大截面攪拌樁在港珠澳大橋香港口岸人工島施工中的應(yīng)用

上海市住宅建設(shè)機施有限公司 上海 200232

1 項目概況

港珠澳大橋香港口岸人工島攪拌樁地基處理項目位于香港國際機場東側(cè)航空通道下方區(qū)域，在人工島堆載區(qū)域內(nèi)部設(shè)置塑料排水板，采用分層堆載壓實，對原軟弱土體進行固結(jié)，共分4 層堆填至+11.5 m，每層的堆載固結(jié)時間一般為6 個月。香港路政署為加快人工島的建設(shè)，計劃在+2.5 m標高處直接吹砂至+11.5 m，但是這樣的吹砂速度將對鋼護桶產(chǎn)生很大的側(cè)向推力，會加大鋼護桶圍堰的位移，影響整個圍堰的固結(jié)穩(wěn)定，為了解決以上問題，對在鋼護桶SOL線內(nèi)側(cè)30～57 m范圍內(nèi)的土體進行加固，采用攪拌樁進行場地加固。場地現(xiàn)已回填黃砂至標高+2.50 m，海床面平均標高為-8.00 m，黃砂厚度在10.5 m。海床面存在有工程性質(zhì)較差的軟弱土層，厚度在20 m左右。

本項目攪拌樁設(shè)計樁長25.0～35.0 m，總工程量約750 000 m3，工期6 個月，非常緊迫。普通深層攪拌樁受樁架高度和鉆機功率影響，施工樁長最大成樁深度在20.0 m以內(nèi)；由于鉆頭結(jié)構(gòu)簡單，24 h不間斷施工理論產(chǎn)量僅為112.3 m3。三軸攪拌樁水灰比為1.5～2.0，水泥摻量的30%隨棄土被置換出，造成材料浪費，由于水泥漿置換的存在，容易對海水造成污染，難以符合環(huán)保要求。

我們結(jié)合現(xiàn)場條件，取三軸攪拌樁設(shè)備和雙軸攪拌樁設(shè)備之優(yōu)點，進行設(shè)備改進，研制出大截面積攪拌樁，樁型采用2φ1 300 mm@1 200 mm（圖1），樁體截面積達到2.621 m2。本系列設(shè)備集成國內(nèi)外高性能器件于一體，施工攪拌樁最大長度達到54.0 m，完全滿足施工樁長35.0 m的要求；與機架匹配的鉆機功率增大到220 kW，可輕松穿透較硬的黏性土，本設(shè)備最大鉆孔深度為55.0 m；鉆桿上的攪拌葉片增至6 組，共12 片，葉片寬達27 cm，鉆桿的鉆速14.2 r/min，下沉速度控制在0.5 m/min以內(nèi)，提升速度控制在0.8 m/min以內(nèi)，保證每米樁體攪拌次數(shù)在540 次以上[1]。

2 大截面攪拌樁施工

2.1 施工控制參數(shù)

我公司共進場4 臺JB180系列設(shè)備，每套設(shè)備的總功率為400 kW；施工用固化劑采用廣東省生產(chǎn)的P.O 52.5水泥；每立方加固土體水泥摻量平均值為300 kg；水灰比為0.7，施工用水采用海水；采用下沉攪拌噴漿、提升攪拌噴漿的“兩攪兩噴”工藝施工，鉆頭下沉速度0.5 m/min，提升速度0.7 m/min，24 h的理論產(chǎn)量可達1 000 m3。

2.2 過程難點與解決措施

2.2.1 穿越砂層

人工島表層存在10.5 m砂層，鉆頭在穿越砂層時，不管是下鉆還是提升速度都非常慢，每分鐘的進尺只有0.2 m，是計劃施工速度的1/3，嚴重降低了施工效率，如何提高10.5 m砂層中的施工速度，成了擺在面前的難題。我們采取3 種方式進行應(yīng)對。

1）改善水泥漿液。鑒于膨潤土具有增稠性、潤滑性、吸附性等特點，在施工砂層土時加入水泥質(zhì)量10%的膨潤土，拌和成混合漿液，改善漿液的和易性、保水性。經(jīng)過拌和后的砂土顆粒之間被混合漿液包圍，砂在短時間內(nèi)不會密實，處于松散狀態(tài)，鉆頭葉片在砂層中旋轉(zhuǎn)、上下活動過程中所受到的阻力將會減小，下沉速度可以提高0.2 m/min，提升速度可以提高0.3 m/min。施工中，改善水泥漿液的配比，提高了砂層中的施工速度，效果明顯。

