三軸深層攪拌樁加固南京地鐵車站槽壁應用研究

劉建國，楊云飛，朱軍，常海燕，江竹，梅源

（1.中國中鐵七局集團第三工程有限公司，陜西 西安 710032；2.西安建筑科技大學土木工程學院，陜西 西安 710055）

0 前言

地下連續墻由于其抗滲性好、強度高、適宜城市施工等優點而得到了廣泛應用，而槽孔的坍塌問題一直困擾著地下連續墻的施工和墻體質量的保證。南京河西地區為淤泥質軟土地層，土體強度低，壓縮性高，地下水位高，地質條件差，在該地區進行地下連續墻成槽施工時槽孔坍塌危險系數高。為了保證成槽施工順利進行及成槽質量，需對槽壁土體采取加固措施，改善其工程性質。

本文依托三軸攪拌樁工程實例，通過論述三軸深層攪拌樁軟土加固原理、特點，介紹背景工程中三軸深層攪拌樁施工作業，加固效果檢測，探討了三軸深層攪拌樁加固技術在淤泥質軟土地層的實際應用，為類似工程施工提供借鑒。

1 工程概況

1.1 工程概述

南京地鐵省第二中醫院站位于南湖路與集慶門大街十字南側，沿南湖路南北向敷設。車站結構總寬度為19.7m；圍護結構采用800mm厚地連墻（不入巖），墻底進入基坑底30m，總長48m；地連墻成槽防塌加固采用φ850@600三軸攪拌樁加固，加固深度坑外為從地面至坑底以下2m，坑內為從地面至坑底以下3m。導墻范圍內土層水泥摻量為7%，其余水泥摻量18%，車站擴大端樁長為19.85m，標準段樁長為18.84m。

1.2 水文地質條件

1.2.1 地層構成及特征

省第二中醫院站處于長江漫灘區，基坑開挖土層為①-1雜填土、①-2素填土、②-2b4粉質粘土、②-3b3-4粉質粘土，淤泥質粉質粘土、②-4b3粉質粘土、②-4d2粉質粘土，②-3b3-4粉質粘土，淤泥質粉質粘土。主要為填土及軟弱粘性土,低強度、高壓縮性，對坑壁穩定和結構受力不利，工程性質差。

圖1 省第二中醫院站地質剖面圖

1.2.2 場地水文特征

省第二中醫院站開挖地層依次為：①-1雜填土、①-2素填土、②-2b4淤泥質粉質黏土、②-3b3-4粉質黏土、淤泥質粉質黏土，②-4b3d粉質黏土夾粉砂，車站結構位主要位于淤泥質粉質黏土地層。車站區域地下水位埋深1.25m～3.20m，車站主體結構底板位于地下水位下15.54m。

1.2.3 地下水對施工的影響

本工區省第二中醫院站擬建場地地下水豐富，有潛水及承壓水，含水層厚度較大，對施工影響很大。歸納起來地下水對車站的主要影響分兩個方面：

①潛水對施工的影響

施工中的降排水會帶走土顆粒，導致挖掘面失穩；止水措施不到位，采用降低地下水位方法時會形成周圍地層壓密、沉降，造成地表沉降危及道路下管線使用安全和周邊地面建（構）筑物安全。

②承壓水對施工的影響

較高的承壓水水頭會影響坑底土層的穩定。承壓水突涌造成的坑底土層破壞危及周邊建筑及施工人員的生命安全。同時，涌水嚴重影響施工安全、質量與進度。

2 三軸深層攪拌樁加固施工

2.1 三軸深層攪拌樁機理及特點

深層水泥土攪拌樁是以水泥為固化劑的主劑，通過專門的深層攪拌機械，將固化劑和被加固地基土強制拌和，通過水化反應等使之硬結成具有整體性、水穩定性和一定強度的樁體。

深層攪拌樁具有以下優點：①對軟土地基加固后承載力有顯著提高；②可以靈活采用柱狀、塊狀等多種加固形式；③充分利用原狀土，形成復合地基土；④環境影響小，對周圍土體擾動少，不會造成軟土的側向土體擠出；⑤工藝簡單，便于機械施工；⑥成本較低，適用于富水地層的軟土加固。

2.2 三軸深層攪拌樁施工流程及操作要點

2.2.1 深層攪拌樁工藝參數

影響深層水泥土攪拌樁強度及抗滲性能的主要因素有：水泥摻量、下鉆及提鉆速度、攪拌轉速、土層性質，施工中需加強各主要施工參數的控制，使樁體強度和抗滲性滿足要求，從而保證車站圍護結構施工過程中地層穩定性。

經過現場試樁，確定主要工藝參數（水灰比、水泥用量、下鉆速度、提升速度），如表1所示。

2.2.2 三軸深層攪拌樁工藝流程（見圖2）

圖2 三軸深層攪拌樁加固施工工藝流程圖

2.2.3 三軸深層攪拌樁施工要點

①測量放樣

根據業主提供坐標基準點、設計圖紙測放出樁位控制線(為確保建筑限界及內襯墻厚度，圍護結構外放15cm)，設立臨時控制樁，做好技術復核單。施工前，根據三軸攪拌機的定位線上測量樁中心位置，樁位與設計圖紙偏差以不得大于5cm為準。

