建筑工程中三轴水泥搅拌桩止水帷幕技术应用研究

黄金枝

摘 要：结合马銮湾新城海沧片区后柯小学基坑项目，深入分析场地地质和水文情况，并详细阐述了施工准备、测量放线、三轴搅拌机就位、水泥浆配制、成桩钻进与搅拌以及钻机移位等工序的施工技术要点，研究了内插H型钢插入、拔出和回收等环节的工艺要点，以期为基坑止水帷幕技术的选择与应用提供有益参考。

关键词：三轴水泥搅拌桩;H型钢;基坑止水;止水帷幕

中图分类号：U231 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）28-00-03

Abstract： Combined with the foundation pit project of Houke primary school in Haicang area of Malanwan new town， this paper deeply analyzes the site geology and hydrology， analyzes in detail the key construction technology points of construction preparation， measurement and setting out， positioning of three-axis mixer， cement slurry preparation， pile drilling and mixing， drilling rig displacement， and studies the key process points of inserting， pulling out and recycling of H-section steel， It is expected to provide a useful reference for the selection and application of foundation pit water stop curtain technology.

Keywords： triaxial cement mixing pile;H-section steel;foundation pit water stop;water stop curtain

在建筑深基坑工程中，止水帷幕起到挡土、止水和支撑的作用，能够阻隔深基坑内外的水层交互，形成稳定的止水帷幕结构，从而保障深基坑施工安全。笔者结合马銮湾新城海沧片区后柯小学项目，深入研究三轴水泥搅拌桩止水帷幕施工技术在基坑工程中的应用，以期为类似建筑工程施工提供参考。

1 工程概况

马銮湾新城海沧片区后柯小学位于福建省厦门市海沧片区柯东路南侧、灌新路东侧、芸景路西侧和后柯东二路北侧。工程总建筑面积为26 128.5 m2，地下1层，地上5层，其中地上建筑面积为14 339.64 m2（1#楼2 825.59 m2、2#楼2 837.25 m2、3#楼2 037.35 m2、4#楼3 716.37 m2、5#楼1 045.57 m2、6#楼1 837.63 m2、门卫39.88 m2），地下室建筑面积为11 788.87 m2。1～3号楼建筑为4层，建筑高度为18.9 m;4号楼为5层，建筑高度为22.5 m;5号楼为1层，建筑高度为5.1 m;6号楼为1层建筑高度为15.5 m;门卫建筑高度为3.6 m。

该工程桩基础为预应力高强混凝土桩，桩型为PHC500-125-AB型，桩端持力层为全风化花岗岩或强风化花岗岩（砂土状），桩端进入持力层不小于1.0 m，桩长为26～32 m。基坑侧壁安全等级为一级、二级，基坑深度为3.75 m，基坑顶部标高为4.5 m，地下室周长为545.6 m，基坑面积为13 718.6 m2。基坑支护采用自然放坡。

2 场地地质水文条件及方案选择

2.1 场地地质水文条件

根据《岩土工程勘察报告》，拟建场地覆盖土层自上而下依次为杂填土层、黏土、淤泥、含粉细沙淤泥、粉质黏土、中砂、淤泥、中粗砂、粉质黏土、圆砾及弱风化花岗岩层。岩土层地质参数如表1所示。

根据岩土勘测报告，该工程岩层中地下水主要赋存于杂填土层、黏土层和淤泥层，主要为上层滞水，地下水水位为1.5 m，含水量较大。④-1含粉细沙淤泥中含有粉细砂夹层，下部以互层为主，为地下水主要赋水底层和主要地下水含水层，局部连通性良好。

2.2 止水帷幕方案選择

根据止水方案，原方案采用Φ500 mm高压旋喷桩止水。但是，由于该场地砂层较厚，在地下水位较高且水力梯度较大的情况下，高压旋喷桩易引起高压水汽激振进而造成土体液化问题[1]，同时与土体渗透压力引起的液化相互耦合形成渗流带走基坑土体中的细颗粒，导致旋喷桩止水成桩质量不佳。

结合施工场地现状，经专家论证，调整原高压旋喷桩技术方案为SMW工法桩+三轴水泥搅拌桩止水，内插型钢补强，水泥搅拌桩和型钢均穿过砂层进入不透水层，可有效解决高压旋喷桩止水方案砂土液化问题[2]，进一步提高了基坑止水效果。

