類剛性大直徑旋噴攪拌樁墻基坑支護設計與應用

陳煒

（中國建筑材料工業地質勘查中心廣東總隊廣東廣州510403）

類剛性大直徑旋噴攪拌樁墻基坑支護設計與應用

陳煒

（中國建筑材料工業地質勘查中心廣東總隊廣東廣州510403）

介紹了類剛性大直徑旋噴攪拌樁在巖土基坑支護方面的設計及應用。具體闡述了類剛性大直徑旋噴攪拌樁的優良特點，分析了其適用條件、設計、施工要點，并結合經濟技術通過對比分析，論證了大直徑攪拌樁在基坑支護工程方面的適用性和優越性。

攪拌樁；類剛性大直徑旋噴攪拌樁；重力式水泥土墻；基坑支護

1　前言

類剛性大直徑水泥土攪拌樁（以下簡稱“大直徑攪拌樁”）是采用“唯一可變量工法”施工的高強度水泥土攪拌樁，具有直徑大（D=1400～1800mm）、強度高（28d期齡抗壓體強度≥1.5MPa）、變形小、抗滲好等特點，廣泛適用于淤泥（質土）、粉土、粘性土、砂土、素填土、全風化巖等地層條件，是近年來新興的一種攪拌樁型。由大直徑攪拌樁形成的重力式水泥土墻（以下簡稱“大直徑攪拌樁墻”）已成功應用于多個基坑支護工程，并取得了良好的技術經濟效果，是一項值得大力推廣的基坑支護新技術。

2　大直徑攪拌樁（墻）特性

相對于普通攪拌樁，大直徑攪拌樁具有強度高的特點。工程試驗顯示，采用“唯一可變量工法”施工的大直徑攪拌樁，其28d期齡抗壓強度fu≥1.5MPa，遠高于一般水泥土攪拌樁的強度（fu=0.4～ 0.7MPa）。由大直徑攪拌樁互相搭接而形成的水泥土墻（如圖1所示），其變形小、支護效果良好，并且其搭接好、漏縫少、抗滲性能好，用于基坑支護時兼具支護和止水的雙重作用。

圖1　大直徑攪拌樁墻

大直徑攪拌樁適用地層為砂層、粘土層、粉質粘土、砂質粘土、粉土、淤泥、淤泥質土、素填土、全風化巖等，適用條件廣泛，但不適合于含有大塊孤石、硬夾層的地層。施工經驗顯示，砂層成樁的攪拌樁強度最高，實測28d齡期抗壓強度平均可達2.0MPa以上；粘性土、粉質粘土、砂質粘土中的成樁強度次之；淤泥、淤泥質土中成樁強度相對稍低，但實測28d齡期抗壓強度≥1.5MPa。

與傳統內支撐支護體系相比，大直徑攪拌樁墻支護體系為懸臂支護結構，對樁基礎及建筑物地下室的施工影響不大，方便施工；與傳統小直徑水泥土攪拌樁墻相比，具有搭接好、止水性好、強度高、變形小等優良特點；工程造價方面，同等地質、支護深度條件下，大直徑攪拌樁水泥土墻支護方案比傳統支護方案節省工程造價約20～40%，具有顯著的技術經濟效果。

3　大直徑攪拌樁（墻）基坑支護設計

大直徑攪拌樁墻基坑支護設計需考慮的主要設計要點有：樁長、樁徑、截面形式（單排、多排格構）、搭接寬度、樁頂混凝土面板、加強措施等。

3.1一般設計

大直徑攪拌樁墻可設計成單排式或多排格構式。單排攪拌樁墻可用于基坑深度范圍內地質條件較好的可塑～硬塑粘性土、粉質粘土、砂質粘土、中密以上砂土中。為了保證支護結構穩定性，可將樁徑設計為D=1500～1800mm，樁長≥2倍基坑深度，當土層為可塑-硬塑的砂質粘土或中密以上砂土，成樁強度有保障時，在保證整體穩定性的情況下，尚可適當減少樁長。

