三轴搅拌桩止水帷幕在铁路深基坑中的应用研究

摘  要：随着我国铁路行业的不断发展，人们对地下空间的开发利用日益重视，伴随而来的是深基坑工程的逐渐增多。研究发现三轴水泥搅拌桩止水帷幕技术由于具有显著的特征优势和良好的社会效益，近年来被广泛推广使用。基于此，本文针对其应用于富水含砂层的深基坑中时，所面临的水危害，创造安全、干燥的作业环境等问题进行了分析，以供参考。

关键词：三轴水泥搅拌桩;深基坑;止水帷幕技术施工运用

中图分类号：TU753 文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2020）12-0000-00

1 工程概况

新建城际铁路联络线一期工程站前3标正线起止里程DK35+770～DK40+300，全长4.53km，位于北京大兴区，主要项目包含榆安一、二号隧道及新航城地下车站，其均采用明挖法施工。其中隧道工程全长3.43km，基坑开挖深度22.0～24.0m，宽度14.2m～15.7m。明挖基坑采用放坡与围护桩+钢支撑复合支护体系，排桩外侧布置φ850@600mm的止水帷幕，桩长11～22m不等。

2 地质水文条件

沿线地层为第四系全新统（Q4）与上更新统（Q3）冲积地层。主要为软塑-硬塑状粉质黏土和稍密实的粉土、粉砂。主要河流有龙河、天堂河。地下水为第四系孔隙潜水，水位埋深11.8～22.2m，季节性变幅3～5m。主要补给来源为地面河流和雨季降水[1]。主要土层厚度及地质特征如表1。

3 研究意义

结合国内外施工现状，三轴水泥搅拌桩以成熟的工艺技术被广泛应用于深基坑止水帷幕施工中。本项目由于线路长，基坑深，地下潜水丰富，粉砂层分布广，渗透系数大，因此对明挖深基坑安全、干燥的环境要求高，三轴水泥搅拌桩止水帷幕的技术优势和截水效果是否依然满足施工要求，值得深究。

4 施工工艺

止水帷幕采用浆液搅拌桩，紧贴围护桩外边缘打设。总体施工工艺采用步履式搅拌桩机两搅两喷，套接一孔施工法[2]。顺序简图如图1所示。

（1）平整场地。清除树根等杂物，挖除土堆土坎，采用黏性土分层回填夯实整平。

（2）测量放线。采用GPS每20根桩测放一次桩位，由人工配合挖机开挖导向沟槽，区间桩位采用拉线排布的方式准确定位。

（3）桩机就位、对中。桩架到达指定桩位，钻头中心对准设计桩位，偏差不大于50mm。吊锤检查调整钻杆垂直度，偏差不大于1%。

（4）制备水泥浆。水泥浆采用自动拌浆系统，随用随拌。检测合格后过筛倒入储料桶中，不得离析。

（5）预搅喷浆下沉。喷桩机沿导向架自上而下旋转喷浆切土下沉，严格控制钻进速度与喷浆量，使水泥浆和原地基土充分搅拌均匀，直至桩底标高[3]。

（7）喷浆、搅拌、提升。水泥搅拌桩机于设计桩底原位喷浆30s后，钻头反向边喷浆、边旋转、边提升，至桩顶50cm后，继续喷浆30s，停止喷浆，当钻头提升至距离地面1m时，慢速提升，如表2。

（8）清洗、结束移位储料桶中注入适量清水，清洗全部管路和搅拌头，干净后，移至下一桩位。

5 质量控制要点

在复杂的地质水文条件下，保证明挖深基坑具有安全、干燥的作业环境，对三轴搅拌桩止水帷幕的成桩质量提出了更高要求[4]。

（1）正式施工前，通过试桩确定施工工艺参数，鉴于富水含砂层的存在，水泥掺量提高至18%。

（2）准确定位放线，严格控制桩机钻杆垂直度，保证桩间有效搭接;

（3）严格按照试桩确定的工艺参数组织施工，重点管控水泥浆配合比、喷浆压力和喷浆量、钻机提升与旋转速度等，不得随意更改;

（4）配置好的浆液放置时间不得超过2h，相邻搅拌桩时间间隔不超过12h;

（5）施工过程连续不间断，直至成桩，避免出现冷缝，因故停浆时，将钻头下沉至停浆面以下0.5m;

（6）施工过程中，随时记录喷浆压力、喷浆量、提升速度等工艺参数的变化，发现喷浆量不足时，整桩复打。

6 成桩质量检验

（1）成桩7d后浅部开挖桩头，深度超过停浆面下0.5m，目测检查搅拌的均匀性，量测成桩直径。

（2）成桩28d后，采用双管单动取样器在咬合搭接处、桩长范围内垂直钻孔取芯，观察桩体完整性、均匀性，截取芯样检测无侧限抗压强度，检验数量为总桩数的2%，且不少于3根。

7 效果分析

三轴搅拌桩成桩28d后，开挖至桩顶标高，钻取芯样进行检测，其强度指标和渗透性指标均达到设计要求。为检验止水帷幕基坑外侧水流的隔断效果，基坑开挖前进行一次抽水试验[5]。

抽水试验时，坑内设置9口降水井，坑外设置4口观察井。具体如图2所示。

（1）工况1：开启J4、J6降水井，J3、J5、J7和G1～G4作为观察井，观察72h水位变化情况，图3中记录了G2、J3、J4的水位变化情况，可见J4水位明显下降，J3虽水位下降，但最终高于J4。G2观察井位于坑外，下降速度明显缓慢，最终水位也远高于坑内降水井。由此说明，止水帷幕发挥了显著的隔水作用。

（2）工况2：开启J1、J3、J5、J7、J9降水井，J2、J4、J6和G1～G4作为观察井，72小时后，坑外观察井最终水位明显高于坑内。

（3）工况3：停止降水，取G2和J4作为观察井，观察72h水位变化情况（见图3），G2水位恢复平缓，J4虽缓慢提升，但最终水位明显低于坑外的G2观察井。再次证实了止水帷幕的截水作用。

后续基坑開挖后，坑壁无任何渗漏点，进一步验证了三轴搅拌桩止水帷幕对坑外水流的隔断效果。

8 总结

工程实践证明，在铁路富水含砂地质明挖深基坑施工中采用三轴搅拌桩止水帷幕施工技术，能有效解决坑外地下水的截水问题，创造安全、干燥的施工条件，通过此次成功应用，不仅再次验证了其显著的技术特征，也为明挖深基坑大力推广使用三轴搅拌桩止水帷幕技术提供了宝贵经验。

参考文献

[1]建筑基坑支护技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[2]建筑地基处理支护技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[3]龚晓南.深基坑工程设计施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1998.

[4]李学松.三轴深层搅拌桩止水帷幕技术应用浅析[J].企业科技与发展，2018（5）：189-190+193.

[5]郭勇.三轴深层搅拌桩止水帷幕在郑州地铁深基坑中的应用[J].广东土木与建筑，2012，19（1）：15-16+5.

收稿日期：2020-10-11

作者简介：葛小勇（1986—），男，河北保定人，本科，工程师，研究方向：铁路。