤石、硬夹层的地层。施工经验显示，砂层成桩的搅拌桩强度最高，实测28d龄期抗压强度平均可达2.0MPa以上；粘性土、粉质粘土、砂质粘土中的成桩强度次之；淤泥、淤泥质土中成桩强度相对稍低，但实测28d龄期抗压强度≥1.5MPa。

与传统内支撑支护体系相比，大直径搅拌桩墙支护体系为悬臂支护结构，对桩基础及建筑物地下室的施工影响不大，方便施工；与传统小直径水泥土搅拌桩墙相比，具有搭接好、止水性好、强度高、变形小等优良特点；工程造价方面，同等地质、支护深度条件下，大直径搅拌桩水泥土墙支护方案比传统支护方案节省工程造价约20～40%，具有显著的技术经济效果。

3　大直径搅拌桩（墙）基坑支护设计

大直径搅拌桩墙基坑支护设计需考虑的主要设计要点有：桩长、桩径、截面形式（单排、多排格构）、搭接宽度、桩顶混凝土面板、加强措施等。

3.1一般设计

大直径搅拌桩墙可设计成单排式或多排格构式。单排搅拌桩墙可用于基坑深度范围内地质条件较好的可塑～硬塑粘性土、粉质粘土、砂质粘土、中密以上砂土中。为了保证支护结构稳定性，可将桩径设计为D=1500～1800mm，桩长≥2倍基坑深度，当土层为可塑-硬塑的砂质粘土或中密以上砂土，成桩强度有保障时，在保证整体稳定性的情况下，尚可适当减少桩长。

多排格构式大直径搅拌桩墙可用于基坑深度范围内地质条件较差的软塑-可塑粘性土、高塑性粘土、淤泥、淤泥质土等，可将桩径设计为D=1400～1600mm，桩长≥2倍基坑深度，且同时应穿透软弱土层进入性质较好的下卧土层（砂层、粘土层）中1～2m左右。当桩底遇硬岩面时，可将桩底设置在中风化岩顶端，但应满足桩长≥2倍基坑深度的要求。

3.2搭接宽度

搅拌桩之间的搭接宽度是设计应考虑的另一个重要参数，直接关乎搅拌桩墙的经济技术效果和止水效果。搭接宽度太小，施工时容易导致深层的搅拌桩之间出现错缝、开口，严重影响搅拌桩墙的止水效果；反之，止水效果易得到保障，但会增加搅拌桩的数量，经济技术效果降低，另一方面，搭接太宽，则施工时易导致两桩之间水泥土互相影响，不利于成桩。因此，搅拌桩间的搭接宽度t宜控制在桩径D的1/7～1/5左右，即：

式中：t——大直径搅拌桩间搭接宽度，单位mm；

D——大直径搅拌桩桩径，单位mm。

3.3桩顶混凝土面板

在大直径搅拌桩墙顶部设置现浇混凝土面板，并在桩身插入钢管，将面板与搅拌桩相连接，可使二者合为整体、协同工作，使搅拌桩桩与面板形成一个类似“水泥土墙+冠梁”的受力结构，起到约束桩位移、提高搅拌桩墙整体性的左右。

进行设计验算时，应考虑混凝土面板的约束作用，其刚度可通过面板的几何尺寸特征，结合混凝土材料弹性模量参数来确定，具体可参考相关计算公式，一般可取1～3MN/m，可使模拟计算的桩身变形量大为减小。实践证明，大直径搅拌桩墙支护方案的实际变形量，接近于设计值[1]，考虑面板的支撑刚度的设计方法是可行的。

混凝土面板既可设置成平板式结构（如图2），也可设置成具有前梁、后梁的梁板式结构（如图3），必要时可加设横隔梁以达到加强效果。面板的厚度可为200～300mm，单层或双层网状配筋；宽度应大于或等于搅拌桩墙的宽度，并应根据现场周边环境而灵活调整。前梁、后梁、横隔梁截面尺寸可为b×h=300×500mm左右，其配筋应满足混凝土结构设计要求。桩顶插入的钢管可设置在最内、外排搅拌桩的桩中心处，长度可为2～3m左右。

图2　平板式混凝土面板方案

图3　梁板式混凝土面板方案

3.4加强措施

采用大直径搅拌桩墙进行基坑支护设计，当遇地层条件较差，或周边环境限制，不能满足位移、变形及稳定性验算要求时，可采取的设计加强措施主要有：素混凝土加劲桩、微型钢管桩、加强墩等。

设置素混凝土加劲桩是大直径搅拌桩墙用于基坑支护时的一种重要加强措施，它是当搅拌桩施工完毕后12～24h左右，在搅拌桩中心掏孔形成一定直径的圆柱形孔洞，清除钻渣后，在孔中灌注素混凝土，让其凝结硬化，形成水泥土-混凝土耦合复合桩型。可显著提高桩身强度，使桩身具有更好的抗拉、抗压、抗弯、抗剪、抗变形性能，可大幅提高搅拌桩墙的安全性和支护效果。进行设计时，可采用C25混凝土作为加劲桩的材料，桩径可设置为d=800～1100mm左右，桩长可比搅拌桩短2～4m左右，亦可将加劲桩底设置于桩身弯矩反弯点处。

