深基坑水泥搅拌桩软土加固应用

◎ 于占福 李庆 乔宏政 孔德莹 中铁建设集团南方工程有限公司

刘涛影 盛业山 中南大学资源与安全工程学院

1.工程介绍

1.1 工程概况

本工程位于拟建汕头高铁站站场下方，车站基坑呈东西向布置。车站主体结构为地下双层四跨双岛式车站，采用钢筋混凝土箱型框架结构，标准断面结构跨度为12.13-12.00-12.00-12.13m，基坑总宽度50.26m，总长度约237.8m。基坑深度约23.87～24.35m，坑底位于淤泥质土。基坑支护采用连续墙+四道钢筋混凝土支撑。拟施工基坑采用连续墙+四道（局部五道）钢筋混凝土支撑。连续墙采用φ850三轴搅拌桩加固内外侧槽壁，桩深33m，小计660根桩。另基坑西侧靠近既有铁路线，设计采用φ850三轴搅拌桩加固基坑内土体，桩深30m，其中空桩11m，加固标高-8.5m～-27.5m，小计604根桩。基坑外侧止水帷幕设计采用φ700双轴搅拌桩，桩深11m，小计630根桩。

1.2 水泥搅拌桩设计参数

本工程槽壁加固、裙边加固均采用三轴搅拌桩，基坑外侧止水帷幕采用双轴水泥搅拌桩，设计参数见表1、表2。

表1 三轴水泥搅拌桩施工参数

表2 双轴水泥搅拌桩施工参数

2.水泥搅拌桩工作原理

采用水泥等材料作为水泥搅拌桩的主剂，同时通过搅拌叶片并在其一定范围内将软土和固化剂一起搅拌，而软土和固化剂之间产生一系列物理、化学反应，使软、凝结、硬化，其整体强度得到加强并周围桩基一起构成复合地基承担上部荷载以及起到基坑止水的目的。

3.水泥搅拌桩施工工艺

3.1 定位

（1）采用液压平衡装置使搅拌桩机器平衡。

（2）多次采用全站仪以及线锤矫正搅拌轴以及立柱的垂直度，槽壁加固桩深垂直度控制为1/300，坑内加固桩深垂直度控制为1/200。桩位偏差不得大于40mm，桩径不小于设计桩径，有效桩长不小于设计长度。

图1 水泥搅拌桩施工平面图

3.2 制备水泥浆液

（1）在材料堆放处搭建水泥罐存放水泥，并在水泥罐边搭建拌浆平台，并按照规定相应的规范配置水灰比，再通过泥浆泵、输浆管将配置好的浆液挤压到注浆孔内，此外水泥浆待搅拌机下沉至设计深度后才可配制。

