复杂地质条件下深层搅拌桩土体改良辅助桩基成孔技术

黄 磊，华金亮，魏光付

（中建一局集团第二建筑有限公司，北京 102600）

1 工程概况

栖霞区合班村257号（三毛厂）地块中学项目位于南京市栖霞区北苑西路与熙湲路交叉口，项目规划用地约4.50万m2，地下1层，地上5层，框架结构，建筑高度约22m，总建筑面积约5.48万m2，项目建成后可容纳1 800名学生和133名教职工。

工程桩为直径700mm的端承桩，桩长20～30m，工程桩总计352根，其中部分桩基位于坳沟范围（见图1），共计103根，坳沟范围内距地表13～20m存在较厚的可～软塑淤泥质土层，桩长22.15～35.00m，入持力层深度为⑤2a层8.5m或⑤2层1.05m。⑤2a中风化闪长岩为灰黄色～棕灰色，以软岩～较软岩为主，夹较硬岩，碎裂状结构，裂隙面充填有风化岩屑，岩体极破碎～破碎，岩体基本质量等级分类为Ⅴ级。层顶埋深8.0～31.1m，层厚0.9～9.1m。⑤2中风化闪长岩为棕灰～青灰色，以较软岩～较硬岩主，夹软岩，裂隙块状结构、裂隙面充填有风化岩屑，岩体较完整，局部较破碎，岩体基本质量等级主要为Ⅲ～Ⅳ级。层顶埋深9.9～35.8m，层厚0.8～8.3m。

图1 坳沟桩基范围

2 水文地质条件

2.1 水文条件

南京市地下水位一般在7—8月份处于最高，一般在旱季12月份至翌年3月份出现最低水位。野外勘探时间为2018年4—5月，期间在钻孔中量测的地下水初见水位埋深在地面以下1.00～4.10m，高程为20.740～23.480m（吴淞高程系），稳定水位埋深在地面以下 1.20～4.30m，高程为20.540～23.280m，水位变化与地形起伏基本一致。

潜水补给来源主要为生活用水和大气降水，以侧向径流和蒸发为主要排泄方式，水位受季节性变化影响，年变化幅度在0.5～1.0m。

2.2 地质条件

1）①2a淤泥、淤泥质填土 灰黑色，流塑，含少量腐殖物，有腐臭味，为填塘底部填积物，层顶埋深6.1m，层厚2.0m。

2）②1粉质黏土 灰黄～黄灰色，可塑，切面稍有光泽，韧性、干强度中等，层顶埋深2.8～8.9m，层厚0.6～6.3m。

3）②2粉质黏土 黄灰～灰色，可～软塑，部分地段含较多粉粒，略显低塑性，韧性、干强度中等偏低，层顶埋深6.2～13.7m，层厚0.5～5.5m。

4）土层室内岩土试验主要指标如表1所示。

表1 土层室内岩土试验主要指标

3 工艺选择

泥浆护壁成孔工艺存在淤泥质土“护不住”，不能解决塌孔问题，同时入岩深度较深，长螺旋钻孔工效太低，难以入岩。全护筒施工工艺由于持力层岩面和淤泥质土层底埋深不均，护筒长度难以确定，每根桩定制钢护筒成本较高且工效低，同时长度超过12m的长护筒，极易出现烂桩头、桩身完整性不足、断桩、充盈系数过大等质量问题，因此全护筒施工工艺同样被否决。综合对比成孔施工工艺后，考虑采用三轴深层搅拌桩进行土体改良。

4 施工方案

坳沟范围工程桩主要施工难点在于深层孔段坍塌，主要是因为土层中所含的可～软塑土层，且埋深处于13～20m，针对该复杂地质条件，采用850mm三轴深层搅拌桩将工程桩周围土体的土层部分固化为水泥土，可有效遏制可～软塑土层对钻进过程中造成的影响。

1）固化深度须确保完全穿过软弱土层 因本工程并非每根桩都布置勘探孔，三轴深层搅拌桩施工又无法获取土、岩样。为确保三轴深层搅拌桩对土体的有效加固，可利用三轴深层搅拌桩钻进过程中遇③粉质黏土层时钻进吃力，电流瞬间飙升，甚至无法继续钻进的特性确定当前加固深度已经到达黄土，加固范围应已足够，以此判断加固长度，现场分别计量各搅拌桩桩长值，由施工、地质勘察、监理、建设、审计等参建各方共同确认。

