双轴搅拌桩重力坝在大面积基坑中的应用

朱喜良

（上海新蒲置业发展有限公司 上海 200241）

0 引言

对于上海软土地基中开挖深度不超过6m 的基坑，水泥土重力式围护墙是一种常用的基坑支护结构类型，具有施工方便、防渗止水效果好、施工工期短、节省投资等优点。但其位移和变形的控制能力较弱，由于本工程周边环境不复杂，远离市政道路管线，双轴搅拌桩重力坝在本工程成功运用，安全可靠的围护结构，取得了良好的社会效益和经济效益。

1 项目概况

松江南站大型居住社区C19-22-06 地块项目位于上海松江区车墩镇，北靠泖亭路，东靠华长路，西临陈家浜，南沿规划联梅路。

本工程基坑开挖面积约计39435m2，总用地面积53146.9m2，总建筑面积约155664.17m2。项目主要由11 栋17 层高层住宅、3 栋商业、配套公建及若干单层辅助用房组成，地下车库一层，地库基坑开挖深度4.85m，工程基坑支护体系采用双轴搅拌桩重力坝，双轴搅拌桩采用单桩断面φ700，普通硅酸盐水泥，强度等级42.5 级，水泥掺量13%（消耗水泥重量和被加固土体重量的百分比），局部暗浜处水泥掺量增加到18%，双轴桩单桩面积为0.71m2，水灰比0.55，搅拌桩桩体与桩体的搭接200mm。搅拌桩坝体墙顶采用200 厚C20 混凝土压顶，双向配筋φ8@250。工程局部距离红线较近，考虑局部采用搅拌桩内插H500×300×11×18 型钢，以增加坝体刚度。

2 工程地质条件

根据勘探单位提供的勘察资料及工程现场实际环境，场地内和树木、动迁完成后未清理的基础及有一条长约100m 的河流，清理淤泥和土体进行了置换工作，土层性质如下：

第①层杂填土平均厚度为0.6～3.3m，涉及民宅和道路时上部为混凝土地坪，局部堆有建筑垃圾，土质松散，不均匀。

第②1层粉质粘土厚度为0.3～2.5m，很湿压缩性高。

第②3层粘质粉土厚度为0.9～5.2m，呈松散状态。

第③层淤泥质粉质粘土厚度为3.0～8.5m，呈流塑状态，高压缩性。

第④层淤泥质粘土层底标高-13.21～-14.75m，平均厚度7.40m，透水性差。

第⑤1-1层淤泥质粉质粘土埋深为-10.5～-13.0m，厚度为4.2～6.1m，在场地内均有分布，土质相对较好。

第⑤1-2层粉质粘土该层层顶埋深为-14.7～-18.5m，厚度为1.7～8.0m，中等压缩性，在场地内均有分布。

第⑤2层粉砂该层层顶埋深为-16.1～-22.6m，厚度为1.6～17.9m，呈稍密～中密状态，属中等压缩性。

第⑤3层粉质粘土，土质不均匀，该层层顶埋深为-22.0～-27.9m，呈软塑状态，属中等压缩性。

第⑥层粉质粘土层底标高-29.16～-29.70m，平均厚度3.39m，压缩性中等，土质较均匀。

3 围护方案选择

本工程地下车库基坑挖深约4.85m，基坑采用搅拌桩重力坝的围护型式，基坑开挖面积约计39435m2，周长967m，围护方案选择如下：

（1）方案一、本工程东侧、西侧、南侧围护采用双轴搅拌桩重力坝，北侧采用土工法（双轴搅拌桩内插H 型钢）结合斜抛撑的围护形式，结合两排双轴搅拌桩止水，此方案前期已通过专家论证，但是在与总包方案讨论过程中发现该方案存在工期长，留设后浇带，底板渗水风险大，斜撑施工时必须底板先浇筑完成，底板混凝土达到一定强度后才能施工底板上混凝土支座，底板和支座混凝土达到强度后方可实施斜撑的施工，斜撑需要加工时间，斜坡上的土不能一次出土，要等到斜撑施工完成后确保安全后方可进行挖土，斜撑的位置施工不当往往影响地下室墙板的施工且穿越墙板时要焊接止水钢板，也是地下室外墙渗水点，此方案给施工和工期带来不少的困难和隐患。

（2）方案二、围护结构全部采用重力坝，我与设计协商，对围护结构进行了优化，优化措施如下：在北侧将搅拌桩宽度调整到3.7m 宽，在围护坝体顶上卸载1.2m 高的土到河边，经优化后基坑北侧实际开挖深度仅仅3.2m，此方案优点：施工方便，经济，可以机械化连续出土，施工进度得到保证。

考虑本项目基坑面积大、开挖有一定难度，且利用围护坝体压顶作为车辆行车及堆放一定的重物，结合现场的施工条件和施工成本，故经过方案比较，决定采用方案二，该方案不但能保证基坑止水又能有效的挡土，北侧开挖深度减少，基坑土方可以连续出土，同时施工进度满足开发要求节约成本，技术上满足安全的要求。

4 设计验算

基坑围护采用重力式围护墙，基坑开挖深度4.85m，局部深度2.2～3.2m，围护墙厚度4.2m，桩长11m.局部搅拌桩内插H500×300×11×18 型钢，计算考虑地面荷载20kPa。该基坑按三级基坑、依据《上海市标准-基坑工程技术规范（GG/T 08—61—2010）》进行设计计算。