（2）水泥用量按设计标准不小于土体质量的20%，水灰比设计值为1.2～1.5。土体加固后，搅拌土体28天无侧限抗压强度P≥0.8MPa。

（3）为防止水泥掺入量不足，通过流量计和液压装置严格控制水泥浆液计量。

3.3 搅拌桩施工

（1）搅拌桩钻杆下沉和上升必须注入水泥浆液同时保持其匀速施工，保证在水泥初凝前使水泥和土充分搅拌，确保施工质量。

（2）严格控制搅拌桩桩长不得小于设计桩长。

（3）为防止搅拌过程桩体密实度降低，下沉必须均匀搅拌，上升必须关闭气体喷浆。

3.4 清洗

利用清水清洗管中剩余水泥浆，并将粘附在搅拌头和钻具（钻杆和钻头）的软土清洗干净。

图2 水泥搅拌桩施工工艺流程图

4.施工要点

1)所有进场搅拌桩机械必须经检测合格后方可投入施工。

2)槽壁加固桩深垂直度控制为1/300,坑内加固桩深垂直度控制为1/200。桩位偏差不得大于40mm，桩径不小于设计桩径，有效桩长不小于设计长度。

3)水泥浆计量不合格作为废浆处理，不得再次使用。

4)三轴搅拌桩和双轴搅拌桩下沉和上升的速度根据表1，2施工设计要求，保证浆液与土体充分搅拌。

5)为了防止在压浆阶段断浆，管道不得发生堵塞现象，如有发生管道堵塞，处理之后，防止断桩现象，需停止注浆几十秒。

6)双轴搅拌桩水泥浆配置好后，停滞时间不得超过2小时，搭接施工的相邻桩施工间隔不得超过10小时。如时间间隔过长无法进行下一根搭接，采取局部补桩；三轴搅拌桩停滞时间与双轴搅拌桩一致，而搭接施工的相邻桩施工间隔时间多于双轴搅拌桩3～4个小时，否则采取补桩措施以防基坑渗水。

5.质量控制与保证措施

5.1 质量控制

（1）注浆水泥规格及质量必须满足工程设计要求。

（2）注浆水泥配比严格根据试验以及设计要求确定，同时采用浆液比重机测量浆液密度确保其复合要求。

（3）通过测量钻杆长度使桩长达到设计要求。

（4）桩体强度、完整性以及均匀性需满足设计要求，同时在桩径和桩长范围内钻孔取心，进行28d无侧限抗压强度试验并且观察其完整性和均匀性。

5.2 保证措施

（1）水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，其质量达到相关要求。

（2）灰量不得超过规定的±5%。

（3）如桩径小于设计要求，必须利用相同置换率进行桩边补桩。

（4）为防止断浆现象发生，严格保证注浆速度，双轴搅拌桩机头提升速度不超过0.5m/min（三轴搅拌桩提升速度不超过1.0m/min)，并且搅拌桩提升和下降速度根据表1，2要求。

（5）水泥搅拌桩施工过程中，现场机械全部编号，同时确保人员、负责人到位。

（6）水泥搅拌桩施工之前需进行管道清洗并保证整个管道无堵塞现象。

（7）控制吊锤与钻杆上、下、左、右距离相等确保水泥搅拌桩桩体垂直度满足规范要求。

（8）提钻喷浆在桩底以及剩余浆液上升全部喷入桩体停留一定时间，进行磨桩头和磨桩端确保水泥搅拌桩桩身、桩底以及桩头质量。

（9）严格控制停浆和喷浆时间，施工期间不得中断喷浆，严禁钻杆提升未喷浆。

（10）喷浆量不足，必须进行整个桩体重复喷桩，复喷量不得小于设计用量。喷浆中断在10h内及时补浆，严格控制补浆时间，补喷重叠段应大于100cm。

（11）施工过程记录施工桩号、施工日期、天气情况；喷浆深度、停浆标高；灰浆泵压力、管道压力；钻机转速；钻进速度、提升速度；浆液流量；每米喷浆量和外掺剂用量；复搅深度。

6.施工注意几个问题

1）施工成桩中断，为防止出现断桩，需将搅拌机下降至停浆点以下0.5 m，待恢复供浆时再喷浆钻搅。如中断时间过长，先拆卸输浆管，并进行清洗，以防止浆液凝固堵塞管道。

2）如有管道堵塞，立即将停止施工，处理结束后，把搅拌钻杆上提和下沉1m之后才能继续注浆以防止断桩现象发生。

3）桩机就位时，为防止垂直度满足要求，确保其钻杆中心与桩中心在一个垂直面上，其钻杆垂直度，符合施工要求。如桩位发生过大的倾斜，采用倾角仪调整桩机重新定位，必要时采取补桩措施。

7.结束语

综上所述，本工程通过试桩试验确定最佳灰浆稠度，双轴搅拌桩试验水灰比初定为0.55，槽壁加固三轴搅拌桩试验水灰比定为1.2～1.5，坑内加固三轴搅拌桩试验水灰比定为1.5，并经现场施工情况看，水泥搅拌桩适用于软土地基加固，三轴水泥搅拌桩有效地提高土体强度并增加软土地基整体稳定性，此外双轴水泥搅拌桩止水效果显著，水泥搅拌桩不仅解决施工出现各种难题，而且施工质量得到了保证，施工效率得到提高，值得大范围使用和推广。