三軸攪拌樁施工對周邊土體影響實(shí)測分析★

詹崇謙，李干艷，宋澤安，謝宇飏，陳 甦

(1.中國中鐵四局集團(tuán)第二工程有限公司，江蘇 蘇州 215131； 2.江蘇省興化市青年人才儲(chǔ)備中心，江蘇 泰州 225700； 3.蘇州大學(xué)軌道交通學(xué)院，江蘇 蘇州 215021)

0 引言

水泥攪拌樁是用攪拌樁機(jī)將水泥漿液與土就地?cái)嚢瓒纬傻臉吨w，根據(jù)攪拌軸的數(shù)量，又可分為單軸、雙軸、三軸攪拌樁等。單軸攪拌樁主要用于軟土地基加固，雙軸、三軸攪拌樁主要用于基坑工程中的圍護(hù)結(jié)構(gòu)(SMW工法樁、重力壩)、止水帷幕以及坑內(nèi)加固等[1-2]。

人們在工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，水泥攪拌樁施工會(huì)對周邊土體及建(構(gòu))筑物產(chǎn)生一定的變形影響，進(jìn)而逐步開始對此問題進(jìn)行研究并取得了一定的成果。王道華[3]、王志豐等[4]、趙偉等[5]通過現(xiàn)場實(shí)測，分析了軟土地基單軸水泥攪拌樁加固施工引起的土體孔隙水壓力、土壓力以及深層土體水平位移等變化規(guī)律。李志高等[6]對雙軸攪拌樁施工引起的深層土體水平位移及土體豎向位移等進(jìn)行了實(shí)測分析；付艷斌等[7]模擬了雙軸攪拌樁側(cè)向擠土效應(yīng)的4種荷載模式，結(jié)合實(shí)測資料并采用數(shù)值分析驗(yàn)證了荷載模式的合理性。王煜[8]根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測資料，分析了SMW工法三軸攪拌樁在施工過程中對周圍土體的影響，提出了控制周圍土體影響的三軸攪拌樁施工方法；鄭堅(jiān)杰[9]通過對現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)分析，研究了三軸攪拌樁施工工藝參數(shù)對周邊土體變形的影響。

雖然水泥攪拌樁施工對周邊環(huán)境的影響研究已取得了一定成果，但由于水泥攪拌樁施工引起的周邊土體變形受土體性質(zhì)、施工參數(shù)等諸多因素影響，因此針對不同性質(zhì)土層，深入開展本課題研究仍然十分必要。

本文通過現(xiàn)場實(shí)測，分析研究了三軸攪拌樁群樁施工引起的周邊土體孔隙水壓力、深層土體水平位移以及地表變形等的變化規(guī)律[10]。

1 工程概況

蘇州春申湖路快速化改造工程在文靈路節(jié)點(diǎn)處上跨蘇州軌道交通4號(hào)線姚祥路站—活力島站地下區(qū)間隧道，與軌道交通4號(hào)線斜交約為73°。工程采用明挖法施工，基坑設(shè)計(jì)長度約36.5 m、寬度約42.2 m、深度約6.2 m?？觾?nèi)土體采用MJS工法樁和三軸攪拌樁(直徑850 mm)加固，如圖1所示。圖1(a)中陰影部分為三軸攪拌樁加固平面區(qū)域，其中在地鐵盾構(gòu)隧道上、下行線外側(cè)各1.5 m～4.5 m范圍內(nèi)，三軸攪拌樁從地面加固至隧道底面以下4 m，距上行線東側(cè)、下行線西側(cè)4.5 m以外部分加固至距地鐵盾構(gòu)隧道頂面1.5 m處，如圖1(b)所示。

本工程地質(zhì)勘察報(bào)告顯示，基坑現(xiàn)場的土層主要為素填土、黏土、粉質(zhì)黏土和粉質(zhì)黏土夾粉土等，具體見表1。

表1 土層分布表

2 測試方案

現(xiàn)場實(shí)測選擇在基坑中間分坑上行線東側(cè)區(qū)域(如圖1所示)的部分三軸攪拌樁(如圖2所示)施工期間，實(shí)測內(nèi)容包括：孔隙水壓力、深層土體水平位移(測斜)、地表沉降等。

