三軸攪拌樁在礫砂地層中的關鍵施工技術

敖小平 李 明 孫 渤

(江西省地質工程(集團)公司，江西 南昌 330030)

0 引言

隨著技術與設備不斷創新，建筑行業的地下空間不斷擴大開發，從而對基坑圍護體系的技術要求也越來越高。三軸攪拌樁具有施工周期短、工程造價低、適應土層廣、抗滲性能好等優點，在圍護體系中三軸攪拌樁作為止水帷幕也得到廣泛應用，然而在松散易塌礫砂地層進行三軸攪拌樁施工易出現卡鉆、埋鉆情況，嚴重影響施工質量及工期，通過江西某商業城項目基坑圍護的施工，經優化施工，控制關鍵施工技術，確保了施工質量及工期。

1 工程概況

1.1 項目概況

江西某商業城項目位于南昌市，該項目基坑地下室設計為三層，基坑開挖深度為14.2 m～17.2 m，根據場地周邊情況及開挖深度采用不同支護方式，該工程一部分支護結構采用鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁止水+2道鋼筋混凝土支撐，一部分采用鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁止水+3道～4道錨索。基坑降水采用深井井管降水。其中三軸攪拌樁：樁徑850 mm，樁長20 m～21.7 m，進入強風化泥質粉砂巖50 cm，水泥摻量為25%，水泥強度為P.O42.5。

1.2 場地工程地質條件

根據地勘報告本工程地層自上而下為：第①-1層雜填土、第①-2層素填土、第②層淤泥質粉質黏土、第③層粉質黏土、第④層中砂、第⑤層圓礫、第⑥層礫砂、第⑦層圓礫、第⑧層強風化泥質粉砂巖，各層特性如下：

第⑧層(E)強風化泥質粉砂巖：強風化，呈餅～碎塊狀，手可折斷，遇水易軟化、崩解。場地內鉆孔均有分布，層頂標高1.15 m～4.63 m。

2 機械設備選擇

根據地質報告，地層極限側阻力標準值范圍為25 kPa～160 kPa，如表1所示。

表1 各土層承載力特征值fak及物理力學指標值

三軸攪拌樁樁長為21 m左右，最大摩阻力為圓礫層的160 kPa，圓礫層平均厚度為6 m，則最大扭矩為T=160 kPa×6 m=960 kN/m，根據扭矩與電機輸出功率的關系，則有：

T=9 550P/n

(1)

其中，T為扭矩，kg·m；P為輸出功率，kW;n為電機轉速。

可以得到電機輸出功率P=T×N/9 550=960×900/9 550=90.5 kW，普通的55 kW電動機無法滿足施工要求，所以三軸攪拌樁動力頭采用功率為98 kW雙電動機進行施工。

3 施工質量控制措施

3.1 三軸攪拌樁施工流程

φ850三軸水泥土攪拌樁圍護止水帷幕施工順序為隔樁施工然后中間套鉆形成搭接，即1-3-2-5-4的施工順序，詳細見圖1，從而形成水泥土連續墻，以達到止水的作用。

3.2 施工過程質量控制

3.2.1測量放線

根據設計圖紙采用全站儀或經緯儀進行測量放線，其準確性直接影響到三軸攪拌樁與鉆孔灌注樁之間的組合體系，以免三軸攪拌樁遠離鉆孔灌注樁而單獨受力被破壞止水效果。

3.2.2開溝槽

根據測量放線開挖溝槽，槽寬約1.2 m，溝槽深度約1.5 m。探明表層地下障礙物等不良地質，對于淤泥等不良地層可以采用提高水泥摻量3%進行處理，對于地下障礙物必須采用挖掘機或鎬頭機清理干凈并回填壓實，確保三軸攪拌樁攪拌順利施工。

