五軸攪拌樁在砂性土基坑中的應(yīng)用研究

劉 世 星

(山西建筑工程有限公司，山西 太原 030006)

1 工程概況

某項(xiàng)目緊鄰城市地鐵和人防工程，對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行基坑開挖時(shí)，采用的開挖方法為大面開挖法，基坑平均深度為13.4 m，基坑最深處為16.1 m，開挖基坑總面積達(dá)16 670 m2?；又車ㄖ锘驑?gòu)筑物對(duì)該項(xiàng)目的基坑開挖施工較為明顯，該項(xiàng)目建成后擬作為商業(yè)綜合體進(jìn)行使用。開挖基坑時(shí)，由于基坑深度較深，基坑面積較大，因此土方開挖量較大。通過地勘報(bào)告得知，該項(xiàng)目地下土質(zhì)主要以砂性土為主，若開挖過程中未進(jìn)行有效降水，則可能導(dǎo)致基坑水體滲漏而使得砂性土流失，從而影響基坑的穩(wěn)定性。因此在進(jìn)行施工時(shí)，所需降水工作量大，對(duì)基坑的防滲漏要求高，對(duì)基坑監(jiān)測的要求高。為避免出現(xiàn)基坑水體滲漏現(xiàn)象的發(fā)生，原設(shè)計(jì)要求是采用三軸攪拌樁復(fù)攪套打作為止水帷幕。

2 傳統(tǒng)三軸攪拌樁施工弊端及原因

通過以往的工程經(jīng)驗(yàn)得到，若施工時(shí)采用三軸攪拌樁作為止水帷幕，施工后往往會(huì)出現(xiàn)線流、涌砂等滲漏現(xiàn)象，并且滲漏處經(jīng)常位于粉砂土和淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土土層的位置。為解決三軸攪拌樁的滲漏問題，往往使用三軸攪拌樁套打的方法，但這種施工方法施工工藝復(fù)雜，且耗費(fèi)的人力物力較大，施工經(jīng)濟(jì)性較差。

采用三軸攪拌樁止水帷幕進(jìn)行施工時(shí)，若基坑的周長為500 m，則施工時(shí)需要布置416個(gè)三軸攪拌樁，且攪拌樁互相搭接的數(shù)量也較多，這種情況增加了施工中的冷縫形成的概率。結(jié)合本工程的地質(zhì)勘察報(bào)告得知，若采用三軸攪拌樁法作為止水帷幕，則滲水點(diǎn)恰好位于粉砂土和淤泥質(zhì)黏土層的位置，且該場地內(nèi)土層的滲透系數(shù)較大，砂性土?xí)貪B水點(diǎn)大量流失，從而影響周圍土體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，嚴(yán)重影響周圍建筑物或構(gòu)筑物的安全性。

3 五軸攪拌樁施工的優(yōu)勢及前期準(zhǔn)備

3.1 五軸攪拌樁施工的優(yōu)勢

根據(jù)該項(xiàng)目周邊場地的調(diào)查和地質(zhì)勘查報(bào)告、三軸攪拌樁的應(yīng)用情況，在施工過程中項(xiàng)目部一致決定使用五軸攪拌樁代替三軸攪拌樁，從而降低土方開挖過程中基坑的滲水率。根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，在施工過程中使用五軸攪拌樁代替三軸攪拌樁具有減少攪拌樁的搭接數(shù)量的優(yōu)勢，使用五軸攪拌樁比三軸攪拌樁搭接數(shù)量減少50%

3.2 五軸攪拌樁施工前準(zhǔn)備

1)地質(zhì)勘探。

由于該工程前期已經(jīng)進(jìn)行了地質(zhì)勘查，但地質(zhì)勘查后該項(xiàng)目周圍人防工程才開始進(jìn)行施工，且局部地下工程已經(jīng)回填施工，為探明目前的地質(zhì)情況，項(xiàng)目部決定使用鉆桿勘探的方法對(duì)場地進(jìn)行密集探測，充分調(diào)查了解目前的地下土層地質(zhì)情況，確保正常、穩(wěn)定的施工。