以水泥辅以三乙醇胺等早强剂作为固化材料，使工程桩周边土体充分搅拌后得到固化，三轴深层搅拌桩设计如图2所示。

图2 三轴深层搅拌桩设计

3）实际实施的过程中，应充分重视水泥土的龄期需求，工程桩的施工不得过早介入，待水泥土具备一定强度后，即搅拌桩施工需达到15d后方可进行旋挖作业。

5 三轴水泥搅拌桩施工工艺

5.1 施工准备

1）结合土层地质情况，试桩确定水泥掺量。

2）编制施工方案并报监理和业主审批，审批完成后方可实施。

3）水泥等原材料按要求（散装水泥每500t，袋装水泥每200t）进行抽样送检，原材复试合格后方可投入使用。

4）三轴搅拌桩机等机械按地方要求进行检测、备案。

5.2 桩机就位

由现场施工管理人员、测量人员和桩机班长统一指挥桩机就位，桩机下铺设路基板及钢板，移动前看清四周各位置的情况，发现有障碍物应及时清除，移动结束后检查定位情况，桩位偏差≤50mm。桩机就位后应平稳、平正，通过经纬仪或线锤进行观测复核，确保钻机的垂直度精度不低于1/100。

5.3 制备水泥浆液与浆液注入

开钻前对拌浆工作人员做好交底工作，在施工现场配备计算机计量的自动搅拌系统和散装水泥罐，以确保浆液质量的稳定，配制过程中总包管理人员、监理和审计人员全程监督。水泥掺量不小于25%，水泥浆液的水灰比为1.5～2.0，即搅拌土体中水泥掺入量至少为360kg/m3（被搅拌土体密度以1 800kg/m3计）。

水泥浆配制好后，停滞时间不得超过2h，故超过2h的拌制浆液应作废浆处理，严禁使用。为确保搅拌桩间充分咬合，搭接施工的相邻两幅搅拌桩施工间隔不得超过12h。注浆时，通过2台注浆泵的2条管路同Y形接头，在H口进行混合，注浆压力为1.5～2.5MPa，注浆泵注浆流量为80～120L/min。

5.4 钻进搅拌提升

根据现场土质条件，三轴水泥搅拌桩采用两喷两搅的施工工艺，水泥和原状土须均匀搅拌，在下沉和提升过程中，均需注浆搅拌，喷浆搅拌时严格控制下沉和提升速度，下沉速度一般为0.8m/min，提升速度为1.2m/min，为确保桩底质量，在桩底部分宜重复搅拌注浆。

三轴搅拌机在下钻时，注浆的水泥用量占总数的70%～80%，而提升时为20%～30%。按照规范标准均匀、连续注入拌制好的水泥浆液，钻杆提升完毕时，设计水泥浆液全部注完。

5.5 桩机移位

施工完1根桩后，桩机移位至下1根桩位，重复以上步骤，进行下幅搅拌桩施工。

5.6 特殊情况处理措施

1）施工过程中，如遇到停电或特殊情况造成停机导致成桩工艺中断时，均应将搅拌机下降至停浆点以下0.5m处，待恢复供浆时再喷浆钻搅，以防止出现不连续桩体。如因故停机时间较长，宜先拆卸输浆管路并清洗，以防止浆液硬结堵管。

2）根据本工程地质情况，在碰到地下障碍物时，宜与建设单位、设计单位、监理协商，确定解决办法。

3）发现管道堵塞应立即停泵处理。待处理结束后，立即把搅拌钻具上提和下沉1.0m后方能继续注浆，等10～20s恢复向上提升搅拌，以防断桩发生。

6 结语

项目结合三轴搅拌桩土体改良达到护壁条件，整个施工过程较为顺利，桩基静载荷试验和完整性检测全部合格。

针对淤泥质层较厚且层顶埋深超过12m的地质条件，且入岩深度较深时，采用三轴深层搅拌桩土体加固，虽然造价偏高，但可有效解决塌孔、桩身完整性不足、断桩、混凝土充盈系数大等问题，在工期和质量方面均有所保障，同时确保整个基础结构的安全性。