軟土基坑中攪拌樁與旋噴樁圍護的施工工藝

上海浦東新區建設（集團）有限公司 上海 200136

1 工法概述

在軟土地區，旋噴樁用于基坑側壁支護或止水帷幕，因具有設備振動小、噪聲小、對鄰近建筑物影響小等施工優點而被廣泛采用。但旋噴樁屬于柔性支護體系，在地質條件較復雜、水位高、基坑開挖深度較深的條件下，旋噴樁的使用便受限制。做到具有一定剛度并具抗滲功能，即是勁性水泥土攪拌樁法，日本稱為SMW工法。該工法將攪拌樁（旋噴樁）和型鋼結合起來，使之同時具有擋土和防滲兩種功能，巧妙地解決了因施工場地限制而給基坑支護工作帶來的困難[2]。關于攪拌樁支護結構的設計、施工及質量控制[1,3,4]和旋噴樁的施工技術參數、質量控制[1,5]，已有文獻作詳細介紹，以下進行工程實例介紹。

2 工程實例

2.1 張家浜人才公寓1 期2 標地下室工程

2.1.1 基坑圍護方案及施工。

該工程基坑開挖深度為4.9 m，所處的地質條件較差，為含水量較高、壓縮模量偏低的淤泥質黏土，且局部有明、暗浜分布（圖1、表1）。

基坑的內力變形、墻體強度抗傾、整體穩定性經驗算滿足要求；設計計算已有文獻介紹[1,6]。該工程基坑周邊無大型建筑物及管線，但壩體圍護緊靠號房，攪拌樁圍護墻體的施工質量的好壞關系到號房樁基和基礎的施工，一旦發生墻體坍塌或水土流失，產生的剪力將擾動并破壞號房樁基礎。

表1 工程地質參數表

圖1 基坑地質剖面（箭頭線為水位）

攪拌樁采用2Φ700 mm@1 000 mm雙軸水泥土攪拌樁，水泥摻量13%，明、暗浜處水泥摻量增加到16%，水泥采用P.O 42.5水泥；擋墻頂部設置厚20 cm鋼筋混凝土壓頂，內配Φ8 mm@200 mm×200 mm鋼筋網片，攪拌樁前后排插入Φ48 mm×3.0 mm焊管，頂部與壓頂相連，進行加強。在攪拌樁取芯合格后基坑分區域對稱出土，土方分3 層土開挖，層厚分別為1.5 m、2 m、1.5 m。土方由施工區域不同方向3 個出口放射性外運，避免圍護墻體擾動。

2.1.2 基坑圍護存在的問題及處理

攪拌樁止水帷幕和基坑支護的效果比較理想，在主體施工階段由于天降暴雨，造成局部小面積滲漏坍塌。

對以上部位做水泥土的取樣送檢，實測土體側壓力在0.8 MPa以上，符合要求。由于圍護設計和主體設計協調原因，圍護邊線曾做過局部調整對施工造成影響。在現場踏勘中發現部分圍護墻體壓頂噴射混凝土有裂紋，泥水的沖刷使其局部滲水并導致內側淤泥質粉黏土層在帷幕滲水較嚴重部位涌出、坍塌，壓頂下形成空洞。內側失去土壓力，攪拌樁受外側土壓力作用傾斜。因此在基坑內側加設預應力錨桿和掛網噴面，采用此方案后基本控制裂縫的發展。

2.2 張家浜楔形綠地3 期2 標人防地下停車庫工程

2.2.1 基坑圍護方案及施工

基坑呈規則矩形。基坑開挖深度4.7 m。土層較軟，有溝浜分布。土質自上而下為填土，層厚0.9 m；粉質黏土，層厚1.4 m；淤泥質粉質黏土，層厚10 m；淤泥質黏土，層厚10～15 m。基坑底板位于淤泥質粉質黏土層中，水位為地表以下－1 m。采用攪拌樁止水帷幕兼做基坑圍護。攪拌樁為3 排樁，車庫出入口部位局部采用1∶1.07的放坡開挖。攪拌樁長度9 m，內邊坡掛網噴面。基坑采用輕型井點降水，沿四周布置。為達到降水效果，基坑中央加設4 排井點，水位降到坑底0.5 m以下后，采用大面積分層分塊開挖。

2.2.2 方案實施效果

基坑開挖期間實施全程監控，各項數據未發現異常；在巡視過程中基坑側壁、基坑坑底保持干燥，未發現滲漏和位移坍方。但在開挖后期進入雨季，在連續2 d臺風暴雨過后南側車庫轉角處止水帷幕出現局部坍方。分析原因主要是攪拌樁形成的止水帷幕相當于無筋柔性體系，基坑開挖前期干燥酷暑，圍護水泥墻體暴露于空氣中而導致墻體收縮，且該部分為局部轉角處。經驗算，坑外主動土壓力為最大，但理論上仍能保持受力平衡，暴雨的忽然侵襲形成水土合力，大大增加坑外主動土壓力，超出了理論極限值的平衡，在各種綜合因素作用下形成坍方。另外，由于基坑外道路排水設施不暢，導致路面上的雨水進入開挖基坑內，而坑內的明排水在特大暴雨的沖刷下未能及時疏導，削弱坑內被動區域的土壓平衡，同時削弱攪拌樁腳趾的抗剪強度，坑外水土從薄弱處開始滲入，開始為清流，隨著臺風暴雨加劇，清水變渾，造成滲漏坍方。

