攪噴樁插型鋼在地鐵深基坑中的應用研究

王偉敏

（中鐵二十局集團第四工程有限公司，山東 青島 266000）

1 工程概況

1.1 工程簡介

青島地鐵1號線汽車北站位于重慶路西側，沿重慶路南北方向布置，為地下三層雙柱三跨框架結構；B出入口采用明挖法施工，基坑開挖寬度7.8～10.6m。基坑深度約為2.10～12.83m；周邊管線主要有給水、供電、通信、雨水等管線，其中供電管廊距離結構外邊線2.56m。

1.2 工程及水文地質

汽車北站B出入口基坑開挖范圍內地層自上而下依次為：第<1>層：素填土，第<1-1>層：雜填土，第<7>層：粉質黏土，第<7-1>層：中砂～粗砂。各巖土層主要物理力學及設計參數詳見表1。B出入口基坑開挖范圍內地下水主要類型為第四系孔隙水，主要分布于第四系<7-1>層中砂～粗砂中，富水好，屬于強透水層，地下水位埋深2.62～6.10m，場地周邊地下水位與位于場區南側的洪溝河水位相近，兩者可能存在一定的徑流補給、排泄關系，地下水位隨季節、降雨情況有一定的變化。

表1 各巖土層主要物理力學及設計參數表

1.3 結合現場實際情況，基坑圍護結構形式適應性分析

鉆孔灌注樁+旋噴樁止水帷幕方案：優點：施工占用場地小，適應性強，施工工藝成熟，施工過程中安全性較高，設備進出場費用低。缺點：同類地層條件下容易塌孔，施工過程中產生大量泥漿垃圾，文明施工壓力大，旋噴樁在砂層范圍內咬合差，基坑開挖后局部滲漏水嚴重。TRD水泥土地下連續墻插型鋼。優點：施工速度快，止水帷幕效果好。缺點：TRD設備及后配套數量較多，設備進場成本高，施工占用場地大，前期準備時間長，施工場地局限性較大。攪噴樁插型鋼：優點：施工速度快，止水帷幕效果好，設備及后配套數量較少，場地要求較低，型鋼可周轉利用，節約資源。缺點：新工藝，需不斷調整參數進行試驗，確保樁體效果。

2 攪噴樁插型鋼關鍵技術原理

2.1 攪噴樁插型鋼技術原理

攪噴樁是在旋噴工藝基礎上，在鉆機鉆頭水泥漿噴射孔上部位置增加攪拌葉片，隨著鉆頭的旋轉先將土體打散，在鉆桿提升過程中，將高壓水泥漿投射到打散的土體中，通過漿液的切割、投射以及葉片的攪拌，形成相對均勻的水泥土，相鄰樁通過咬合布置，實現止水、穩固的作用；在攪噴樁施工完畢，內部插入預應力工字鋼，使樁體具有較大的剛度和強度，從而起到基坑支護的作用；攪噴樁內部插入型鋼兼顧了攪噴樁連排咬合形成止水帷幕和型鋼強度高兩者的優點，起到基坑止水和支護的效果。B出入口攪噴樁直徑1000mm，咬合300mm，樁底深入不透水層不小于1.5m，內插HW700×300×13×24型鋼，型鋼底距離樁底不小于0.5m。出入口平直段及斜坡段型鋼采用插一跳一型布置形式，集水坑范圍內型鋼采用插二跳一型布置形式，基坑轉交部位按角平分線方向插入一根型鋼補強，在出入口與車站主體相交處采用攪噴樁進行補強。

2.2 施工關鍵技術

（1）鉆孔。攪噴樁施工設備由長螺旋旋噴樁設備改裝而成，攪噴樁鉆機鉆桿為直徑15cm方管，使用大動力扭矩進行旋轉，鉆頭位置焊接兩個葉片，葉片長20～25cm，下鉆的過程中攪拌土體使葉片范圍內土體均勻。鉆進過程中不定期校核鉆桿的垂直度，及時糾偏，以保證樁體的垂直度。攪噴樁鉆孔采取跳樁施工（一般間隔1根樁），保證相鄰兩樁的施工間隔時間大于24h。

