水泥土攪拌樁在地連墻槽壁加固中的應用

徐鴻晟

(廣西桂通工程咨詢有限公司，廣西 南寧 530022)

0 引言

地連墻由于具有截水和支擋雙重功能，在建筑基坑和地鐵基坑支護工程中被廣泛應用。工程實踐表明，在可塑～堅硬黏性土、密實砂土、殘積土及風化巖層中地連墻采用泥漿護壁成槽，槽壁是能自穩的，墻體厚度和混凝土質量有保證。而在軟土中成槽，經常由于槽壁向槽內位移，導致實際墻體厚度小于設計值或墻體出現夾泥等現象。因此，在軟弱土層中施工地連墻之前，往往應先對土體進行加固處理。

1 工程及地質概況

荔浦至玉林高速公路LK3+002.5平南三橋位于平南縣西江大橋上游6 km處，跨越平南縣大煙寮村和界首村附近的潯江水域，為荔浦至玉林高速公路平南北互通連接線上跨越潯江的一座特大橋。該橋建成后將再次刷新拱橋最大跨徑的世界紀錄。主橋為跨徑575 m(凈跨徑548 m)的中承式鋼管混凝土拱橋，北引橋為(40 m+60 m+2×35 m)現澆預應力混凝土連續梁橋，南引橋為(50 m+60 m+50 m)+(3×40 m)現澆預應力混凝土連續梁橋，大橋全長1 035 m。平南三橋北主墩拱座基礎為整體式圓形基礎，幾何形態為直徑54.6 m、厚6.0 m的圓形大尺寸混凝體構件，基礎底面標高為11.0 m，頂面標高為17.0 m，基礎持力層為卵石層，2個分離式拱座均位于圓形基礎之上。北主墩基坑圍護結構為：鋼筋混凝土圓形地下連續墻(兼作懸掛式帷幕)+坑底卵石層注漿隔水封底+臨河面鋼板樁防洪。地連墻為主橋控制性工程。

北岸地質情況復雜，橋位區地層主要由第四系沖洪積層(Qal+pl)、泥盆系中統郁江階(D2y)組成，地層分布情況為：

(1)沖洪積第3層(Qal+pl-3)：粉質黏土，褐黃、淺黃、褐色，可～硬塑狀，土質均勻，韌性及干強度高，局部相變為黏土，局部地段表層為耕植土；該土層壓縮系數0.13～0.36 MPa-1，平均值0.23 MPa-1，壓縮模量5.03～14.36 MPa，平均值8.66 MPa，屬中等壓縮性土；該層廣泛分布于潯江南北兩岸的階地表層，各鉆孔均有揭示，厚2.00～15.10 m。

(2)沖洪積第2層(Qal+pl-2)：粉質黏土，灰褐色，可塑狀，土質較均勻，韌性及干強度中等，局部地段夾卵石層。該土層壓縮系數0.23～0.25 MPa-1，平均值0.24 MPa-1，壓縮模量6.52～7.10 MPa，平均值6.84 MPa，屬中等壓縮性土；該層主要分布于潯江北岸臨江區域，為舊河道岸坡受沖刷后沉積形成，鉆孔揭示厚度2.00～13.10 m。

(3)沖洪積第1層(Qal+pl-1)：卵石，中密～密實狀，局部地段稍密狀，母巖成分主要為砂巖、石英，粒徑20～100 mm，含量約50%～70%，間隙充填圓礫、細砂及粉質黏土。該層主要分布于潯江北岸，厚1.00～24.80 m。

(4)中風化泥灰巖(D2y)：局部夾灰巖，局部發育溶洞，巖體較完整，巖芯多呈短柱狀，少量塊狀，風干易開裂。該層主要分布于潯江北岸，最大揭示厚度30.30 m，未鉆穿。

地連墻施工時依次穿過厚約4.5 m的沖洪積第3層(Qal+pl-3)粉質黏土層、10.7 m的沖洪積第2層(Qal+pl-2)粉質黏土層和16.0 m的沖洪積第1層(Qal+pl-1)卵石層。粉質黏土層承載力差，地連墻開槽時，在地表大型機械的荷載下，極有可能發生塌孔，因此必須對其進行加固處理。通常的地連墻槽壁加固方法為注漿加固，但通過前期注漿試驗發現，黏土層孔隙率小，滲透性差，漿液無法注入。后經過研究論證，改為采用水泥土攪拌樁對黏土層進行加固，使其達到開槽所需的強度要求。

2 水泥土攪拌樁的方案設計

2.1 水泥土攪拌樁的加固原理和參數設計

如圖1所示，水泥土攪拌樁的加固原理對單個槽段來講，就是一塊水泥土板在兩側槽頭處的攪拌樁咬固作用下阻止土體向槽內位移。攪拌樁固壁機制就是以攪拌樁墻兩側槽頭處的攪拌樁的全長橫向抗剪力去平衡土壓力與泥漿壓力差。