根據現場實際，果斷采用放坡，基坑內側填筑沙袋、黏土夯實。放坡達到設計要求，加設錨桿，重新掛網噴面。基坑各項安全數據經監測趨于穩定。

2.3 上海軌交2 號線唐鎮東站4#出入口工程

2.3.1 基坑圍護方案及施工

基坑呈L形，基坑開挖深度8.9 m。采用旋噴樁SMW工法基坑圍護工藝。由于先期車站主體結構已經完成，在出入口和車站主體結合部兩側SMW圍護外側加設2 排旋噴樁呈三角形止水帷幕。土層自上而下分別為填土，層厚0.8～1.0 m；粉質黏土，層厚2 m；淤泥質粉質黏土，層厚8～12 m；淤泥質黏土，層厚10～15 m，水位－0.8 m，共設Φ609 mm×16 mm鋼管支撐3 道，L形轉角處設斜撐。采用真空泵降水。在開槽布設第一道支撐并施加預應力后進行土體分層開挖。

2.3.2 方案評價

SMW工法圍護支護和止水效果良好，本實例在基坑開挖時，坑底始終是干燥的，擋墻是穩定的，這說明了圍護墻體的隔水性能良好，可允許坑內外存在水位差。整個支護結構的設計和施工是成功的；基坑的各項監測數據也給予了證明。東側新老圍護墻體結合部出現少量滲漏，考慮到主體車站已經運行，為確保主體結構安全，采用引流管加外側旋噴補樁后，基坑未再出現滲漏水情況。

3 問題探討

（a）和地下連續墻、鉆孔灌注樁等剛性圍護體系相比，攪拌樁、旋噴樁圍護墻體更為輕便，噪聲小，造價也低，具有無可比擬的優點。圍護墻體屬于柔性圍護，水泥土體的和易性在水的浸泡下強度將大大降低，因此排水措施一定要完備，包括基坑內外的明排水、排水溝擋水墻的合理設置。在雨季基坑開挖過程中，需考慮圍護墻趾的加固措施，如加掛鋼絲網、噴漿等措施。基坑開挖要做到限時限量[1]，并及時墊層封底。

（b）攪拌樁、旋噴樁圍護墻體屬于柔性圍護體系，圍護形式的確定具有一定局限性，基坑的規模、深度影響到圍護方式的選擇，此外水文地質也是影響到設計和施工成敗的關鍵因素。根據文獻[7]，支護結構設計時要考慮滲流對支護結構的安全使用有負面影響，因此地質勘察報告應提供得盡可能詳盡，應充分考慮到明、暗浜及流沙、滲流等不利因素的影響，在設計和施工兩方面制定針對性的技術措施。

（c）正因為攪拌樁、旋噴樁圍護墻體屬于柔性圍護體系，水泥土在長期暴露的情況下，在日光和雨水沖洗下其和易性和抗剪力都會受影響，通過以上實例的介紹分析，圍護墻體特別是墻趾處是滲漏坍塌的薄弱環節，因此提前做好加固措施的預案是必要的。

（d）應用攪拌樁和旋噴樁做止水帷幕，設計時應充分考慮到理論數據和現場的差異性，并考慮防裂的問題，一旦開裂、滲漏，基坑內的砂質土會迅速坍塌，甚至影響到基坑安全；施工過程中也應做好信息反饋，發現與設計勘查不一致的地質情況，應及時和以上部門及時溝通聯系，確定最佳變更方案。

（e）對基坑支護結構進行設計和變形預估時應留一定余量，對土層和支護結構本身所作的本構模型、計算假定，以及參數選定等，與實際狀況相比存在一定的近似性和相對誤差，而且由于基坑支護項目的特殊性，每個基坑的變形和位移各不相同，目前尚缺少一個簡單的判定標準[8-10]。具體到施工過程中，除了嚴格按照施工規范和設計要求之外，還要做到精心組織，根據不同的地質情況調整施工參數，達到事前、事中控制。

（f）基坑工程是一個系統和動態的過程，除了圍護結構之外，基坑的降水、坑外的明排水措施、土方開挖段和分層的合理布置、監測等環環相扣，直接關系到基坑工程的成敗。此外，基坑開挖和施工過程中，支護結構的受力處于動態變化過程，地面荷載突變、超深超長開挖、氣象水文變化等隨機因素的發生，使得結構荷載作用時間和影響范圍難以預料，需要現場各道工序銜接合理、科學。

（g）在攪拌樁和旋噴樁圍護工法的創新應用中，采用鋼管代替型鋼，并結合放坡，形成壩體式圍護體系，充分利用水泥土對鋼管的包裹作用達到提高鋼管的剛度，可以減少位移的作用。此外，水泥土還起到套箍的作用，達到固定鋼管的作用。水泥土攪拌樁對鋼管變形的適應性較好，在軟土基坑圍護中可優先采用。

（h）近年來，在上海中心等一些特大基坑基礎中采用圓筒圍護；文獻表明，圍護采用旋噴樁和攪拌樁也可充分利用圓筒“拱效應”，效果極佳[11]。在一些重大基坑工程，采用鉆孔灌注樁和旋噴樁和攪拌樁結合，做到剛柔相濟，取得了良好的技術經濟效益。

4 結語

旋噴樁和攪拌樁用于軟土基坑側壁圍護和止水帷幕，具有較好的技術經濟優越性，隨著SMW工法施工機械的發展和新的工法如TMW工法、TRD工法的產生，旋噴樁、攪拌樁在基坑施工中的應用前景將更為廣泛。