復雜地質條件下單軸攪拌止水樁成樁關鍵技術的研究

王超

（中交一航局城市交通工程有限公司，天津300450）

1 引言

深基坑開挖是地鐵項目施工的關鍵工序。隨著地鐵項目的發展，深基坑的應用越來越廣泛。基坑施工前為了阻止基坑外地下水流入基坑內部或減小地下水沿帷幕的水力梯度，通常采用一定厚度的隔水帷幕進行截水[1]。基坑隔水方法根據工程地質條件、水文條件及施工條件等，選用水泥土攪拌樁帷幕、高壓旋噴或擺噴注漿帷幕、地下連續墻或咬合式排樁等形式。支護結構為排樁時，可采用水泥土攪拌樁或高壓旋噴樁注漿帷幕。圍護結構良好的止水效果是保障基坑施工安全最重要的前提條件。因此，如何確保止水帷幕施工質量是深基坑施工的重點研究方向。

2 工程概況

佛山地鐵2 號線連接佛山西江組團和中心城區、區域鐵路客運樞紐廣州南站，是廣佛同城的重要樞紐。整條線路以深基坑施工為主，基坑內標高-5.75～1.15m 范圍為淤泥質粉砂，灰黑色，松散～稍密狀，飽和狀態，含少量黏性土及腐殖質，稍具腥臭。該地層較廣泛分布于場區，對深基坑圍護結構單軸攪拌止水樁成樁質量造成嚴重影響。

中交一航局城市交通工程有限公司承建的TJ4 標林廣明挖區間根據工程特性、環境條件和設計原則及標準，本項目隔水帷幕采用沿基坑周邊閉合的平面布置形式。本項目的圍護結構為鉆孔灌注樁排樁聯合止水帷幕形式，具有剛度大、可用于深大基坑及對周邊地層、環境影響小等特點。圍護結構主體采用φ1 000mm@1 200mm 鉆孔灌注樁+內支撐的支護結構形式，止水帷幕采用φ550mm@400mm 單軸水泥土深層攪拌樁。水泥土攪拌樁是用于加固飽和軟黏土地基的一種方法。它利用水泥作為固化劑，通過特制的攪拌機械，在地基深處將軟土和固化劑強制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產生的一系列物理化學反應，使軟土硬結成具有整體性、水穩定性和一定強度的優質地基。水泥土攪拌法具有最大限度利用原土，攪拌時無振動、無噪聲污染，對周圍原有建筑物影響很小的優點。

通過前期試樁檢測發現，采用常規方法施工的單軸攪拌樁在淤泥質粉砂層內成樁質量差，漏水嚴重，為后續的深基坑開挖造成了極大的安全隱患。為確保基坑開挖的安全性，針對此地質條件積極進行工藝試驗總結，為后續攪拌樁止水帷幕大面積施工提供了重要的技術支撐。

3 水文地質情況

本項目采用85 高程系統，根據M2-Z3-SGZ-01 鉆孔勘察設計成果，該鉆孔從上到下依次分布如下：地表3.61～1.31m 高程為人工堆積素填土、1.31～-0.7m 高程為淤泥、-0.7～-5.7m 高程為淤泥質粉細砂、-5.7～-10.89m 高程為可塑狀粉質黏土、-10.89～-18m 為強風化泥質砂巖、-18m 以下為中風化泥質砂巖。

林廣明挖區間場地地勢低，雨季強降雨時，水位漲幅大，每天水位落差約1.0m。場地地下水主要有2 種類型：一類是第四系地層中和松散巖類孔隙水，另一類為基巖裂隙水，主要賦存于強、中等風化帶中，具有承壓性。

4 成樁技術研究

4.1 優選水泥漿配合比

本工程采用華潤P·O42.5 普通硅酸鹽水泥制作水泥漿，在基坑內選取淤泥質粉細砂至室內進行7 種不同水泥摻量配合比試驗，水灰比選取范圍為0.6～0.8，攪拌樁水泥摻量取土的天然比重的15%～20%。成型70.7mm×70.7mm×70.7mm 抗壓強度試件（目標強度0.8MPa），拆模后埋入現場粉細砂層中同條件養護7d、28d 進行抗壓強度檢測。經過強度結果對比及滿足強度富裕系數1.4 的要求，最后選取了水泥摻量為120kg/m3及130kg/m3的2 組配合比，該2 組配比28d 無側限抗壓強度分別為1.13MPa 和1.19MPa。

4.2 攪拌樁施工工藝參數確定

采用的濕法水泥土攪拌樁施工主要步驟為：攪拌機械就位、調平—預攪下沉至設計加固深度—邊噴漿、邊攪拌提升至預定的停漿面—重復攪拌下沉至設計加固深度—根據設計要求，噴漿或近攪拌提升直至預定的停漿面—關閉攪拌機械。根據上述工藝流程，并采用水泥摻量為120kg/m3及130kg/m3的2 組配合比，現場采用兩噴四攪的施工工藝，采用2 組不同提鉆速度、攪拌速度、噴漿壓力，通過現場試樁施工28d 后進行鉆芯取樣進行無側限抗壓強度試驗，最終確定了提鉆速度0.5m/min，下鉆速度0.7m/min，攪拌速度30r/min，噴漿壓力0.65MPa 及提鉆速度0.5m/min，下鉆速度0.7m/min，攪拌速度40r/min，噴漿壓力0.45MPa 的2 組施工工藝參數進行現場施工。

4.3 設備改良參數確定

通過抽芯結果發現所有合格水泥攪拌樁外表質量良好，但內部強度及止水性較差。通過分析比對，與設備鉆頭出漿孔位置及鉆頭葉片形狀有很大關系。因此，根據螺旋鉆機施工原理，對鉆頭葉片形狀、出漿孔位置及尺寸進行改良，經多次改良并試樁取芯試驗，確定了用于此地層攪拌樁止水帷幕基施工鉆頭，鉆頭形式如圖1 所示。

圖1 淤泥質粉細砂層攪拌樁施工改良鉆頭

為了驗證上述鉆頭、配合比及工藝參數的可行性，采取在成樁3d 內采用輕型動力觸探檢查上部樁身的均勻性，在成樁7d 后，采用淺部開挖樁頭進行檢查，開挖深度超過停漿面下0.5m，檢查樁身的均勻性并兩側樁身直徑。經檢查采用上述施工工藝和參數制作的水泥土攪拌樁成樁質量良好，無斷樁及樁身外觀質量差等缺陷，并且止水效果很好。

5 施工成果

通過試驗、試樁得到的單軸攪拌止水樁相關施工參數已在佛山地鐵2 號線林廣明挖區間、林林明挖區間圍護結構止水帷幕中廣泛應用。本標段樁基數量9 141 根，前期采用常規四噴四攪施工工藝成樁率為83.4%，成樁率低、成樁時間長、成本高、后期基坑開挖漏沙漏水率高。經過試驗和現場實踐，采用該施工工藝參數施工，成樁率提高至96.5%，有效確保施工質量，降低基坑漏沙漏水風險率；單樁施工時間縮短6min，提高了施工效率，縮短施工周期。經計算，此施工工藝參數成樁水泥用量節約4kg/m3，目前已在佛山地鐵2 號線工程全面推廣。

6 結語

本文從工程實際出發，對淤泥質粉細砂單軸攪拌樁成樁工藝進行了介紹，通過優化配合比、施工工藝參數、設備改良等措施，順利高質量地完成了深基坑水泥攪拌樁止水帷幕施工，為后續深基坑開挖提供了安全保障。本文通過實際工程經驗，對復雜地質情況成樁工藝予以總結，可供類似工程參考借鑒。