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(kāi)挖時(shí)，采用的開(kāi)挖方法為大面開(kāi)挖法，基坑平均深度為13.4 m，基坑最深處為16.1 m，開(kāi)挖基坑總面積達(dá)16 670 m2。基坑周圍建筑物或構(gòu)筑物對(duì)該項(xiàng)目的基坑開(kāi)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(kāi)挖基坑時(shí)，由于基坑深度較深，基坑面積較大，因此土方開(kāi)挖量較大。通過(guò)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(kāi)挖過(guò)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(cè)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(guò)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(wèn)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(zhǎng)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(chǎng)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(shì)及前期準(zhǔn)備

3.1 五軸攪拌樁施工的優(yōu)勢(shì)

根據(jù)該項(xiàng)目周邊場(chǎng)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(guò)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(kāi)挖過(guò)程中基坑的滲水率。根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，在施工過(guò)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(shì)，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(kāi)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(chǎng)地進(jìn)行密集探測(cè)，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(cè)結(jié)構(gòu)對(duì)樁的測(cè)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(jiǎn)圖中，上述工作完成后由監(jiān)理單位審核通過(guò)方可進(jìn)行下一步施工。

4.2 開(kāi)挖導(dǎo)溝施工

開(kāi)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(kāi)挖導(dǎo)溝，導(dǎo)溝的溝槽走向應(yīng)平行于基坑的外邊緣。開(kāi)挖的導(dǎo)溝寬度和深度宜為1.2 m，當(dāng)開(kāi)挖過(guò)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(chǎng)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(chǎng)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(cè)試鉆桿的垂直度，若垂直度不滿足規(guī)范要求，則應(yīng)通過(guò)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(guò)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(kāi)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(chǎng)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(kāi)挖過(guò)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(chǎng)地，便于施工現(xiàn)場(chǎng)五軸攪拌樁機(jī)的布置，更易于現(xiàn)場(chǎng)施工管理。

6 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)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(chǎng)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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