多排格構式大直徑攪拌樁墻可用于基坑深度范圍內地質條件較差的軟塑-可塑粘性土、高塑性粘土、淤泥、淤泥質土等，可將樁徑設計為D=1400～1600mm，樁長≥2倍基坑深度，且同時應穿透軟弱土層進入性質較好的下臥土層（砂層、粘土層）中1～2m左右。當樁底遇硬巖面時，可將樁底設置在中風化巖頂端，但應滿足樁長≥2倍基坑深度的要求。

3.2搭接寬度

攪拌樁之間的搭接寬度是設計應考慮的另一個重要參數，直接關乎攪拌樁墻的經濟技術效果和止水效果。搭接寬度太小，施工時容易導致深層的攪拌樁之間出現錯縫、開口，嚴重影響攪拌樁墻的止水效果；反之，止水效果易得到保障，但會增加攪拌樁的數量，經濟技術效果降低，另一方面，搭接太寬，則施工時易導致兩樁之間水泥土互相影響，不利于成樁。因此，攪拌樁間的搭接寬度t宜控制在樁徑D的1/7～1/5左右，即：

式中：t——大直徑攪拌樁間搭接寬度，單位mm；

D——大直徑攪拌樁樁徑，單位mm。

3.3樁頂混凝土面板

在大直徑攪拌樁墻頂部設置現澆混凝土面板，并在樁身插入鋼管，將面板與攪拌樁相連接，可使二者合為整體、協同工作，使攪拌樁樁與面板形成一個類似“水泥土墻+冠梁”的受力結構，起到約束樁位移、提高攪拌樁墻整體性的左右。

進行設計驗算時，應考慮混凝土面板的約束作用，其剛度可通過面板的幾何尺寸特征，結合混凝土材料彈性模量參數來確定，具體可參考相關計算公式，一般可取1～3MN/m，可使模擬計算的樁身變形量大為減小。實踐證明，大直徑攪拌樁墻支護方案的實際變形量，接近于設計值[1]，考慮面板的支撐剛度的設計方法是可行的。

混凝土面板既可設置成平板式結構（如圖2），也可設置成具有前梁、后梁的梁板式結構（如圖3），必要時可加設橫隔梁以達到加強效果。面板的厚度可為200～300mm，單層或雙層網狀配筋；寬度應大于或等于攪拌樁墻的寬度，并應根據現場周邊環境而靈活調整。前梁、后梁、橫隔梁截面尺寸可為b×h=300×500mm左右，其配筋應滿足混凝土結構設計要求。樁頂插入的鋼管可設置在最內、外排攪拌樁的樁中心處，長度可為2～3m左右。

圖2　平板式混凝土面板方案

圖3　梁板式混凝土面板方案

3.4加強措施

采用大直徑攪拌樁墻進行基坑支護設計，當遇地層條件較差，或周邊環境限制，不能滿足位移、變形及穩定性驗算要求時，可采取的設計加強措施主要有：素混凝土加勁樁、微型鋼管樁、加強墩等。

設置素混凝土加勁樁是大直徑攪拌樁墻用于基坑支護時的一種重要加強措施，它是當攪拌樁施工完畢后12～24h左右，在攪拌樁中心掏孔形成一定直徑的圓柱形孔洞，清除鉆渣后，在孔中灌注素混凝土，讓其凝結硬化，形成水泥土-混凝土耦合復合樁型。可顯著提高樁身強度，使樁身具有更好的抗拉、抗壓、抗彎、抗剪、抗變形性能，可大幅提高攪拌樁墻的安全性和支護效果。進行設計時，可采用C25混凝土作為加勁樁的材料，樁徑可設置為d=800～1100mm左右，樁長可比攪拌樁短2～4m左右，亦可將加勁樁底設置于樁身彎矩反彎點處。

微型鋼管樁的加固原理與素混凝土加勁樁基本一致，也是在攪拌樁中心鉆孔灌注純水泥漿液，并插入鋼管，凝結硬化后，形成水泥土-微型鋼管樁復合樁型。可顯著提高樁身強度，達到更好的抗變形性能和支護性能。進行設計時，微型鋼管樁的樁長可穿透樁底進入較好土層，掏孔直徑可采用80～100mm左右，水泥漿可采用水灰比0.5～0.55的純水泥漿，鋼管外徑DN可采用50～80mm左右。