2)試樁施工。

為確保施工質(zhì)量，施工前項(xiàng)目部決定使用五軸攪拌樁進(jìn)行試樁施工，從而對(duì)勘探結(jié)果、施工工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化、調(diào)整。根據(jù)試樁施工，得到五軸攪拌樁在該土體內(nèi)進(jìn)行施工的參數(shù)為：鉆進(jìn)速度控制在1 m/min，提升攪拌速度控制在1.5 m/min，樁內(nèi)水灰比控制在1.5左右，水泥的總摻量控制在22%左右。

根據(jù)五軸攪拌樁的試樁施工效果和第三方檢測結(jié)構(gòu)對(duì)樁的測試結(jié)果得到：試樁的施工效果和施工質(zhì)量滿足相關(guān)規(guī)范要求，可在本項(xiàng)目中使用五軸攪拌樁替代三軸攪拌樁進(jìn)行大面積施工。

4 五軸攪拌樁施工工藝及流程

本工程確定使用五軸攪拌樁進(jìn)行施工后，配備的鉆機(jī)為KY85-5B型鉆機(jī)，樁架為30 m高的樁架，一次鉆進(jìn)成型。五軸攪拌樁施工同三軸攪拌樁施工對(duì)設(shè)備的需求不同，相比三軸攪拌樁施工，五軸攪拌樁需增加2根鉆桿，每臺(tái)鉆機(jī)分別配備3臺(tái)BW-250型壓漿泵進(jìn)行施工，連接方式如圖1所示。

使用五軸攪拌樁法進(jìn)行施工時(shí)，具體的施工流程如下。

4.1 場地清理及放線施工

在進(jìn)行施工時(shí)，施工單位應(yīng)首先對(duì)場地進(jìn)行平整，將地表上的硬物及地表下的其他障礙物進(jìn)行清除。五軸攪拌樁施工機(jī)械進(jìn)場前，應(yīng)對(duì)施工機(jī)械下方的地基進(jìn)行加固處理，確保施工機(jī)械下方的地基和施工機(jī)械移動(dòng)范圍內(nèi)的地基具備足夠的承載力及穩(wěn)定性，從而間接提高鉆機(jī)的打孔的垂直度。

施工時(shí)，施工單位應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)五軸攪拌樁的施工寬度進(jìn)行放線，并依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙繪制鉆機(jī)布置圖，將鉆機(jī)的具體位置和攪拌樁的具體位置標(biāo)注于簡圖中，上述工作完成后由監(jiān)理單位審核通過方可進(jìn)行下一步施工。

4.2 開挖導(dǎo)溝施工

開挖導(dǎo)溝前，應(yīng)使用走道板或鐵板鋪設(shè)施工專用道路，鋪設(shè)的施工專用道路應(yīng)平整、平穩(wěn)、剛度大、整體性好。鋪設(shè)好施工專用道路后，使用挖機(jī)開挖導(dǎo)溝，導(dǎo)溝的溝槽走向應(yīng)平行于基坑的外邊緣。開挖的導(dǎo)溝寬度和深度宜為1.2 m，當(dāng)開挖過程中遇到地下障礙物時(shí)，應(yīng)立即對(duì)障礙物進(jìn)行清除。

4.3 樁位控制施工

導(dǎo)溝施工完成后，為確保實(shí)際樁位滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)首先在放線的基坑位置布置控制樁，控制樁位于基坑四角，根據(jù)四角的樁位布置控制線。大面積鉆孔施工時(shí)，鉆孔機(jī)操作員和現(xiàn)場施工技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)控制線嚴(yán)格控制鉆機(jī)的移動(dòng)，確保鉆機(jī)的軸心位于樁位放線的位置中心。除此之外，鉆機(jī)的下鉆深度和下鉆速度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。施工時(shí)，還應(yīng)充分利用鉆桿和樁架的錯(cuò)位關(guān)系，在鉆桿上標(biāo)注鉆進(jìn)深度的標(biāo)尺線，實(shí)時(shí)記錄鉆進(jìn)深度。

鉆機(jī)移位時(shí)，現(xiàn)場施工技術(shù)人員應(yīng)時(shí)刻關(guān)注鉆機(jī)四周的專用道路路面情況，并檢查四周是否存在障礙物，避免影響鉆機(jī)移動(dòng)的方向。鉆機(jī)就位后，對(duì)鉆機(jī)的定位進(jìn)行再次檢查，若存在相應(yīng)偏差，應(yīng)立即進(jìn)行糾正處理。