微型钢管桩的加固原理与素混凝土加劲桩基本一致，也是在搅拌桩中心钻孔灌注纯水泥浆液，并插入钢管，凝结硬化后，形成水泥土-微型钢管桩复合桩型。可显著提高桩身强度，达到更好的抗变形性能和支护性能。进行设计时，微型钢管桩的桩长可穿透桩底进入较好土层，掏孔直径可采用80～100mm左右，水泥浆可采用水灰比0.5～0.55的纯水泥浆，钢管外径DN可采用50～80mm左右。

设置加强墩是另一种形式的加固措施，是沿基坑边每隔50～80m左右而设置的一种加强剖面，该剖面的搅拌桩排数要多于常规剖面，在搅拌桩墙中形成一个“墩”形加强结构，主要目的是为了解决较长基坑边条件下，变形较大的一种应对措施。通过加强墩的设置，相当于在搅拌桩墙剖面中设置了一个类似“固端支座”，使两“墩”之间的搅拌桩位移减小，以达到更好的支护效果。

4　大直径搅拌桩（墙）施工要点

大直径搅拌桩的施工，应严格按照“唯一可变量”工法的要求进行。该工法要求保持搅拌桩钻头旋转速度不变，喷浆速度也保持恒定，根据地层情况实时调整钻头的下钻和上提速度，且下钻或上提速度在淤泥等较差地层中不得超过20cm/min，在砂层、砂质粘土层等较好地层中不得超过30cm/min。该施工工法一方面限制了钻头的上下速度，保证搅拌桩的水泥掺入量及单位桩长内的搅拌次数，确保了成桩质量；另一方面，根据不同地层条件，灵活选择上下钻速度，因此地质条件的准确把握显得尤为重要，必要时应进行地质超前钻，弥补地勘报告中钻孔孔距过大、拟施工处地质信息欠缺的不足。

进行桩顶插入钢管的工序施工时，钢管桩必须及时插入，时间可控制在搅拌桩施工完后半小时内，且应控制好标高，使钢管顶与面板顶标高保持一致，才能使钢管起到连接桩与板的作用，保证支护结构的整体性。

混凝土面板施工时，必须将搅拌桩桩顶整平至设计标高，清除浮渣、浮土，使钢管露出搅拌桩顶，保证钢管与面板混凝土浇筑在一起，加强搅拌桩与面板的连接，形成整体结构。面板混凝土浇筑后，需注意及时浇水保湿养护。

素混凝土加劲桩的施工难点在于选择适当的掏孔、清孔方法，保证掏孔的垂直度与搅拌桩一致，并应注意掏孔的时机。传统掏孔方法为泥浆护壁正反循环钻孔法，其垂直度不易保证，且容易破坏搅拌桩身。目前较为成熟的做法是：将现有大直径搅拌桩机的钻头更换为与加劲桩直径一致的小钻头，待搅拌桩施工完毕18～24h左右，桩身初具强度时，即可进行加劲桩的掏孔作业，再用大吸力潜水泵将钻渣清除，并浸湿养护3～5d，即可得到所需的空心圆柱孔，如图4所示，最后在孔中浇筑素混凝土，养护后桩体成型，保证施工质量。

图4　水泥土搅拌桩中心掏孔图

5　结论

（1）大直径搅拌桩墙用于基坑支护工程，是一种新颖的支护形式，适用地层广泛，兼具支护和止水的双重作用，支护效果优良。

（2）大直径搅拌桩墙基坑支护设计应根据地质条件、周边环境情况，综合运用各种加强措施（混凝土顶板、加强墩、钢管桩、加劲桩等），确保设计的合理性和施工的可行性。

（3）大直径搅拌桩墙的施工，应严格按照设计要求，精心组织施工，对各施工关键参数（包括但不限于钻头上下钻速度、喷浆速度、水灰比、垂直度等）应严格把握，确保施工质量和支护效果，并应重视地质超前钻的重要性。

（4）大直径搅拌桩墙用于基坑支护，具有显著的技术经济效果，在节省工程造价的同时兼具良好的支护效果，是一项值得推广的新技术。

[1]吴厚信，等.大直径深层旋喷搅拌桩在昊胜大厦深基坑支护工程中的应用.探矿工程，2010，37（4）：58～61.

[2]卢信雅，等.类刚性-大直径水泥土（旋搅）桩在珠三角地区的应用和发展，2010，37（10）：89～92.

[3]胡运杰，卢信雅.大直径搅拌桩在地基加固中的发展[M].湖南长沙：湖南大学出版社，2002.

[4]《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）[S].

TU753

A

1673-0038（2015）14-0027-03

2015-3-16

陈炜（1985-），男，硕士，岩土工程专业，主要从事岩土基坑设计及施工工作。