3.2.3樁標號及樁機就位

根據設計圖紙對三軸攪拌樁進行編號并在溝槽中埋設定位樁，根據定位樁在溝槽的兩側引出輔助樁及輔助線。若在施工過程中被破壞及時進行測量復核進行糾正。樁機就位偏差不大于2 cm。鋪設鋼板調直并確保樁機垂直度符合設計要求，樁機垂直度直接影響三軸攪拌樁幅與幅之間全樁長的有效搭接，以免幅與幅之間開叉而漏水。

3.2.4噴漿、攪拌成樁

制備水泥漿：三軸水泥土攪拌樁水泥摻量為25%。水泥均采用P.O42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥漿液的水灰比為1.5～2.0，采用攪拌系統自帶自動計量系統操作。

在施工過程中，后臺應加強對水泥用量和水灰比的控制并與施工前臺保持及時聯系，根據下沉攪拌情況及時調整泵送壓力，不出現前后不協調而造成樁身的強度和均勻性的質量問題。

由于鉆桿下沉和提升采取的是不同的速度，根據不同地層采取不同提升速度，讓注入的水泥漿液攪拌均勻，并在初凝前確保充分攪拌，以確保攪拌樁樁體均勻及強度滿足設計要求。

三軸攪拌樁施工采用一噴一攪的攪拌工藝，鉆桿下沉及提升時均為噴漿攪拌，三軸攪拌樁機的鉆桿在下沉和提升過程中，鉆桿下沉速度為0.5 m/min～1.0 m/min，提升速度為1.0 m/min～2.0 m/min，每根樁根據不同地層摩擦力不同按不同速度應勻速下沉和勻速提升。攪拌提升時過快且轉速過慢易使孔內產生負壓而造成周邊土體過大擾動出現坍塌；確保攪拌次數或攪拌時間使水泥土攪拌樁成樁質量滿足設計及施工要求。

做好施工原始記錄，包括壓漿泵的流量、水泥漿比重、漿液配合比，并參照理論數據對實際數據進行分析對比，確保樁體的成樁質量。

3.3 施工關鍵技術

1)水泥漿的配制：根據本工程地層情況，地層滲透系數較大，通過試驗，開始時施工配制水灰比為1.0，施工20根樁后改為1.5～2.0之間，既可以防止水泥漿滲漏影響樁質量，又可以減少地層阻力順利攪拌成樁。

3)在鉆桿攪拌過程中，如遇到停電等特殊情況導致施工中斷時，若處于砂層以下則及時啟用備用電源把鉆桿提升到地面以免出現埋鉆情況，待中斷檢修排除故障后應將鉆頭鉆桿下降至中斷時停漿點以下0.5 m～1.0 m處，并在恢復供漿后再噴漿攪拌，以防止出現不連續墻體；如果故障處理時間比較長，那對儲存池的水泥漿進行檢測是否符合設計要求，不符合的作為廢漿處理，并拆卸輸漿管路，進行全管路清洗，以免堵管影響后期施工。

4)在鉆頭下沉過程中由于礫石含量多易出現管道被礫砂等物堵塞，后臺根據泵送壓力變化情況是否堵塞，若堵塞則應立即停泵處理，先把鉆桿向上提升0.5 m，然后高壓泵水泥漿(控制在20 MPa左右)和高壓空氣(控制在0.6 MPa左右)進行排除管道堵塞現象，若依然不能解決則在鉆頭提升到地面進行清除處理，處理完畢后把鉆桿放置中斷處以上1.0 m時才能繼續注漿，等待注漿10 s后恢復正常施工。

4 結語

通過對地層密實程度、顆粒大小及強度等參數分析，選擇合適的動力電機和改變鉆頭結構形式，優化施工參數等關鍵技術控制，解決三軸攪拌樁在礫砂地層摩阻力大、礫砂坍塌埋鉆的技術難題，該項目基坑開挖過程中，基坑圍護止水效果到達預期，經專業監測單位對基坑地下水位、位移等參數進行監測，其圍護體系符合設計及施工要求。