類剛性大直徑旋噴攪拌樁墻基坑支護設(shè)計與應(yīng)用

陳煒

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心廣東總隊廣東廣州510403）

類剛性大直徑旋噴攪拌樁墻基坑支護設(shè)計與應(yīng)用

陳煒

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心廣東總隊廣東廣州510403）

介紹了類剛性大直徑旋噴攪拌樁在巖土基坑支護方面的設(shè)計及應(yīng)用。具體闡述了類剛性大直徑旋噴攪拌樁的優(yōu)良特點，分析了其適用條件、設(shè)計、施工要點，并結(jié)合經(jīng)濟技術(shù)通過對比分析，論證了大直徑攪拌樁在基坑支護工程方面的適用性和優(yōu)越性。

攪拌樁；類剛性大直徑旋噴攪拌樁；重力式水泥土墻；基坑支護

1　前言

類剛性大直徑水泥土攪拌樁（以下簡稱“大直徑攪拌樁”）是采用“唯一可變量工法”施工的高強度水泥土攪拌樁，具有直徑大（D=1400～1800mm）、強度高（28d期齡抗壓體強度≥1.5MPa）、變形小、抗?jié)B好等特點，廣泛適用于淤泥（質(zhì)土）、粉土、粘性土、砂土、素填土、全風(fēng)化巖等地層條件，是近年來新興的一種攪拌樁型。由大直徑攪拌樁形成的重力式水泥土墻（以下簡稱“大直徑攪拌樁墻”）已成功應(yīng)用于多個基坑支護工程，并取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟效果，是一項值得大力推廣的基坑支護新技術(shù)。

2　大直徑攪拌樁（墻）特性

相對于普通攪拌樁，大直徑攪拌樁具有強度高的特點。工程試驗顯示，采用“唯一可變量工法”施工的大直徑攪拌樁，其28d期齡抗壓強度fu≥1.5MPa，遠高于一般水泥土攪拌樁的強度（fu=0.4～ 0.7MPa）。由大直徑攪拌樁互相搭接而形成的水泥土墻（如圖1所示），其變形小、支護效果良好，并且其搭接好、漏縫少、抗?jié)B性能好，用于基坑支護時兼具支護和止水的雙重作用。

圖1　大直徑攪拌樁墻

大直徑攪拌樁適用地層為砂層、粘土層、粉質(zhì)粘土、砂質(zhì)粘土、粉土、淤泥、淤泥質(zhì)土、素填土、全風(fēng)化巖等，適用條件廣泛，但不適合于含有大塊孤石、硬夾層的地層。施工經(jīng)驗顯示，砂層成樁的攪拌樁強度最高，實測28d齡期抗壓強度平均可達2.0MPa以上；粘性土、粉質(zhì)粘土、砂質(zhì)粘土中的成樁強度次之；淤泥、淤泥質(zhì)土中成樁強度相對稍低，但實測28d齡期抗壓強度≥1.5MPa。

與傳統(tǒng)內(nèi)支撐支護體系相比，大直徑攪拌樁墻支護體系為懸臂支護結(jié)構(gòu)，對樁基礎(chǔ)及建筑物地下室的施工影響不大，方便施工；與傳統(tǒng)小直徑水泥土攪拌樁墻相比，具有搭接好、止水性好、強度高、變形小等優(yōu)良特點；工程造價方面，同等地質(zhì)、支護深度條件下，大直徑攪拌樁水泥土墻支護方案比傳統(tǒng)支護方案節(jié)省工程造價約20～40%，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟效果。

3　大直徑攪拌樁（墻）基坑支護設(shè)計

大直徑攪拌樁墻基坑支護設(shè)計需考慮的主要設(shè)計要點有：樁長、樁徑、截面形式（單排、多排格構(gòu)）、搭接寬度、樁頂混凝土面板、加強措施等。

3.1一般設(shè)計

大直徑攪拌樁墻可設(shè)計成單排式或多排格構(gòu)式。單排攪拌樁墻可用于基坑深度范圍內(nèi)地質(zhì)條件較好的可塑～硬塑粘性土、粉質(zhì)粘土、砂質(zhì)粘土、中密以上砂土中。為了保證支護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，可將樁徑設(shè)計為D=1500～1800mm，樁長≥2倍基坑深度，當(dāng)土層為可塑-硬塑的砂質(zhì)粘土或中密以上砂土，成樁強度有保障時，在保證整體穩(wěn)定性的情況下，尚可適當(dāng)減少樁長。

多排格構(gòu)式大直徑攪拌樁墻可用于基坑深度范圍內(nèi)地質(zhì)條件較差的軟塑-可塑粘性土、高塑性粘土、淤泥、淤泥質(zhì)土等，可將樁徑設(shè)計為D=1400～1600mm，樁長≥2倍基坑深度，且同時應(yīng)穿透軟弱土層進入性質(zhì)較好的下臥土層（砂層、粘土層）中1～2m左右。當(dāng)樁底遇硬巖面時，可將樁底設(shè)置在中風(fēng)化巖頂端，但應(yīng)滿足樁長≥2倍基坑深度的要求。