3 三轴水泥搅拌桩止水帷幕施工技术要点

三轴水泥搅拌桩止水帷幕采用跳槽式双孔全套复搅式连接方式[3]。水泥搅拌桩桩径为850 mm，中心间距为600 mm，搭接宽度为300 mm，垂直度偏差不大于1/250。施工工艺流程为：施工准备→测量放线→三轴搅拌机就位→水泥浆配置→成桩钻进与搅拌→弃土处理→钻机移位至下一孔位。

3.1 施工准备

设备进场前，场地应达到“三通一平”，并完善供浆系统、运输路线和临时设施等系统搭设，确保现场施工条件满足水泥搅拌桩现场施工要求。为满足桩机行走、注浆等工序施工要求，施工前清理场地障碍物，探明地下构建物、管线等。由于该工程地下水位较高、潜水量大，为确保水泥搅拌桩成桩质量，开挖淤泥层为4.0 m，并分层回填黏性素土至设计桩顶标高，使用推土机推平、碾压密实，确保地基承载力不小于0.8 MPa，坡度不大于1%，场地整平范围为水泥搅拌桩外3 m。

3.2 测量放线

根据业主提供的坐标基准点，按工程设计图纸测放出桩位。施工放样以工程设计图中SMW工法桩内边线作为水泥搅拌桩沟槽内边线，并设置临时控制桩，复核桩位无误后交工程监理验收。该工程中，桩位平面偏差不大于20 mm，并根据设计间距在两侧定位架上使用红色油漆标记桩位，保证水泥搅拌桩桩位定位准确。测量放线和桩位复核结果通过埋设稳定牢固标桩方式固定，在沟槽两侧设置开挖复原中心线的标桩，以便在开挖沟槽情况下随时复核沟槽走向中心线。

3.3 三轴搅拌机就位

根据测量放线结果，移动桩机并就位。移动钻机桩架使桩机对准桩位中心点，垂直度偏差不大于1/250，防止水泥搅拌桩成桩时与相邻幅出现“开叉”问题[4]。桩机就位后，使用机身悬锤、两台经纬仪组合校正桩机垂直度。桩机垂中心点和直度检查无误后，借助钻杆和桩架相对位移原理，在钻管上刻出钻孔深度标尺线，以严格控制钻孔深度。三轴水泥搅拌桩下沉和提升过程中均需注入水泥浆液。为防止钻孔和提升速度过快对SMW工法桩和周围土体造成扰动[5]，该工程需加强钻孔和提升速度控制。钻孔下沉速度不大于1 m/min，提升速度不大于2 m/min，并在桩底适当持续搅拌注浆，同时采用高压喷气向桩孔内注入空气，确保水泥搅拌桩搅拌充分、均匀，以保证搅拌桩成桩质量。

3.4 水泥浆配置

为保证水泥浆连续供应，在施工现场搭建拌浆施工平台。水泥浆按1∶5水灰比配制浆液，采用P.O42.5普通硅酸盐水泥和膨润土配制。P.O42.5普通硅酸盐水泥进场时检查出厂质量证明书，核对品种、标号以及出厂日期无误后按规定储存。每500 t水泥为1批次，每批次必须取样送检，经检验合格后方可使用。浆液配制要结合岩土层性质差异，根据岩土性质调整水泥浆配合比（如表2所示），并严格按配合比制作水泥浆。为防止水泥浆搅拌中出现离析问题，水泥浆在搅拌桶内搅拌30 s后倒入存浆桶内继续搅拌。注浆过程中，注浆压强控制在0.8～1.0 MPa，同时严格控制每桶水泥用量和液面高度，水泥掺量为20%。用水量采用总量控制方法，浆液配制随拌随用。

3.5 成桩钻进与搅拌、弃土处理

成桩钻进过程中，下沉、提升钻具直至桩底标高。钻具下沉和提升过程中均需注入水泥浆，下降时注浆60%，提升时注浆40%。钻孔过程中，相邻搅拌桩时间间隔不大于24 h，以防止因搅拌桩水泥浆凝结扭断钻具。钻进黏性土层时，适当下调钻进速度和提升速度，防止扭断钻杆或动力头。此外，为确保成桩质量，避免因钻头磨损造成桩径偏差过大，每次搅拌桩钻进前应检查钻头尺寸，发现钻头尺寸不大于500 mm时及时更换。

钻进过程中，需要随时检查注浆流量和注浆压强。全桩须注浆均匀，避免出现断浆现象而造成夹心层，影响水泥搅拌桩成桩质量。当注浆管出现管道堵塞问题时，立即停泵处理，并将搅拌钻具上提或下沉1.0 m后继续注浆，待注浆10～20 s后恢复正常注浆，防止出现断桩问题。注浆至设计标高后，溢出的泥土及时运至施工现场集土坑内临时堆放，待泥浆硬化后集中外运。

