復雜地質條件下深層攪拌樁土體改良輔助樁基成孔技術

黃 磊，華金亮，魏光付

（中建一局集團第二建筑有限公司，北京 102600）

1 工程概況

棲霞區合班村257號（三毛廠）地塊中學項目位于南京市棲霞區北苑西路與熙湲路交叉口，項目規劃用地約4.50萬m2，地下1層，地上5層，框架結構，建筑高度約22m，總建筑面積約5.48萬m2，項目建成后可容納1 800名學生和133名教職工。

工程樁為直徑700mm的端承樁，樁長20～30m，工程樁總計352根，其中部分樁基位于坳溝范圍（見圖1），共計103根，坳溝范圍內距地表13～20m存在較厚的可～軟塑淤泥質土層，樁長22.15～35.00m，入持力層深度為⑤2a層8.5m或⑤2層1.05m。⑤2a中風化閃長巖為灰黃色～棕灰色，以軟巖～較軟巖為主，夾較硬巖，碎裂狀結構，裂隙面充填有風化巖屑，巖體極破碎～破碎，巖體基本質量等級分類為Ⅴ級。層頂埋深8.0～31.1m，層厚0.9～9.1m。⑤2中風化閃長巖為棕灰～青灰色，以較軟巖～較硬巖主，夾軟巖，裂隙塊狀結構、裂隙面充填有風化巖屑，巖體較完整，局部較破碎，巖體基本質量等級主要為Ⅲ～Ⅳ級。層頂埋深9.9～35.8m，層厚0.8～8.3m。

圖1 坳溝樁基范圍

2 水文地質條件

2.1 水文條件

南京市地下水位一般在7—8月份處于最高，一般在旱季12月份至翌年3月份出現最低水位。野外勘探時間為2018年4—5月，期間在鉆孔中量測的地下水初見水位埋深在地面以下1.00～4.10m，高程為20.740～23.480m（吳淞高程系），穩定水位埋深在地面以下 1.20～4.30m，高程為20.540～23.280m，水位變化與地形起伏基本一致。

潛水補給來源主要為生活用水和大氣降水，以側向徑流和蒸發為主要排泄方式，水位受季節性變化影響，年變化幅度在0.5～1.0m。

2.2 地質條件

1）①2a淤泥、淤泥質填土 灰黑色，流塑，含少量腐殖物，有腐臭味，為填塘底部填積物，層頂埋深6.1m，層厚2.0m。

2）②1粉質黏土 灰黃～黃灰色，可塑，切面稍有光澤，韌性、干強度中等，層頂埋深2.8～8.9m，層厚0.6～6.3m。

3）②2粉質黏土 黃灰～灰色，可～軟塑，部分地段含較多粉粒，略顯低塑性，韌性、干強度中等偏低，層頂埋深6.2～13.7m，層厚0.5～5.5m。

4）土層室內巖土試驗主要指標如表1所示。

表1 土層室內巖土試驗主要指標

3 工藝選擇

泥漿護壁成孔工藝存在淤泥質土“護不住”，不能解決塌孔問題，同時入巖深度較深，長螺旋鉆孔工效太低，難以入巖。全護筒施工工藝由于持力層巖面和淤泥質土層底埋深不均，護筒長度難以確定，每根樁定制鋼護筒成本較高且工效低，同時長度超過12m的長護筒，極易出現爛樁頭、樁身完整性不足、斷樁、充盈系數過大等質量問題，因此全護筒施工工藝同樣被否決。綜合對比成孔施工工藝后，考慮采用三軸深層攪拌樁進行土體改良。

4 施工方案

坳溝范圍工程樁主要施工難點在于深層孔段坍塌，主要是因為土層中所含的可～軟塑土層，且埋深處于13～20m，針對該復雜地質條件，采用850mm三軸深層攪拌樁將工程樁周圍土體的土層部分固化為水泥土，可有效遏制可～軟塑土層對鉆進過程中造成的影響。

1）固化深度須確保完全穿過軟弱土層 因本工程并非每根樁都布置勘探孔，三軸深層攪拌樁施工又無法獲取土、巖樣。為確保三軸深層攪拌樁對土體的有效加固，可利用三軸深層攪拌樁鉆進過程中遇③粉質黏土層時鉆進吃力，電流瞬間飆升，甚至無法繼續鉆進的特性確定當前加固深度已經到達黃土，加固范圍應已足夠，以此判斷加固長度，現場分別計量各攪拌樁樁長值，由施工、地質勘察、監理、建設、審計等參建各方共同確認。