3.2搭接寬度

攪拌樁之間的搭接寬度是設(shè)計應(yīng)考慮的另一個重要參數(shù)，直接關(guān)乎攪拌樁墻的經(jīng)濟技術(shù)效果和止水效果。搭接寬度太小，施工時容易導(dǎo)致深層的攪拌樁之間出現(xiàn)錯縫、開口，嚴重影響攪拌樁墻的止水效果；反之，止水效果易得到保障，但會增加攪拌樁的數(shù)量，經(jīng)濟技術(shù)效果降低，另一方面，搭接太寬，則施工時易導(dǎo)致兩樁之間水泥土互相影響，不利于成樁。因此，攪拌樁間的搭接寬度t宜控制在樁徑D的1/7～1/5左右，即：

式中：t——大直徑攪拌樁間搭接寬度，單位mm；

D——大直徑攪拌樁樁徑，單位mm。

3.3樁頂混凝土面板

在大直徑攪拌樁墻頂部設(shè)置現(xiàn)澆混凝土面板，并在樁身插入鋼管，將面板與攪拌樁相連接，可使二者合為整體、協(xié)同工作，使攪拌樁樁與面板形成一個類似“水泥土墻+冠梁”的受力結(jié)構(gòu)，起到約束樁位移、提高攪拌樁墻整體性的左右。

進行設(shè)計驗算時，應(yīng)考慮混凝土面板的約束作用，其剛度可通過面板的幾何尺寸特征，結(jié)合混凝土材料彈性模量參數(shù)來確定，具體可參考相關(guān)計算公式，一般可取1～3MN/m，可使模擬計算的樁身變形量大為減小。實踐證明，大直徑攪拌樁墻支護方案的實際變形量，接近于設(shè)計值[1]，考慮面板的支撐剛度的設(shè)計方法是可行的。

混凝土面板既可設(shè)置成平板式結(jié)構(gòu)（如圖2），也可設(shè)置成具有前梁、后梁的梁板式結(jié)構(gòu)（如圖3），必要時可加設(shè)橫隔梁以達到加強效果。面板的厚度可為200～300mm，單層或雙層網(wǎng)狀配筋；寬度應(yīng)大于或等于攪拌樁墻的寬度，并應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場周邊環(huán)境而靈活調(diào)整。前梁、后梁、橫隔梁截面尺寸可為b×h=300×500mm左右，其配筋應(yīng)滿足混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。樁頂插入的鋼管可設(shè)置在最內(nèi)、外排攪拌樁的樁中心處，長度可為2～3m左右。

圖2　平板式混凝土面板方案

圖3　梁板式混凝土面板方案

3.4加強措施

采用大直徑攪拌樁墻進行基坑支護設(shè)計，當(dāng)遇地層條件較差，或周邊環(huán)境限制，不能滿足位移、變形及穩(wěn)定性驗算要求時，可采取的設(shè)計加強措施主要有：素混凝土加勁樁、微型鋼管樁、加強墩等。

設(shè)置素混凝土加勁樁是大直徑攪拌樁墻用于基坑支護時的一種重要加強措施，它是當(dāng)攪拌樁施工完畢后12～24h左右，在攪拌樁中心掏孔形成一定直徑的圓柱形孔洞，清除鉆渣后，在孔中灌注素混凝土，讓其凝結(jié)硬化，形成水泥土-混凝土耦合復(fù)合樁型?？娠@著提高樁身強度，使樁身具有更好的抗拉、抗壓、抗彎、抗剪、抗變形性能，可大幅提高攪拌樁墻的安全性和支護效果。進行設(shè)計時，可采用C25混凝土作為加勁樁的材料，樁徑可設(shè)置為d=800～1100mm左右，樁長可比攪拌樁短2～4m左右，亦可將加勁樁底設(shè)置于樁身彎矩反彎點處。

微型鋼管樁的加固原理與素混凝土加勁樁基本一致，也是在攪拌樁中心鉆孔灌注純水泥漿液，并插入鋼管，凝結(jié)硬化后，形成水泥土-微型鋼管樁復(fù)合樁型。可顯著提高樁身強度，達到更好的抗變形性能和支護性能。進行設(shè)計時，微型鋼管樁的樁長可穿透樁底進入較好土層，掏孔直徑可采用80～100mm左右，水泥漿可采用水灰比0.5～0.55的純水泥漿，鋼管外徑DN可采用50～80mm左右。