3.6 钻机移位至下一孔位

钻机注浆至设计标高后，沿既定路线移机至下一桩位。由于该工程岩土为软弱岩层，基础承载力性能较弱，为降低相邻水泥搅拌桩施工交互作用，采用跳桩法施工，如图1所示。

3.7 冷缝处理

针对因客观原因造成施工中断的问题，如处理障碍物、机械设备损坏、断电等，施工中断超24 h时，在相邻两幅水泥搅拌桩外侧施工水泥搅拌桩，与已完成施工24 h的SMW工法桩和搅拌桩相交100 mm，以提高水泥搅拌桩止水支护性能。基坑施工过程中，在出现意外情况导致产生施工冷缝的情况下，在冷缝处搅拌桩外侧补桩（如图2所示，阴影部分为已施工24 h的工法桩和水泥搅拌桩），以确保将来基坑开挖时不出现大量渗水现象。

4 内插型钢施工

该工程地下水位较高，表层土层含水率高。为阻断基坑内外地下水交互作用，防止基坑边坡和基坑出现地下水渗水、突涌等问题，在SMW工法桩和水泥搅拌桩组合施工的基础上，沿水泥搅拌桩接缝部位内插H型钢组合防水，以提高止水帷幕止水效果。

4.1 H型钢减摩擦

为减少H型钢插入摩擦阻力，提前进行减摩处理，主要通过涂刷减摩剂实现。涂刷减摩剂时，使用钢丝刷清理H型钢表面污垢、铁锈，并使用电热棒将减摩剂加热至完全融化，然后使用搅棒搅拌均匀，最后使用毛刷将减摩剂均涂在H型钢表面。减摩剂涂刷时应均匀、厚度一致，防止内插过程中因厚度不一而剥落。遇雨雪天气空气湿度大时，先使用干抹布擦拭H型钢表面，并使用喷灯将型钢加热2 h后再涂刷减摩剂。H型钢施工前，检查减摩剂有无剥落、气泡问题，如有问题，需重新涂刷减摩剂。

4.2 H型钢插入

施工沟槽内插H型钢前，为确保H型钢顺利插入沟槽并保持垂直度，需沿水泥搅拌桩安装H型钢定位卡，以便固定H型钢平面位置。该工程中，水泥搅拌桩施工完成后3 h内内插H型钢，使用35 t履带吊起吊H型钢。H型钢顶部150 mm处中心开孔，孔徑为100 mm，垂直吊入定位卡槽内，并使用线锤控制H型钢垂直度。H型钢对准水泥搅拌桩桩位中心并垂直插入桩内，依靠型钢自重缓慢下放至桩内，桩顶标高偏差不大于50 mm。当H型钢标高达不到设备标高时，缓慢提升H型钢至适当位置，并重复下放至设计标高。重复提升、下放仍不能达到设计标高时，可采用振动锤将H型钢振动锤击至设计标高。

4.3 H型钢回收

该工程桩基础完成并回填后，使用顶拔装置将H型钢自顶部拔出。H型钢回收后经整形，可重复使用。H型钢拔出后，使用6%～10%水泥浆填充水泥搅拌桩空隙。应在为确保墙体结构施工后H型钢顺利拔出，墙体施工后割除焊接在H型钢上的牛腿，并使用磨光机打磨一遍。

5 结语

在选择基坑止水帷幕技术方案时，应结合场地地质、水文等实际情况合理选择，并提高止水帷幕技术方案的合理性、科学性。通过实际验证“SMW工法桩+水泥搅拌桩+内插H型钢”止水帷幕技术方案，基坑施工期间未发现基坑边坡渗漏、基坑底突涌等问题，基坑经降水后施工界面干燥，表明技术方案方便可行，保障了工程安全和顺利施工。

参考文献：

[1]张立国.浅析某项目水泥搅拌桩+H型钢板桩复合支护施工技术[J].福建建材，2019（6）：50-52.

[2]林俊贤.三轴水泥搅拌桩施工工艺在基坑支护的应用探讨[J].福建建材，2016（4）：45-47.

[3]贺强.软土中深开挖水泥搅拌桩与排桩墙组合支护结构性能研究[D].西安：长安大学，2011：19.

[4]杜兴华，郭军科.水泥搅拌桩在上海地区的应用和发展[J].岩土工程界，2009（4）：26-29.

[5]张磊，陈强，李强，等.三轴水泥搅拌桩在深层地基防渗中的应用[J].施工技术，2020（23）：102-106.

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