圖1 水泥土攪拌樁加固原理示意圖

參數設計時，水泥土攪拌樁的樁長和咬合厚度成為至關重要的兩個參數，直接影響到水泥土板兩側槽頭處的抗剪力大小，間接影響到攪拌樁的合理加固深度。攪拌樁合理加固深度是指滿足地連墻槽壁穩定性要求前提下樁的合理長度。從原理上看，增加樁之間咬合厚度優于增加樁長，因此，攪拌樁的合理樁長就是在滿足槽壁穩定性條件下攪拌樁穿越軟弱層進入較好下臥層最小深度時的樁長。

本工程主要設計參數為：樁長15.5 m，樁徑0.6 m，搭接長度為0.15 m。水泥土攪拌樁加固后槽壁穩定性安全系數計算值為1.075，滿足規范要求。水泥土攪拌樁布置如下頁圖2所示。

圖2 水泥土攪拌樁布置示意圖(m)

2.2 水泥土攪拌樁的施工工藝

為保證樁體強度，本工程采用“兩噴四攪”工藝進行攪拌樁施工，主要施工工藝流程為：施工準備、漿液配置、預攪下沉、提升噴漿攪拌、重復下沉噴漿攪拌、重復提升噴漿攪拌、成樁。工藝流程如圖3所示。

圖3 水泥土攪拌樁“兩噴四攪”工藝示意圖

在提升噴漿攪拌階段，規定水泥攪拌鉆機攪拌頭鉆至卵石層頂標高后，即刻開啟壓漿泵往樁內送漿，送漿量≥28 L/min，壓漿壓力≥0.4 MPa，原位噴漿20～30 s后，攪拌鉆頭以0.5 m/min左右的提升速度邊攪拌邊提升邊噴漿，以保證土層吃漿量，提高樁體強度。攪拌樁施工技術參數見表1。

在水泥攪拌樁施工過程中，應對攪拌樁機導向架垂直度、下沉與提升速度以及水泥漿配比進行重點監測。監測指標分別為：導向架垂直度用經緯儀測量鉆桿垂直度，每根樁施工過程中測量兩次，分別為第一次下沉前和第二次下沉前，控制標準為≤1/150，若大于控制標準，則按照控制標準重復一次攪拌過程；下沉速度和提升速度通過秒表計時監控，且保證監控過程中攪拌樁機檔位固定，控制標準為下沉速度1 m/min，提升速度0.5 m/min，若不符合控制標準，則按照控制標準重復一次攪拌過程；水泥漿配比通過現場測定新制水泥漿比重監控，水泥漿水灰比為1∶1，對應的比重為1.5，若不符合控制標準，則加水泥或水調制復合標準。

表1 水泥土攪拌樁施工技術參數表

3 水泥攪拌樁加固效果

水泥攪拌樁施工投入兩臺水泥攪拌樁機，型號分別為ZGZ-A和PH-5D11，經過20 d連續作業，全部825根攪拌樁施工完畢，總進尺約12 787 m。水泥攪拌樁施工結束后，對攪拌樁進行樁頭開挖視檢及輕型觸探試驗，以檢驗攪拌樁施工效果。

在齡期15 d時進行樁頭開挖，可明顯觀察到比較完整的樁頭。通過輕型動探試驗，測得30 cm深度處攪拌樁承載力達到196 kPa，周圍未加固土體承載力為84 kPa；60 cm深度處攪拌樁承載力達到244 kPa，周圍未加固土體承載力為68 kPa。結果表明攪拌樁加固效果明顯，其承載力約為加固土體的3～4倍，且隨著深度增加，承載力提升顯著。在齡期20 d時進行輕型動探試驗，30 cm深度處攪拌樁承載力達到252 kPa，周圍未加固土體承載力為60 kPa；60 cm深度處攪拌樁承載力達到340 kPa，周圍未加固土體承載力為84 kPa，攪拌樁承載力均超過250 kPa，達到設計要求。

水泥土攪拌樁達到20 d齡期時，地連墻開始施工。地連墻成槽時采用泥漿護壁，泥漿比重約1.1，黏度約35 s，成槽過程中，未發生塌孔現象。成槽后，使用超聲波對槽壁質量進行檢測，發現攪拌樁加固在黏土層中，槽壁無任何坍塌，且垂直度良好。

4 結語

通過平南三橋北岸地連墻基礎水泥土攪拌樁加固槽壁工程，驗證了水泥土攪拌樁對地連墻槽壁加固的有效性：

(1)水泥土攪拌樁施工方便、工期短、效果好，相比較其他加固措施有較大優勢。水泥土攪拌樁在地連墻槽壁加固中的應用極大地擴展了地連墻在軟土地區的適用范圍。

(2)水泥土攪拌樁僅適用于黏土層、砂土層及礫石土層等小顆粒土層，對卵石層等大顆粒土層并不適用，這主要是因為現有的攪拌樁機無法對卵石土進行攪拌，因此如何改造攪拌樁機，提升其性能，使水泥土攪拌樁適用于更多的地質情況，應該成為以后的主要研究方向。