設(shè)置加強墩是另一種形式的加固措施，是沿基坑邊每隔50～80m左右而設(shè)置的一種加強剖面，該剖面的攪拌樁排數(shù)要多于常規(guī)剖面，在攪拌樁墻中形成一個“墩”形加強結(jié)構(gòu)，主要目的是為了解決較長基坑邊條件下，變形較大的一種應(yīng)對措施。通過加強墩的設(shè)置，相當(dāng)于在攪拌樁墻剖面中設(shè)置了一個類似“固端支座”，使兩“墩”之間的攪拌樁位移減小，以達到更好的支護效果。

4　大直徑攪拌樁（墻）施工要點

大直徑攪拌樁的施工，應(yīng)嚴格按照“唯一可變量”工法的要求進行。該工法要求保持攪拌樁鉆頭旋轉(zhuǎn)速度不變，噴漿速度也保持恒定，根據(jù)地層情況實時調(diào)整鉆頭的下鉆和上提速度，且下鉆或上提速度在淤泥等較差地層中不得超過20cm/min，在砂層、砂質(zhì)粘土層等較好地層中不得超過30cm/min。該施工工法一方面限制了鉆頭的上下速度，保證攪拌樁的水泥摻入量及單位樁長內(nèi)的攪拌次數(shù)，確保了成樁質(zhì)量；另一方面，根據(jù)不同地層條件，靈活選擇上下鉆速度，因此地質(zhì)條件的準(zhǔn)確把握顯得尤為重要，必要時應(yīng)進行地質(zhì)超前鉆，彌補地勘報告中鉆孔孔距過大、擬施工處地質(zhì)信息欠缺的不足。

進行樁頂插入鋼管的工序施工時，鋼管樁必須及時插入，時間可控制在攪拌樁施工完后半小時內(nèi)，且應(yīng)控制好標(biāo)高，使鋼管頂與面板頂標(biāo)高保持一致，才能使鋼管起到連接樁與板的作用，保證支護結(jié)構(gòu)的整體性。

混凝土面板施工時，必須將攪拌樁樁頂整平至設(shè)計標(biāo)高，清除浮渣、浮土，使鋼管露出攪拌樁頂，保證鋼管與面板混凝土澆筑在一起，加強攪拌樁與面板的連接，形成整體結(jié)構(gòu)。面板混凝土澆筑后，需注意及時澆水保濕養(yǎng)護。

素混凝土加勁樁的施工難點在于選擇適當(dāng)?shù)奶涂?、清孔方法，保證掏孔的垂直度與攪拌樁一致，并應(yīng)注意掏孔的時機。傳統(tǒng)掏孔方法為泥漿護壁正反循環(huán)鉆孔法，其垂直度不易保證，且容易破壞攪拌樁身。目前較為成熟的做法是：將現(xiàn)有大直徑攪拌樁機的鉆頭更換為與加勁樁直徑一致的小鉆頭，待攪拌樁施工完畢18～24h左右，樁身初具強度時，即可進行加勁樁的掏孔作業(yè)，再用大吸力潛水泵將鉆渣清除，并浸濕養(yǎng)護3～5d，即可得到所需的空心圓柱孔，如圖4所示，最后在孔中澆筑素混凝土，養(yǎng)護后樁體成型，保證施工質(zhì)量。

圖4　水泥土攪拌樁中心掏孔圖

5　結(jié)論

（1）大直徑攪拌樁墻用于基坑支護工程，是一種新穎的支護形式，適用地層廣泛，兼具支護和止水的雙重作用，支護效果優(yōu)良。

（2）大直徑攪拌樁墻基坑支護設(shè)計應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、周邊環(huán)境情況，綜合運用各種加強措施（混凝土頂板、加強墩、鋼管樁、加勁樁等），確保設(shè)計的合理性和施工的可行性。

（3）大直徑攪拌樁墻的施工，應(yīng)嚴格按照設(shè)計要求，精心組織施工，對各施工關(guān)鍵參數(shù)（包括但不限于鉆頭上下鉆速度、噴漿速度、水灰比、垂直度等）應(yīng)嚴格把握，確保施工質(zhì)量和支護效果，并應(yīng)重視地質(zhì)超前鉆的重要性。

（4）大直徑攪拌樁墻用于基坑支護，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟效果，在節(jié)省工程造價的同時兼具良好的支護效果，是一項值得推廣的新技術(shù)。

[1]吳厚信，等.大直徑深層旋噴攪拌樁在昊勝大廈深基坑支護工程中的應(yīng)用.探礦工程，2010，37（4）：58～61.

[2]盧信雅，等.類剛性-大直徑水泥土（旋攪）樁在珠三角地區(qū)的應(yīng)用和發(fā)展，2010，37（10）：89～92.

[3]胡運杰，盧信雅.大直徑攪拌樁在地基加固中的發(fā)展[M].湖南長沙：湖南大學(xué)出版社，2002.

[4]《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）[S].

TU753

A

1673-0038（2015）14-0027-03

2015-3-16

陳煒（1985-），男，碩士，巖土工程專業(yè)，主要從事巖土基坑設(shè)計及施工工作。