（2）攪噴施工。攪噴樁基本原理是鉆桿邊旋轉邊提升使漿液與崩落下來的土充分攪拌，經過一段時間的凝固后形成股階梯，通過咬合在一起的連續樁體，形成一圈豎向止水帷幕。為避免漿嘴堵塞，下鉆時通過注漿泵注入少量水泥漿，達到設計深度后進行試噴，調整噴射參數，攪噴樁水泥摻入比不宜小于20%，調整完成后邊旋轉邊提升，高壓噴射使鉆頭周邊土體破壞，達到設計樁體直徑，提升鉆桿過程中通過安裝在鉆頭位置的葉片攪拌作用，使土體和水泥漿攪拌均勻，提高樁體質量。攪噴樁施工主要技術參數見表2。

（3）回灌水泥漿。高壓攪噴結束后，因水泥漿向周邊滲透加上水泥漿的固結，孔內漿液液面會出現一定沉降，需要不斷補充漿液，直至液面不再下降為止。

（4）插型鋼施工。水泥攪拌樁施工完畢后，吊機應立即就位，準備吊放H型鋼。H型鋼使用前，在距型鋼頂端處開一個中心圓孔，孔徑約8cm，便于結構施工完成后拔出型鋼，吊裝孔兩面加焊厚≥12mm的加強板，加強板尺寸400mm×300mm，中心開孔與型鋼上孔對齊。若所需H型鋼長度不夠，需進行拼焊，焊縫應均為坡口滿焊，焊好后用砂輪打磨平整；型鋼插入前需在型鋼表面均勻涂刷減摩劑便于后續型鋼拔出；型鋼插入前，根據設計圖紙確定型鋼插入（或外漏）長度，做好標識，用吊車吊起型鋼后，校核型鋼位置及垂直度，保證型鋼中心與樁中心一致，確認無誤后，采用振動錘輔助下放型鋼至設計深度，通過吊筋控制型鋼頂標高。

表2 攪噴樁施工主要技術參數參考表

（5）型鋼拔出。待地下主體結構完成并達到設計強度后，采用專用夾具及千斤頂以冠梁為反梁，起拔回收H型鋼；起拔過程中始終用吊車吊提住頂出的H型鋼，千斤頂頂至一定高度后，用吊車將型鋼拔出樁體，在指定場地堆放好，分批集中運出工地。型鋼拔出施工順序如下：鑿混凝土地坪、挖溝、人工清泥→起拔機就位、施加反力→吊機就位→起吊H型鋼。起拔機型號為WK-35型，最大起拔力400t，自重約3t。

3 攪噴樁插型鋼應用效果及優缺點分析

目前，應用攪噴樁插型鋼作為圍護結構兼止水帷幕的汽車北站B出入口已施工完成，施工期間止水效果良好。開挖及結構施工期間基坑底部無滲漏，很好地保證了施工質量和進度。通過攪噴樁插型鋼圍護結構中的應用實踐，該工法與其他圍護形式相比，優缺點如下：

優點：（1）攪噴樁施工采用長螺旋鉆機鉆孔，對場地的要求較低，施工過程中占用空間較小，可廣泛推廣應用。 （2）與鉆孔灌注樁+高壓旋噴樁止水帷幕相比，對場地的環境影響較小，施工完成后清理場地容易，可滿足現場文明施工需求。（3）攪噴樁插型鋼施工速度與TRD水泥土攪拌墻相當，與鉆孔灌注樁+旋噴樁止水帷幕相比，工期可節約15～20天。（4）止水效果好。出入口攪噴樁設計樁徑1000mm，咬合300mm，根據開挖揭露情況，攪噴樁樁徑滿足設計要求，且咬合良好，施工過程中為出現側壁滲漏水情況。（5）型鋼待結構施工完成后可拔出，周轉利用，節約了鋼材。

缺點：（1）受施工工藝限制，攪噴樁不適合直徑超過15cm的砂卵石地層和風化巖地層。（2）受設備施工垂直度影響，隨著樁深增加，樁間咬合質量下降，根據施工實踐總結，該工法不適宜深度超過15m以上的深基坑應用。

4 結語

通過本文對攪噴樁插型鋼工法在青島地鐵1號線B出入口工程中應用研究，可得到結論如下：攪噴樁插型鋼作為深基坑圍護結構，具有場地適應性強、施工工藝簡單、施工設備常見、成樁速度快、止水效果好、節約成本、基坑變形可控的特點；除超過一定深度的基坑和大直徑砂卵石地層和風化巖地層外，其他施工條件均可采用；本文中闡述的技術原理、施工關鍵技術和重要參數等對類似工程具有一定的應用借鑒作用。