2）改善工藝。鑒于三軸攪拌樁和高壓旋噴樁施工中均有氣體輔助成樁，我們在成樁工藝中也試著加入0.6 MPa的高壓氣體輔助成樁，采用雙層鉆桿，在攪拌噴漿的同時氣體在鉆頭底部噴出，使上部攪拌土體處于半懸浮狀態(tài)，氣流在上升過程中將砂層以下淤泥樁體20%的淤泥帶到砂層中，淤泥和黃砂摻合后，土體的摩擦力減小，利于提高穿越砂層的速度。另外，攪拌后的土體在氣流的擊打下均勻性更好，間接地提高了施工質(zhì)量。

3）設(shè)備改進。針對鉆頭在砂層下沉和提成過程中，掘進速度慢，我們效仿“木螺絲”對鉆頭進行改進，將葉片加工成螺旋形，在下沉時，鉆機正向轉(zhuǎn)動，葉片借助上層土質(zhì)量，鉆頭主動切入土體；提升時，鉆機反向鉆動，下層土給葉片施加頂力，對鉆頭起到托舉的作用，加快了提升速度，如圖2所示。

圖1 大截面積攪拌樁

圖2 改進的設(shè)備

通過以上3 點的改進，在穿越上部砂層時，達到了理想的下沉速度1.0 m/min，提升速度達到1.5 m/min，每立方米加固土體水泥摻量降低到200 kg，經(jīng)28 d后鉆孔取芯，芯樣無側(cè)限強度可以達到1.8 MPa，在保證質(zhì)量的情況下，提高了施工效率。

2.2.2 海底淤泥特殊加強處理

本項目設(shè)計人員和施工人員最關(guān)心的就是如何保證原海底近20 m厚淤泥土的強度，在攪拌樁施工前，該土層的無側(cè)限抗壓強度只有0.18 MPa，沒有找到相關(guān)或者類似資料，只有摸索著施工，開工前做了3 根試驗樁，以提供一些參考依據(jù)。通過資料了解到，降低土樣的含水量10%，水泥土的強度可以提高30%，我們通過減小水灰比間接降低土樣的天然含水量，在淤泥層施工時，水灰比調(diào)整到0.6。為了改善樁體在淤泥土層中的強度，決定在淤泥層施工時增加一次“兩攪兩噴”，將每立方米加固土體水泥摻量提高到375 kg，3 根試驗樁施工結(jié)束7 d后鉆孔取芯，無側(cè)限抗壓強度已經(jīng)達到0.6 MPa。通過試驗樁，將淤泥土層的施工參數(shù)調(diào)整如下[2,3]：

1）淤泥層施工進行復(fù)攪，第1次下沉速度1.0 m/min，提升速度達到1.5 m/min，第2次下沉速度1.0 m/min，提升速度達到2.0 m/min；

2）淤泥層施工時，第1次“兩攪兩噴”每立方米加固土體水泥摻量為300 kg，第2次“兩攪兩噴”每立方米加固土體水泥摻量為75 kg。

對以上2 項進行綜合測評，根據(jù)不同土層情況，合理調(diào)整樁體在不同土層中水泥摻入量，在保證整根樁水泥摻入量不變的情況下，保證了樁身整體強度的均勻性。

2.2.3 應(yīng)對起伏較大的黏土層標高

為了保證攪拌樁加固的整體效果，設(shè)計要求樁底需要進入黏土層1.0 m，但相關(guān)資料顯示，該區(qū)域內(nèi)黏土層標高起伏較大，雖通過CPT試驗可測得準確標高，但若每根樁施工前都進行CPT試驗，成本較高，且費時費力。

通過鉆機在不同土層的動力輸出情況上著手，觀察電流的變化。我們先在樁位上進行CPT試驗，確定黏土層標高，經(jīng)過現(xiàn)場統(tǒng)計，在淤泥土層中，下沉速度在1.0 m/min時，鉆機電機的電流一般在90 A左右，鉆機以同樣的下沉速度進入黏土層的深度達到1.0 m時，電流達到110 A。經(jīng)多次試驗驗證，電機電流反映黏土層標高的正確率在95%以上，設(shè)計、咨詢公司商定，電機電流達到110 A為進入黏土層的終孔電流，有了該結(jié)論，我們在動力鉆機上安裝電流監(jiān)測儀，通過電子屏幕，將實時電流情況反映在操作者面前，對掌握黏土層標高起伏狀況事半功倍[4]。

3 結(jié)語

本項目大截面積攪拌樁在香港口岸人工島養(yǎng)護齡期達7 d、28 d、90 d、150 d后，對現(xiàn)場總樁數(shù)的0.5%進行取芯檢驗，送試驗室進行無側(cè)限抗壓強度試驗，在土層最薄弱的Marine Deposits層，最終平均強度值均大于1.2 MPa。