4.4 樁垂直度控制

鉆機(jī)就位后，應(yīng)對(duì)鉆桿的穩(wěn)定性及鉆機(jī)四角的高差進(jìn)行檢查，避免因鉆機(jī)的重量分布不均勻或土體地基承載力不均勻而導(dǎo)致鉆機(jī)失穩(wěn)偏移。若因土體地基承載力不足而導(dǎo)致鉆機(jī)豎向偏移，應(yīng)對(duì)土體地基進(jìn)行相應(yīng)的加固處理，如使用局部換填、鋪設(shè)石子道渣等，之后進(jìn)行路面硬化的方式提高路基的承載力，確保鉆機(jī)在移動(dòng)和施工的部位處于平穩(wěn)、穩(wěn)定的狀態(tài)。

上述工作就緒后，在鉆機(jī)鉆桿的兩個(gè)垂直方位布置兩臺(tái)經(jīng)緯儀測試鉆桿的垂直度，若垂直度不滿足規(guī)范要求，則應(yīng)通過調(diào)節(jié)鉆機(jī)兩側(cè)的撐桿進(jìn)行調(diào)直，調(diào)直完成后再使用經(jīng)緯儀進(jìn)行復(fù)核，滿足要求后方可進(jìn)行鉆孔施工。

4.5 攪拌和注漿施工

攪拌水泥漿時(shí)使用專業(yè)的自動(dòng)拌漿系統(tǒng)制備水泥漿，水泥漿的配合比按照設(shè)計(jì)要求和規(guī)范要求進(jìn)行配制。鉆機(jī)在鉆孔過程中，鉆機(jī)的鉆進(jìn)速度和提升速度應(yīng)保持勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，直至鉆進(jìn)設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高。注漿施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)注漿泵的水泥漿流量對(duì)鉆機(jī)的下鉆速度和提升速度進(jìn)行校核，確保五軸攪拌樁的施工質(zhì)量。注漿施工時(shí)使用高壓氣泵噴氣使底部水泥土受氣壓翻轉(zhuǎn)拌合，并進(jìn)行重復(fù)攪拌注漿，保證五軸攪拌樁樁身的密實(shí)性和均勻性。

4.6 清槽施工

注漿完成后，使用挖掘機(jī)將溝槽內(nèi)多余的水泥土清除，并對(duì)超挖的部分使用回填土進(jìn)行置換，確保溝槽內(nèi)清潔、整齊。水泥土在注漿完成后18 h開始逐漸硬化，為降低機(jī)械施工對(duì)五軸攪拌樁產(chǎn)生擾動(dòng)，施工單位應(yīng)在注漿完成后3 d內(nèi)將溝槽清理干凈。

5 本項(xiàng)目的施工成效

本項(xiàng)目使用五軸攪拌樁施工完成后，側(cè)面土體止水帷幕滲漏率大大降低，據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)得到本項(xiàng)目的五軸攪拌樁搭接位置共222處，在基坑開挖過程中側(cè)面土體發(fā)生滲漏的位置共4處，在對(duì)地下工程進(jìn)行回筑施工時(shí)發(fā)生滲漏的位置共3處，相對(duì)于傳統(tǒng)的三軸攪拌樁，產(chǎn)生的滲漏率大大降低；一定程度上減小了止水帷幕施工的工期，提高了施工速率，節(jié)約了施工成本；使用五軸攪拌樁施工時(shí)，所使用的鉆機(jī)數(shù)量遠(yuǎn)低于三軸攪拌樁，并且單臺(tái)鉆機(jī)的施工速率大于三軸攪拌樁機(jī)，在相同的工程量前提下，五軸攪拌樁施工方法可充分利用施工場地，便于施工現(xiàn)場五軸攪拌樁機(jī)的布置，更易于現(xiàn)場施工管理。

6 結(jié)語

本文通過某工程使用五軸攪拌樁法進(jìn)行施工，得到使用五軸攪拌樁法可有效降低基坑周圍土體的滲漏率、提高施工速率、降低施工成本、便于施工現(xiàn)場的管理。因此在以后類似項(xiàng)目中，施工單位應(yīng)根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告、設(shè)計(jì)圖紙及施工單位后期的鉆桿勘探結(jié)果綜合考慮選用合適的止水帷幕，最大程度的確保施工質(zhì)量，避免因止水帷幕的自身缺陷而影響基坑周圍建筑物或構(gòu)筑物的安全。

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