設置加強墩是另一種形式的加固措施，是沿基坑邊每隔50～80m左右而設置的一種加強剖面，該剖面的攪拌樁排數要多于常規剖面，在攪拌樁墻中形成一個“墩”形加強結構，主要目的是為了解決較長基坑邊條件下，變形較大的一種應對措施。通過加強墩的設置，相當于在攪拌樁墻剖面中設置了一個類似“固端支座”，使兩“墩”之間的攪拌樁位移減小，以達到更好的支護效果。

4　大直徑攪拌樁（墻）施工要點

大直徑攪拌樁的施工，應嚴格按照“唯一可變量”工法的要求進行。該工法要求保持攪拌樁鉆頭旋轉速度不變，噴漿速度也保持恒定，根據地層情況實時調整鉆頭的下鉆和上提速度，且下鉆或上提速度在淤泥等較差地層中不得超過20cm/min，在砂層、砂質粘土層等較好地層中不得超過30cm/min。該施工工法一方面限制了鉆頭的上下速度，保證攪拌樁的水泥摻入量及單位樁長內的攪拌次數，確保了成樁質量；另一方面，根據不同地層條件，靈活選擇上下鉆速度，因此地質條件的準確把握顯得尤為重要，必要時應進行地質超前鉆，彌補地勘報告中鉆孔孔距過大、擬施工處地質信息欠缺的不足。

進行樁頂插入鋼管的工序施工時，鋼管樁必須及時插入，時間可控制在攪拌樁施工完后半小時內，且應控制好標高，使鋼管頂與面板頂標高保持一致，才能使鋼管起到連接樁與板的作用，保證支護結構的整體性。

混凝土面板施工時，必須將攪拌樁樁頂整平至設計標高，清除浮渣、浮土，使鋼管露出攪拌樁頂，保證鋼管與面板混凝土澆筑在一起，加強攪拌樁與面板的連接，形成整體結構。面板混凝土澆筑后，需注意及時澆水保濕養護。

素混凝土加勁樁的施工難點在于選擇適當的掏孔、清孔方法，保證掏孔的垂直度與攪拌樁一致，并應注意掏孔的時機。傳統掏孔方法為泥漿護壁正反循環鉆孔法，其垂直度不易保證，且容易破壞攪拌樁身。目前較為成熟的做法是：將現有大直徑攪拌樁機的鉆頭更換為與加勁樁直徑一致的小鉆頭，待攪拌樁施工完畢18～24h左右，樁身初具強度時，即可進行加勁樁的掏孔作業，再用大吸力潛水泵將鉆渣清除，并浸濕養護3～5d，即可得到所需的空心圓柱孔，如圖4所示，最后在孔中澆筑素混凝土，養護后樁體成型，保證施工質量。

圖4　水泥土攪拌樁中心掏孔圖

5　結論

（1）大直徑攪拌樁墻用于基坑支護工程，是一種新穎的支護形式，適用地層廣泛，兼具支護和止水的雙重作用，支護效果優良。

（2）大直徑攪拌樁墻基坑支護設計應根據地質條件、周邊環境情況，綜合運用各種加強措施（混凝土頂板、加強墩、鋼管樁、加勁樁等），確保設計的合理性和施工的可行性。

（3）大直徑攪拌樁墻的施工，應嚴格按照設計要求，精心組織施工，對各施工關鍵參數（包括但不限于鉆頭上下鉆速度、噴漿速度、水灰比、垂直度等）應嚴格把握，確保施工質量和支護效果，并應重視地質超前鉆的重要性。

（4）大直徑攪拌樁墻用于基坑支護，具有顯著的技術經濟效果，在節省工程造價的同時兼具良好的支護效果，是一項值得推廣的新技術。

[1]吳厚信，等.大直徑深層旋噴攪拌樁在昊勝大廈深基坑支護工程中的應用.探礦工程，2010，37（4）：58～61.

[2]盧信雅，等.類剛性-大直徑水泥土（旋攪）樁在珠三角地區的應用和發展，2010，37（10）：89～92.

[3]胡運杰，盧信雅.大直徑攪拌樁在地基加固中的發展[M].湖南長沙：湖南大學出版社，2002.

[4]《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-2012）[S].

TU753

A

1673-0038（2015）14-0027-03

2015-3-16

陳煒（1985-），男，碩士，巖土工程專業，主要從事巖土基坑設計及施工工作。