②溝槽開挖

開挖前，及時探測并清理樁中心線附近地面及地下的障礙物，回填整平地面并壓實。沿樁中心線采用挖掘機開挖溝槽，溝槽尺寸為1000×1000mm，并清除地下障礙物，開挖溝槽土體應及時處理。導溝的作用不僅在于引導鉆機，還能在鉆機吹氣將土置換上來時，及時清理置換土，避免污染工作面。

③三軸攪拌樁樁機就位

樁機鉆機支座處加設鋼板，保證鉆機沿放定位線平穩移動，確保樁位準確性。鉆機就位后，利用全站儀或線錘進行垂吊觀測以確保鉆機的垂直度；攪拌樁樁位定位偏差應小于50mm。成樁后樁徑偏差不得超過0.04D，樁身垂直度偏差不得超過1/200。

④預攪下沉

攪拌樁機鉆桿下沉到加固樁設計樁頂標高時，開動灰漿泵，待純水泥漿到達攪拌頭后，按小于0.5m/min的速度下沉攪拌頭，邊注漿邊攪拌邊下沉，使水泥漿和原地基土充分拌和，通過觀測鉆桿上樁長標記，待達到樁底設計標高。

⑤漿液制備

為確保三軸攪拌樁有足夠強度和隔水性，嚴格按表1工藝參數制備水泥漿液。水泥漿的制備須有充分時間，要求＞3 min，以保證攪拌均勻性。

三軸攪拌樁加固施工主要參數表 表1

水泥漿配制好后，停滯時間不得超過2h，因故擱置超過2h以上的拌制漿液，應作廢漿處理，嚴禁再用。搭接施工的相鄰攪拌樁施工間隔不得超過12h。注漿時通過2臺注漿泵2條管路同Y型接頭在H口進行混合，注漿壓力與注漿流量可參考上述表1項技術參數。

⑥噴漿攪拌提升

鉆掘攪拌機下沉到設計深度后，稍上提10cm，再開啟灰漿泵，邊噴漿、邊旋轉攪拌鉆頭，泵送必須連續。同時嚴格按照設計確定提升速度，噴漿量及攪拌深度,鉆桿在下沉和提升時均需注入水泥漿液。

⑦樁位打設順序

車站基坑外側（迎土側）三軸攪拌樁施工順序采用跳打施工方式，其中陰影部分為搭接部分，以保證加固體的連續性和接頭的施工質量。外側三軸攪拌樁施工按下圖順序進行：

圖3 基坑外側樁位施工順序（單位：mm）

車站基坑內側三軸攪拌樁施工順序采用跳孔施工方式，搭接長度不小于250mm，以保證加固體接頭的施工質量。內側三軸攪拌樁施工按下圖順序進行。

圖4 基坑內側樁位施工順序（單位：mm）

3 深層三軸攪拌樁施工質控措施

工程實例所在地區軟土強度低，高流變性使其在地下連續墻成槽、基坑開挖支護等施工過程中極易因土體卸荷、施工荷載等因素的擾動，引起很大土體變形，進而導致周邊建筑及管線破壞，基坑自身圍護結構產生大變形甚至破壞。所以深層三軸攪拌樁施工質量直接影響后續施工的安全性，必須采取必要質控措施來確保深層三軸攪拌樁成樁質量。

①成樁施工技術標準（表2）。

②施工前確定攪拌機械的灰漿泵輸漿量、灰漿經輸漿管到達攪拌機噴漿口的時間。

③施工時用流量泵控制輸漿速度，嚴格控制攪拌時的下沉和提升速度，以保證加固范圍內每一深度得以充分攪拌，確保樁身強度和均勻性，確保注漿泵出口壓力保持穩定，并使攪拌提升速度與輸漿速度同步進行。

成樁施工技術標準 表2

④漿液不能發生離析，水泥漿液應嚴格按預定配合比制作，為防止灰漿離析，放漿前必須攪拌30秒再倒入存漿桶。壓漿階段輸漿管道不能堵塞，不允許發生斷漿現象，全樁須注漿均勻，不得發生土漿夾心層。

⑤嚴格控制噴漿提升速度的均勻性，保證攪拌均勻。確保樁身垂直度，其偏差小于0.5%。

⑥經常檢查攪拌頭及鉆頭磨損情況，發現問題及時更換或修補，以確保攪拌樁直徑≧Ф850。

4 三軸深層攪拌樁加固效果

對水泥土深層攪拌樁成樁情況按照《建筑地基處理技術設計規范》（JGJ 79-2002）進行檢驗檢測,檢測取樣隨機原則由建設單位、監理單位和檢測單位共同選定。本工程三軸深層水泥土攪拌樁成樁質量檢測方法采取鉆芯取樣檢測試驗，對已完成樁體進行樁身均勻性、芯樣抗壓強度、樁長判定等三項指標進行檢測，檢測結果見表3～表5。

樁身均勻性檢測結果 表3

樁長判定檢測結果 表4

5 結語

在背景工程中，通過確定合理的三軸深層攪拌樁工藝參數，嚴格按照確定參數進行規范化施工，采用以水泥為主要固化劑同被加固軟土強制攪拌，硬凝后形成的水泥土深層攪拌樁成樁質量符合設計要求,可以有效地改善地層的工程特性。同時水泥土深層攪拌樁具有施工設備簡單,速度快,環境影響小,工程造價相對較低,對工程要求的適應性強等特點,是一種值得在我國東部沿江平原軟土地區應用的土體加固方法。

樁身水泥土抗壓強度檢測結果 表5