三軸攪拌樁在礫砂地層中的關(guān)鍵施工技術(shù)

敖小平 李 明 孫 渤

(江西省地質(zhì)工程(集團(tuán))公司，江西 南昌 330030)

0 引言

隨著技術(shù)與設(shè)備不斷創(chuàng)新，建筑行業(yè)的地下空間不斷擴(kuò)大開發(fā)，從而對基坑圍護(hù)體系的技術(shù)要求也越來越高。三軸攪拌樁具有施工周期短、工程造價低、適應(yīng)土層廣、抗?jié)B性能好等優(yōu)點，在圍護(hù)體系中三軸攪拌樁作為止水帷幕也得到廣泛應(yīng)用，然而在松散易塌礫砂地層進(jìn)行三軸攪拌樁施工易出現(xiàn)卡鉆、埋鉆情況，嚴(yán)重影響施工質(zhì)量及工期，通過江西某商業(yè)城項目基坑圍護(hù)的施工，經(jīng)優(yōu)化施工，控制關(guān)鍵施工技術(shù)，確保了施工質(zhì)量及工期。

1 工程概況

1.1 項目概況

江西某商業(yè)城項目位于南昌市，該項目基坑地下室設(shè)計為三層，基坑開挖深度為14.2 m～17.2 m，根據(jù)場地周邊情況及開挖深度采用不同支護(hù)方式，該工程一部分支護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁止水+2道鋼筋混凝土支撐，一部分采用鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁止水+3道～4道錨索?；咏邓捎蒙罹芙邓?。其中三軸攪拌樁：樁徑850 mm，樁長20 m～21.7 m，進(jìn)入強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖50 cm，水泥摻量為25%，水泥強度為P.O42.5。

1.2 場地工程地質(zhì)條件

根據(jù)地勘報告本工程地層自上而下為：第①-1層雜填土、第①-2層素填土、第②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、第③層粉質(zhì)黏土、第④層中砂、第⑤層圓礫、第⑥層礫砂、第⑦層圓礫、第⑧層強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，各層特性如下：

第⑧層(E)強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖：強風(fēng)化，呈餅～碎塊狀，手可折斷，遇水易軟化、崩解。場地內(nèi)鉆孔均有分布，層頂標(biāo)高1.15 m～4.63 m。

2 機械設(shè)備選擇

根據(jù)地質(zhì)報告，地層極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值范圍為25 kPa～160 kPa，如表1所示。

表1 各土層承載力特征值fak及物理力學(xué)指標(biāo)值

三軸攪拌樁樁長為21 m左右，最大摩阻力為圓礫層的160 kPa，圓礫層平均厚度為6 m，則最大扭矩為T=160 kPa×6 m=960 kN/m，根據(jù)扭矩與電機輸出功率的關(guān)系，則有：

T=9 550P/n

(1)

其中，T為扭矩，kg·m；P為輸出功率，kW;n為電機轉(zhuǎn)速。

可以得到電機輸出功率P=T×N/9 550=960×900/9 550=90.5 kW，普通的55 kW電動機無法滿足施工要求，所以三軸攪拌樁動力頭采用功率為98 kW雙電動機進(jìn)行施工。

3 施工質(zhì)量控制措施

3.1 三軸攪拌樁施工流程

φ850三軸水泥土攪拌樁圍護(hù)止水帷幕施工順序為隔樁施工然后中間套鉆形成搭接，即1-3-2-5-4的施工順序，詳細(xì)見圖1，從而形成水泥土連續(xù)墻，以達(dá)到止水的作用。

3.2 施工過程質(zhì)量控制

3.2.1測量放線

根據(jù)設(shè)計圖紙采用全站儀或經(jīng)緯儀進(jìn)行測量放線，其準(zhǔn)確性直接影響到三軸攪拌樁與鉆孔灌注樁之間的組合體系，以免三軸攪拌樁遠(yuǎn)離鉆孔灌注樁而單獨受力被破壞止水效果。

3.2.2開溝槽

根據(jù)測量放線開挖溝槽，槽寬約1.2 m，溝槽深度約1.5 m。探明表層地下障礙物等不良地質(zhì)，對于淤泥等不良地層可以采用提高水泥摻量3%進(jìn)行處理，對于地下障礙物必須采用挖掘機或鎬頭機清理干凈并回填壓實，確保三軸攪拌樁攪拌順利施工。

