三軸深攪樁在止水帷幕施工中的應用

摘要： 本文著重對三軸深攪樁在明挖隧道止水帷幕中的施工過程及質量控制進行了闡述。

關鍵詞： 三軸深攪樁 止水帷幕 質量控制

1.前言

南京城市快速內環東線二期工程主體結構為明挖暗埋法隧道，基坑支護的止水帷幕采用三軸深攪樁。止水帷幕的施工質量直接關系到基坑安全及周邊環境（道路、建筑物等）的安全，因基坑滲漏而造成周邊道路沉陷或建筑物不均勻沉降的事件時有發生。在“看不見、摸不著”的情況下如何控制三軸深攪樁施工質量，確保基坑及周邊環境的安全，是施工過程中質量控制的重點工作

2.三軸深攪樁的特性

深層攪拌法是利用水泥作為固化劑，通過特別的深層攪拌機械，在地基深處就地將軟土和水泥（漿液或粉體）強制攪拌，水泥和軟土產生一系列物理、化學反應，使軟土硬結改性。改性后的軟土強度大大高于天然強度，其壓縮性、滲水性比天然軟土大大降低。

2.1加固機理

軟土與水泥采用機械攪拌加固的基本原理，是基于水泥加固土的物理化學反應過程，減少了軟土中的含水率，增加了顆粒之間的粘結力，增加了水泥土的強度和足夠的水穩定性。在水泥加固土中，由于水泥的摻量較小，一般占被加固土重的10—20%，水泥的水化反應完全是在具有一定活性的介質——土的圍繞下進行，所以硬化速度較慢且作用復雜。

2.2水泥土的主要特性

水泥土的容重與天然土的容重相近，但水泥土的比重比天然土的比重稍大；水泥土的無側限抗壓強度一般為300—400kPa，比天然軟土大幾十倍至百倍；不同水泥摻入比的水泥土，當摻入與水泥等量的粉煤灰后，強度均比不摻粉煤灰的提高10%，因此采用深層攪拌法加固軟土時摻入粉煤灰，不僅可消耗工業廢料，還可提高水泥土的強度。

3.施工工序

3.1設備定位

軸線偏差可采用虛擬軸線法控制，即事先在機身旁用鋼筋焊一樣架，此樣架距三軸深攪樁中心軸線1.5米，然后在距三軸深攪樁1.5米處平行于軸線拉一道線，移機時樣架始終對準此線，即可保證準確定位。同時，樁機上平行軸心線安裝樁機校核裝置，通過核準輔助線準確核準樁位。樁機移位時保證樁機軸心線與三軸深攪樁軸線重合，可確保樁位準確。為了保證設備定位的垂直度，在樁機塔架上安裝一吊錘，并設有一連通管裝置，標畫有樁機傾斜刻度線，開機前通過液壓系統調平機身，下沉及提升過程中根據吊錘指示裝置和連通管液面刻度變化來控制樁機垂直度，使之小于設計要求的允許偏差。

3.2制漿

按設計要求選用水泥。水泥必須有質保書和檢驗報告單，進場后還要按規定取樣送檢。拌制漿液前，應先在灰漿拌制機內注入一部分清水，然后邊攪拌邊倒入水泥，水量應按水灰比定量施加。

3.3攪拌和注漿

樁機準確定位后，啟動電機，放松起重機或樁架的鋼絲繩，攪拌機即開始切土攪拌下沉，下沉攪拌速度一般不大于2.0m/min。因土體中過多的含水量對水泥漿有稀釋作用，預攪下沉時一般不使用水，以免對樁體強度產生不利影響。當攪拌頭進入砂性土層時，下沉速度可能小于0.1m/min，可從輸漿系統補給少量清水以利鉆進。

當攪拌頭下沉至一定深度以后，即開始制水泥漿，下沉至設計樁底標高時，開啟灰漿泵，使水泥漿自動連續噴入地層中，開始噴漿30—60s不提升，并使攪拌頭在樁底1m范圍內上下活動一次，確保底部加固，然后邊噴漿邊提升攪拌頭。提升速度應根據地層情況及水泥漿比級參數確定（一般控制在0.5—0.6m/min左右）。提升過程中，不斷噴入新漿，提升至設計樁頂高程0.5米以上，停止提升，繼續攪拌數秒，使漿液完全到達樁頂。然后樁機向前平移既定距離，重復以上施工工序。

3.4樁間搭接

樁間搭接是三軸深攪樁施工質量控制的一個十分重要的環節，搭接部位的防滲性能直接影響止水帷幕的防滲性能，所以必須高度重視。樁間搭接質量主要通過深攪機移位控制。施工中應嚴格控制每次移位距離，確保樁與樁之間的搭接厚度滿足設計要求。

4.斷樁處理

施工過程中若發生噴漿中斷，應將噴漿管下沉至停漿點以下0.5m，等恢復供漿時再施噴提升。因停電或機械故障而中斷施工時間過長造成斷樁時，可采取補強灌漿或補樁的方法處理。補強灌漿每樁布置1—2個灌漿孔，灌漿壓力0.05Mpa，補樁采用三頭樁機施工、兩次成墻施工工藝，一根斷樁補加施工兩根樁，橫向與原樁相切8—10cm。也可以先用鉆機鉆孔，然后用單管高噴接樁50cm，再用深層攪拌機從原中斷位置攪拌。