4.1 抗滑移与抗倾覆验算

双轴搅拌桩重力坝抗倾覆安全系数K0值一般不小于（1.0～1.1），在上海的软土地基按同类工程或实际经验选取，抗滑移安全系数Kc值不小于（1.0～1.2），经过计算和复核，本工程基坑围护结构抗倾覆安全系数K0=1.2，见图1，抗滑移安全系数Kc=1.23，见图2。

图1 抗倾覆验算

图2 抗滑移验算

4.2 整体稳定性验算

搅拌桩重力坝建在软土地基上，墙前墙后有显著的地下水位差，坝体的整体稳定性计算采用圆弧滑动法，稳定安全系数采用总应力计算，K值不小于1.25，本工程基坑整体稳定性安全系数为1.68，见图3。

图3 整体稳定性验算

4.3 坑底抗隆起稳定性验算

根据上海市《基坑工程技术规范》，水泥土重力式围护基坑按墙底地基承载力模式验算坑底抗隆起稳定性计算，坑底抗隆起安全系数不小于1.5，本工程基坑坑底抗隆起安全系数2.18，满足要求。

图4 坑底抗隆起稳定性验算

经过上述设计验证计算，本次工程设计的围护结构的安全系数全部符合要求。

5 双轴搅拌桩重力坝施工

5.1 工艺流程

根据双轴搅拌桩的施工特点，科学组织施工，合理安排施工流程，合理安排流水段施工，双轴搅拌桩施工工艺如下：场地平整→测量放线→挖沟槽→桩机定位→预搅下沉→配置水泥浆→搅拌提升，第一次喷浆→重复搅拌下沉→重复搅拌提升，第二次喷浆→重复空搅下沉→重复空搅拌提升→冲洗管路系统→桩机移位。

5.2 水泥浆拌制、成孔钻进及搅拌成桩

双轴搅拌桩的施工工艺采用“二喷三搅”，即：第一次下沉预搅，预搅时不能带冲水下沉，提升时喷浆70%→第二次重复下沉空搅，提升时喷浆30%→第三次空搅下沉，空搅提升。水泥浆的配置按设计要求的水灰比0.55（重量比）配置，双轴搅拌桩施工时先计算每根桩的水泥用量，现场必须配置磅秤进行过秤，水泥浆液的制备在桩施工时提前进行，并用专业工具测试泥浆比重，合格后方可使用，每台班抽查二次，认真填写每根沉桩记录以便复核。

5.3 施工质量保证措施

认真复核桩位和桩机的平整度，双轴搅拌桩桩位偏差不大于50mm，同时用J2 经纬仪测量复核装机垂直度，偏差不大于1/150。

双轴水泥搅拌桩的施工应严格按照“两喷三搅”的施工工艺，严禁施工单位采用搅拌下沉时带水冲，操作时严格按照设计要求的工序施工，第三次空搅下沉和空搅提升的工序施工单位往往忽略，所以要认真旁站检测，其重要性是使双轴搅拌桩桩体均匀。

水泥浆喷浆时控制泥浆泵的压力，不定期的检查压力表，指针在允许的压力范围内跳动。

为了使搅拌桩的土体均匀拌制，双轴水泥搅拌桩的下沉和提升速度不宜大于50cm/min，搅拌桩应连续不断施工，现场可以配备柴油发电机以备断电。

双轴搅拌桩桩体和桩体的搭接按照设计要求进行，一般搭接20cm，若桩体施工时搭接时间超过12h，必须征得设计同意下在接头周围补桩进行封闭，以防搅拌桩产生施工冷缝造成坝体有渗水现象发生。

为了防止配置的浆液发生离析现象，在施工中要求施工单位认真配置好每一罐水泥浆用量，按照设计要求的水灰比计算出每一根搅拌桩的水泥用量，水泥浆液用泥浆比重仪测试，合格后方可施工。

6 效果验证

6.1 渗漏水情况

从基坑开挖到地下室结构施工完成，没有发现明显的渗漏点。

6.2 基坑围护变形

从基坑开挖到地下室顶板完成，委托第三方监测单位对本工程基坑进行监测，基坑的水平位移和沉降位移都处在设计允许范围内，见表1，本工程基坑围护设计监测要求如下：墙顶垂直及水平位移报警值：日变量≥±3mm，累计量≥±40mm；墙体及坑外土体深层位移值，日变量≥±3mm，累计量≥±40mm；坑外地下水位下降值报警值：累计量≥±1000mm；地表垂直位移报警值：日变量≥±3mm，累计量≥±40mm。

表1 基坑监测

本工程沉降观测点位和位移观测点总共设置102 个，值点号C，沉降观测点位有7 个点位下沉比较大，累计沉降量最大值29.84mm 没有超出设计要求；水平位移点号W 有7 个点位坝体向基坑内移动，位移最大值33.6mm，累计变化量没有超出设计要求，变形和位移在受控范围内，基坑围护结构基本安全。

6.3 钻芯取样

围护结构完成后，双轴搅拌桩经过28 的养护，检测单位对不同部位的双轴搅拌桩桩进行现场钻芯取样，根据本工程围护桩的数量现场按规范抽取5 根桩，5 组数据经过计算实际强度分别为0.85MPa、0.84MPa、0.86MPa、0.85MPa 和0.88MPa，满足规范和设计要求的桩体抗压强度大于0.80MPa。

7 结论

本文主要介绍了双轴搅拌桩的施工工艺和围护结构的设计和深化并验算，经过科学的管理和实施，确保了基坑的安全，节省了围护结构的造价，保证了施工进度和质量，值得在大面积基坑围护施工中推广，也可以给同类项目提供经验借鉴。