以水泥輔以三乙醇胺等早強劑作為固化材料，使工程樁周邊土體充分攪拌后得到固化，三軸深層攪拌樁設計如圖2所示。

圖2 三軸深層攪拌樁設計

3）實際實施的過程中，應充分重視水泥土的齡期需求，工程樁的施工不得過早介入，待水泥土具備一定強度后，即攪拌樁施工需達到15d后方可進行旋挖作業。

5 三軸水泥攪拌樁施工工藝

5.1 施工準備

1）結合土層地質情況，試樁確定水泥摻量。

2）編制施工方案并報監理和業主審批，審批完成后方可實施。

3）水泥等原材料按要求（散裝水泥每500t，袋裝水泥每200t）進行抽樣送檢，原材復試合格后方可投入使用。

4）三軸攪拌樁機等機械按地方要求進行檢測、備案。

5.2 樁機就位

由現場施工管理人員、測量人員和樁機班長統一指揮樁機就位，樁機下鋪設路基板及鋼板，移動前看清四周各位置的情況，發現有障礙物應及時清除，移動結束后檢查定位情況，樁位偏差≤50mm。樁機就位后應平穩、平正，通過經緯儀或線錘進行觀測復核，確保鉆機的垂直度精度不低于1/100。

5.3 制備水泥漿液與漿液注入

開鉆前對拌漿工作人員做好交底工作，在施工現場配備計算機計量的自動攪拌系統和散裝水泥罐，以確保漿液質量的穩定，配制過程中總包管理人員、監理和審計人員全程監督。水泥摻量不小于25%，水泥漿液的水灰比為1.5～2.0，即攪拌土體中水泥摻入量至少為360kg/m3（被攪拌土體密度以1 800kg/m3計）。

水泥漿配制好后，停滯時間不得超過2h，故超過2h的拌制漿液應作廢漿處理，嚴禁使用。為確保攪拌樁間充分咬合，搭接施工的相鄰兩幅攪拌樁施工間隔不得超過12h。注漿時，通過2臺注漿泵的2條管路同Y形接頭，在H口進行混合，注漿壓力為1.5～2.5MPa，注漿泵注漿流量為80～120L/min。

5.4 鉆進攪拌提升

根據現場土質條件，三軸水泥攪拌樁采用兩噴兩攪的施工工藝，水泥和原狀土須均勻攪拌，在下沉和提升過程中，均需注漿攪拌，噴漿攪拌時嚴格控制下沉和提升速度，下沉速度一般為0.8m/min，提升速度為1.2m/min，為確保樁底質量，在樁底部分宜重復攪拌注漿。

三軸攪拌機在下鉆時，注漿的水泥用量占總數的70%～80%，而提升時為20%～30%。按照規范標準均勻、連續注入拌制好的水泥漿液，鉆桿提升完畢時，設計水泥漿液全部注完。

5.5 樁機移位

施工完1根樁后，樁機移位至下1根樁位，重復以上步驟，進行下幅攪拌樁施工。

5.6 特殊情況處理措施

1）施工過程中，如遇到停電或特殊情況造成停機導致成樁工藝中斷時，均應將攪拌機下降至停漿點以下0.5m處，待恢復供漿時再噴漿鉆攪，以防止出現不連續樁體。如因故停機時間較長，宜先拆卸輸漿管路并清洗，以防止漿液硬結堵管。

2）根據本工程地質情況，在碰到地下障礙物時，宜與建設單位、設計單位、監理協商，確定解決辦法。

3）發現管道堵塞應立即停泵處理。待處理結束后，立即把攪拌鉆具上提和下沉1.0m后方能繼續注漿，等10～20s恢復向上提升攪拌，以防斷樁發生。

6 結語

項目結合三軸攪拌樁土體改良達到護壁條件，整個施工過程較為順利，樁基靜載荷試驗和完整性檢測全部合格。

針對淤泥質層較厚且層頂埋深超過12m的地質條件，且入巖深度較深時，采用三軸深層攪拌樁土體加固，雖然造價偏高，但可有效解決塌孔、樁身完整性不足、斷樁、混凝土充盈系數大等問題，在工期和質量方面均有所保障，同時確保整個基礎結構的安全性。