3.2.3樁標(biāo)號及樁機就位

根據(jù)設(shè)計圖紙對三軸攪拌樁進(jìn)行編號并在溝槽中埋設(shè)定位樁，根據(jù)定位樁在溝槽的兩側(cè)引出輔助樁及輔助線。若在施工過程中被破壞及時進(jìn)行測量復(fù)核進(jìn)行糾正。樁機就位偏差不大于2 cm。鋪設(shè)鋼板調(diào)直并確保樁機垂直度符合設(shè)計要求，樁機垂直度直接影響三軸攪拌樁幅與幅之間全樁長的有效搭接，以免幅與幅之間開叉而漏水。

3.2.4噴漿、攪拌成樁

制備水泥漿：三軸水泥土攪拌樁水泥摻量為25%。水泥均采用P.O42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥漿液的水灰比為1.5～2.0，采用攪拌系統(tǒng)自帶自動計量系統(tǒng)操作。

在施工過程中，后臺應(yīng)加強對水泥用量和水灰比的控制并與施工前臺保持及時聯(lián)系，根據(jù)下沉攪拌情況及時調(diào)整泵送壓力，不出現(xiàn)前后不協(xié)調(diào)而造成樁身的強度和均勻性的質(zhì)量問題。

由于鉆桿下沉和提升采取的是不同的速度，根據(jù)不同地層采取不同提升速度，讓注入的水泥漿液攪拌均勻，并在初凝前確保充分?jǐn)嚢?，以確保攪拌樁樁體均勻及強度滿足設(shè)計要求。

三軸攪拌樁施工采用一噴一攪的攪拌工藝，鉆桿下沉及提升時均為噴漿攪拌，三軸攪拌樁機的鉆桿在下沉和提升過程中，鉆桿下沉速度為0.5 m/min～1.0 m/min，提升速度為1.0 m/min～2.0 m/min，每根樁根據(jù)不同地層摩擦力不同按不同速度應(yīng)勻速下沉和勻速提升。攪拌提升時過快且轉(zhuǎn)速過慢易使孔內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓而造成周邊土體過大擾動出現(xiàn)坍塌；確保攪拌次數(shù)或攪拌時間使水泥土攪拌樁成樁質(zhì)量滿足設(shè)計及施工要求。

做好施工原始記錄，包括壓漿泵的流量、水泥漿比重、漿液配合比，并參照理論數(shù)據(jù)對實際數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對比，確保樁體的成樁質(zhì)量。

3.3 施工關(guān)鍵技術(shù)

1)水泥漿的配制：根據(jù)本工程地層情況，地層滲透系數(shù)較大，通過試驗，開始時施工配制水灰比為1.0，施工20根樁后改為1.5～2.0之間，既可以防止水泥漿滲漏影響樁質(zhì)量，又可以減少地層阻力順利攪拌成樁。

3)在鉆桿攪拌過程中，如遇到停電等特殊情況導(dǎo)致施工中斷時，若處于砂層以下則及時啟用備用電源把鉆桿提升到地面以免出現(xiàn)埋鉆情況，待中斷檢修排除故障后應(yīng)將鉆頭鉆桿下降至中斷時停漿點以下0.5 m～1.0 m處，并在恢復(fù)供漿后再噴漿攪拌，以防止出現(xiàn)不連續(xù)墻體；如果故障處理時間比較長，那對儲存池的水泥漿進(jìn)行檢測是否符合設(shè)計要求，不符合的作為廢漿處理，并拆卸輸漿管路，進(jìn)行全管路清洗，以免堵管影響后期施工。

4)在鉆頭下沉過程中由于礫石含量多易出現(xiàn)管道被礫砂等物堵塞，后臺根據(jù)泵送壓力變化情況是否堵塞，若堵塞則應(yīng)立即停泵處理，先把鉆桿向上提升0.5 m，然后高壓泵水泥漿(控制在20 MPa左右)和高壓空氣(控制在0.6 MPa左右)進(jìn)行排除管道堵塞現(xiàn)象，若依然不能解決則在鉆頭提升到地面進(jìn)行清除處理，處理完畢后把鉆桿放置中斷處以上1.0 m時才能繼續(xù)注漿，等待注漿10 s后恢復(fù)正常施工。

4 結(jié)語

通過對地層密實程度、顆粒大小及強度等參數(shù)分析，選擇合適的動力電機和改變鉆頭結(jié)構(gòu)形式，優(yōu)化施工參數(shù)等關(guān)鍵技術(shù)控制，解決三軸攪拌樁在礫砂地層摩阻力大、礫砂坍塌埋鉆的技術(shù)難題，該項目基坑開挖過程中，基坑圍護(hù)止水效果到達(dá)預(yù)期，經(jīng)專業(yè)監(jiān)測單位對基坑地下水位、位移等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，其圍護(hù)體系符合設(shè)計及施工要求。