現(xiàn)場布設(shè)孔壓孔(S-KY)、測斜孔(S-CX)、地表沉降點(diǎn)(S-DB)各兩個(gè)，各測孔(點(diǎn))平面布置如圖2所示。每個(gè)孔壓孔在地表下2 m，5 m，8 m深度處各布設(shè)一個(gè)孔壓計(jì)(分別為S-KY1-1，S-KY1-2，S-KY1-3和S-KY2-1，S-KY2-2，S-KY2-3)，兩根測斜管長(S-CX1，S-CX2)均為15 m。

3 施工工況

現(xiàn)場實(shí)測區(qū)域部分三軸攪拌樁施工順序和時(shí)間如表2所示。

表2 施工工況

4 實(shí)測結(jié)果與分析

4.1 孔隙水壓力

在表2中所列三軸攪拌樁施工期間，孔壓計(jì)S-KY1-1，S-KY1-2，S-KY1-3和S-KY2-1，S-KY2-2，S-KY2-3實(shí)測孔隙水壓力隨時(shí)間變化曲線如圖3所示。

由圖3可知：1)三軸攪拌樁施工開始的前23 h內(nèi)孔隙水壓力隨時(shí)間增長并達(dá)到最大(S-KY1-3孔壓為6.49 kPa，S-KY2-3孔壓為4.44 kPa)，之后隨時(shí)間逐漸減小。2)三軸攪拌樁施工過程中，土層較深處的孔隙水壓力相對增加較大。3)三軸水泥攪拌樁施工過程中，距離施工區(qū)域越遠(yuǎn)，孔隙水壓力增長越小。

4.2 深層土體水平位移

在表2中所列三軸攪拌樁施工期間，S-CX2測斜管(注：S-CX1測斜管在三軸攪拌樁施工時(shí)被破壞)實(shí)測深層土體水平位移隨時(shí)間變化曲線如圖4所示，圖4中正值表示土體背離樁體方向位移，負(fù)值表示土體朝著樁體方向位移。

由圖4可知：1)在三軸攪拌樁施工過程中，土體深層水平位移朝樁體方向，且隨著深度逐漸減小。2)在三軸攪拌樁施工過程中，深層土體最大位移為14.2 mm并發(fā)生在地表下2 m深度范圍內(nèi)。

4.3 地表沉降

在表2中所列三軸攪拌樁施工期間，S-DB1，S-DB2測點(diǎn)實(shí)測地表沉降隨時(shí)間變化曲線如圖5所示，圖5中正值為地表隆起，負(fù)值為地表下沉。

由圖5可知：1)在三軸攪拌樁施工過程中，地表豎向變形表現(xiàn)為沉降，且隨距施工樁體距離減小沉降增大。2)在三軸攪拌樁施工過程中，S-DB1，S-DB2測點(diǎn)最大沉降值分別為9.36 mm和2.72 mm。

5 結(jié)論

本文通過現(xiàn)場實(shí)測，分析研究了三軸攪拌樁施工引起的周邊土體孔隙水壓力、深層土體水平位移以及地表沉降的變化規(guī)律，得到主要結(jié)論如下：

1)三軸水泥攪拌樁施工開始的前23 h內(nèi)孔隙水壓力隨時(shí)間增長并達(dá)到最大，之后隨時(shí)間逐漸減小，土層深處的孔隙水壓力增量相對較大；三軸水泥攪拌樁施工過程中，距離施工區(qū)域越遠(yuǎn)，孔隙水壓力增長越小。

2)在三軸水泥攪拌樁施工過程中，深層土體水平位移朝樁體方向，且隨著深度逐漸減?。坏乇碡Q向變形表現(xiàn)為下沉，且隨距施工樁體距離減小沉降越大。

3)由于三軸水泥攪拌樁施工對地層的擾動(dòng)和其強(qiáng)度增長需要一定的時(shí)間，使得施工區(qū)域地層相對變?nèi)酰虼嗽趥?cè)向土壓力作用下，周邊深層土體水平位移朝向樁體、地表豎向位移為下沉。