5.質量檢驗

5.1施工過程中的檢查

在施工中，每根樁都要有一份完整的質量檢驗單，必須由施工人員和監理人員簽名后作為施工資料。質量檢驗主要有以下八個單項：

5.1.1樁位。

設計要求定位偏差不超過5cm。施工前在樁中心插樁位標，施工后將樁位標復原，以便驗收。

5.1.2樁頂、樁底高程。

樁頂、樁底高程均不低于設計值。樁底一般應超深10—20cm，樁頂應超高10—50cm。

5.1.3樁身垂直度。

施工時用水平尺或其他方法檢查導向架和攪拌軸的垂直度，間接測定樁垂直度。樁身垂直度要求在0.5%，要嚴格控制。

5.1.4樁身水泥摻量。

一是按設計要求檢查每根樁的水泥用量，二是總用量控制，三是可分別對包裝水泥和散裝水泥進場計量。監理人員不能簡單地看記錄表的水泥用量，應旁站現場抽查實際耗用水泥量。

5.1.5水泥標號。

對進場每批次的水泥要檢查標號、質保書、試驗單、出廠日期，有沒有過期、結塊等，發現不合格水泥立即清退出場。施工單位應在監理見證員的監督下按規定取樣送檢。

5.1.6攪拌頭上提噴漿的速度。

提升速度控制在0.5—0.6m/min左右。

5.1.7漿液水灰比。

一種水泥在一定的水灰比下的密度是一定的，施工人員應利用測量水泥漿的密度比重而控制水灰比，監理人員要不定時進行抽查，發現問題及時調整，確保達到設計水灰比要求，

5.1.8水泥漿液攪拌均勻性。

應注意貯漿桶內漿液輸送的均勻性和連續性，噴漿攪拌時不允許出現輸漿液管堵塞和爆裂現象。根據施工經驗可在輸漿管前設簡易過濾網。

5.2單項工程完工后的檢查

水泥土攪拌樁竣工后按不同工程內容，根據設計要求，可采取下列方法進行質量

檢查。

5.2.1標準貫入試驗。

這種方法可以檢查不同樁體的強度變化和樁體的均勻性。

5.2.2靜力觸探試驗。

這種方法可以測試錐尖阻力、側壁摩阻力、孔隙水壓力、傾斜度等。

5.2.3取芯檢驗（本工程采用此法）。

這種方法可以很直觀地檢驗樁體強度和攪拌的均勻性。

5.3基坑開挖后的質量檢驗

對作為側向圍護和隔水帷幕的水泥攪拌樁，開挖時是對施工質量的直觀檢驗。主要檢驗項目有墻面滲漏水現象、樁體水平位移量、坑底滲漏情況、坑底隆起情況。

6.有待解決的問題

在施工過程中常常會出現三軸深攪機電腦噴漿記錄儀反映的每米噴漿量不一致的情況，由于地層的軟硬程度、空隙率不同，在所有施工參數都相同的情況下，每米注漿量差異很大，有的誤差甚至超過20%。往往存在著單元墻體的水泥摻入比滿足設計要求，但墻體某段的水泥摻入比卻達不到設計要求，形成了墻體抗滲性能的薄弱部位。在實際工程中，地基多數具有由幾種土質組合而成的多元結構，由單一土質構成的地基條件很少，理論上對不同的土層應選擇不同的施工參數，而實際施工時，由于單元墻體的成墻時間很短，而且是攪拌下沉或攪拌提升和噴漿是一氣呵成，使用不同施工參數進行施工難以實現。施工參數選擇和施工過程控制如何適應地層的問題有待進一步研究解決。其次，目前攪拌樁防滲墻的檢測手段還不成熟，特別是單元墻體間的搭接質量還沒有過硬的檢測方法，搭接處是否存在開叉現象也無法探明。

7.結語

在三軸深攪樁施工過程中應對工程地質勘探資料、地質剖面圖如滲透參數、軟土地層顆粒級配、土壤標準貫入度試驗值、地下水位等有一定的了解，通過分析確定最薄弱的土層。在圍護工程施工過程中，應對止水帷幕施工狀況作書面詳細記錄，除在施工過程中隨時消除異常情況外，可對預計止水帷幕薄弱或軟弱地層進行預注漿，以增強止水效果，減少漏水概率。一旦發生側壁土層漏水，必須根據出水點位置、標高、所處土層土質、出水量大小確定堵漏方案。對地下水源較豐沛的地區，在止水帷幕設計時當條件允許時應避免止水帷幕與圍護結構（如鉆孔灌注樁）之間留有間隙，防止當發生止水帷幕局部失效時，在此間隙中形成漏水環形通道，從而導致漏水源點查找困難和漏水范圍的擴大。

參考文獻：

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