三轴搅拌桩施工对周边土体影响实测分析★

詹崇谦，李干艳，宋泽安，谢宇飏，陈 甦

(1.中国中铁四局集团第二工程有限公司，江苏 苏州 215131； 2.江苏省兴化市青年人才储备中心，江苏 泰州 225700； 3.苏州大学轨道交通学院，江苏 苏州 215021)

0 引言

水泥搅拌桩是用搅拌桩机将水泥浆液与土就地搅拌而形成的桩柱体，根据搅拌轴的数量，又可分为单轴、双轴、三轴搅拌桩等。单轴搅拌桩主要用于软土地基加固，双轴、三轴搅拌桩主要用于基坑工程中的围护结构(SMW工法桩、重力坝)、止水帷幕以及坑内加固等[1-2]。

人们在工程实践中发现，水泥搅拌桩施工会对周边土体及建(构)筑物产生一定的变形影响，进而逐步开始对此问题进行研究并取得了一定的成果。王道华[3]、王志丰等[4]、赵伟等[5]通过现场实测，分析了软土地基单轴水泥搅拌桩加固施工引起的土体孔隙水压力、土压力以及深层土体水平位移等变化规律。李志高等[6]对双轴搅拌桩施工引起的深层土体水平位移及土体竖向位移等进行了实测分析；付艳斌等[7]模拟了双轴搅拌桩侧向挤土效应的4种荷载模式，结合实测资料并采用数值分析验证了荷载模式的合理性。王煜[8]根据现场实测资料，分析了SMW工法三轴搅拌桩在施工过程中对周围土体的影响，提出了控制周围土体影响的三轴搅拌桩施工方法；郑坚杰[9]通过对现场实测数据分析，研究了三轴搅拌桩施工工艺参数对周边土体变形的影响。

虽然水泥搅拌桩施工对周边环境的影响研究已取得了一定成果，但由于水泥搅拌桩施工引起的周边土体变形受土体性质、施工参数等诸多因素影响，因此针对不同性质土层，深入开展本课题研究仍然十分必要。

本文通过现场实测，分析研究了三轴搅拌桩群桩施工引起的周边土体孔隙水压力、深层土体水平位移以及地表变形等的变化规律[10]。

1 工程概况

苏州春申湖路快速化改造工程在文灵路节点处上跨苏州轨道交通4号线姚祥路站—活力岛站地下区间隧道，与轨道交通4号线斜交约为73°。工程采用明挖法施工，基坑设计长度约36.5 m、宽度约42.2 m、深度约6.2 m。坑内土体采用MJS工法桩和三轴搅拌桩(直径850 mm)加固，如图1所示。图1(a)中阴影部分为三轴搅拌桩加固平面区域，其中在地铁盾构隧道上、下行线外侧各1.5 m～4.5 m范围内，三轴搅拌桩从地面加固至隧道底面以下4 m，距上行线东侧、下行线西侧4.5 m以外部分加固至距地铁盾构隧道顶面1.5 m处，如图1(b)所示。

本工程地质勘察报告显示，基坑现场的土层主要为素填土、黏土、粉质黏土和粉质黏土夹粉土等，具体见表1。

表1 土层分布表

2 测试方案

现场实测选择在基坑中间分坑上行线东侧区域(如图1所示)的部分三轴搅拌桩(如图2所示)施工期间，实测内容包括：孔隙水压力、深层土体水平位移(测斜)、地表沉降等。

现场布设孔压孔(S-KY)、测斜孔(S-CX)、地表沉降点(S-DB)各两个，各测孔(点)平面布置如图2所示。每个孔压孔在地表下2 m，5 m，8 m深度处各布设一个孔压计(分别为S-KY1-1，S-KY1-2，S-KY1-3和S-KY2-1，S-KY2-2，S-KY2-3)，两根测斜管长(S-CX1，S-CX2)均为15 m。

3 施工工况

现场实测区域部分三轴搅拌桩施工顺序和时间如表2所示。

表2 施工工况

4 实测结果与分析

4.1 孔隙水压力

在表2中所列三轴搅拌桩施工期间，孔压计S-KY1-1，S-KY1-2，S-KY1-3和S-KY2-1，S-KY2-2，S-KY2-3实测孔隙水压力随时间变化曲线如图3所示。

由图3可知：1)三轴搅拌桩施工开始的前23 h内孔隙水压力随时间增长并达到最大(S-KY1-3孔压为6.49 kPa，S-KY2-3孔压为4.44 kPa)，之后随时间逐渐减小。2)三轴搅拌桩施工过程中，土层较深处的孔隙水压力相对增加较大。3)三轴水泥搅拌桩施工过程中，距离施工区域越远，孔隙水压力增长越小。

4.2 深层土体水平位移

在表2中所列三轴搅拌桩施工期间，S-CX2测斜管(注：S-CX1测斜管在三轴搅拌桩施工时被破坏)实测深层土体水平位移随时间变化曲线如图4所示，图4中正值表示土体背离桩体方向位移，负值表示土体朝着桩体方向位移。

由图4可知：1)在三轴搅拌桩施工过程中，土体深层水平位移朝桩体方向，且随着深度逐渐减小。2)在三轴搅拌桩施工过程中，深层土体最大位移为14.2 mm并发生在地表下2 m深度范围内。

4.3 地表沉降

在表2中所列三轴搅拌桩施工期间，S-DB1，S-DB2测点实测地表沉降随时间变化曲线如图5所示，图5中正值为地表隆起，负值为地表下沉。

由图5可知：1)在三轴搅拌桩施工过程中，地表竖向变形表现为沉降，且随距施工桩体距离减小沉降增大。2)在三轴搅拌桩施工过程中，S-DB1，S-DB2测点最大沉降值分别为9.36 mm和2.72 mm。

5 结论

本文通过现场实测，分析研究了三轴搅拌桩施工引起的周边土体孔隙水压力、深层土体水平位移以及地表沉降的变化规律，得到主要结论如下：

1)三轴水泥搅拌桩施工开始的前23 h内孔隙水压力随时间增长并达到最大，之后随时间逐渐减小，土层深处的孔隙水压力增量相对较大；三轴水泥搅拌桩施工过程中，距离施工区域越远，孔隙水压力增长越小。

2)在三轴水泥搅拌桩施工过程中，深层土体水平位移朝桩体方向，且随着深度逐渐减小；地表竖向变形表现为下沉，且随距施工桩体距离减小沉降越大。

3)由于三轴水泥搅拌桩施工对地层的扰动和其强度增长需要一定的时间，使得施工区域地层相对变弱，因此在侧向土压力作用下，周边深层土体水平位移朝向桩体、地表竖向位移为下沉。