感潮段砂礫石堆填區明挖隧道基坑止水帷幕施工技術及質量控制研究

文／杜鋒光 廣州建筑股份有限公司 廣東廣州 510000

引言：

三軸攪拌樁施工操作簡單、施工效率高、止水效果好、適應性強、造價較低，常被用來作為深基坑止水帷幕[1]。若成樁質量差，易發生突涌水、涌泥砂，將會造成基坑失穩和周邊建筑物開裂、傾斜及地面發生不均勻沉降等問題。論文結合臨江大道隧道深基坑工程，對三軸攪拌樁在臨近江邊、地下水位高且所處地質多為砂礫石堆填區的基坑工程施工質量保證進行探討。

1、工程概況

1.1 項目概況

廣州國際金融城起步區臨江大道建設工程位于廣州市天河區，西起科韻路，東至車陂路，東西向貫穿廣州國際金融城起步區，分為地面和隧道兩部分。地下空間主體建筑約59799.97m2，地面道路全長1.377km，主要分為車行道和慢行系統，包括兩座跨涌橋，地下隧道主線長1.175km，兩側輔道總長1.257km，匝道長約0.597km，公交中途站3個，隧道橫斷面為雙向8車道，道路定位為城市主干道，地下道路主線設計速度50km/h，輔道及匝道設計速度為30km/h。

1.2 地質及周邊情況

根據《臨江大道詳細勘察報告》，本項目所在地質條件是：主要出露第四系人工填土層（Q4ml）、第四系全新統海陸交互相沉積層（Q4mc）、第四系上更新統沖積層（Q3al）、殘積層（Qel）以及白堊系上統（K2）碎屑沉積巖層。其中上層土質多為流塑狀淤泥質粉細砂、淤泥質中粗砂，含水率高達56.1%。其中地質及周邊存在以下幾點影響三軸攪拌樁成樁質量。

（1）基坑邊與珠江最近距離21.5m，最遠距離為89m，平均距離48m，處于珠江感潮段，項目所在地下水因受到來自伶仃洋的潮汐影響，地水水位如潮汐一般呈周期性變化，對三軸攪拌樁成樁帶來很大影響。

（2）根據地勘報告，本工程處于珠江堤岸建設范圍，存在砂礫石堆填區。

（3）地下水：場地地下水類型主要有上層滯水和孔隙潛水、承壓水。賦存于第四系全新統海陸交互相沉積層之淤泥質粉、細砂層（②2）、中、粗砂層（②3）和上更新統沖積層之細砂層（③3）、中粗砂層（③4）中。 由于場區河涌發育，地下水與河水具有水力聯系，補給來源充足。

（4）上述地質及周邊情況因素，對三軸攪拌樁施工成樁有較大的影響，進而影響三軸攪拌樁止水效果。

1.3 三軸止水帷幕設計要求

本項目基坑支護形式地下連續墻和灌注樁（錨索）+三軸攪拌樁。基坑支護外圍止水采用Ф850@600三軸攪拌樁止水帷幕，三軸攪拌樁進入不透水層1.5m或進入強風化層不少于1.0m且進入基坑底不少于1.0m。

2、施工技術及質量控制要點

2.1 施工技術要點

本工程三軸攪拌樁設計工藝參數為：水泥摻入量不少于20%，下沉和上升速度為0.8-1.0m/min，水泥土28d的無側限抗壓強度不少于1.2MPa,采用42.5級普通硅酸鹽水泥。因地處廣州市中心城區且臨近珠江，本工程場地地下水豐富，且隨著江水漲落，地下水位時刻處在變化中，像潮汐一般呈周期性變化，土層含水量高，難以跟水泥形成強度比較高的固結體。且該地段多為砂礫石堆填區，易造成水泥從孔隙中流失，影響成樁效果。根據實際情況，主要針對以下方面采取相應措施[2]：

（1）針對臨近江邊，地下水豐富，且隨著江水漲落，地下水位時刻處在變化中，土層含水量高，難以跟水泥形成強度比較高的固結體。采用增大水泥摻入量、減小水灰比及四攪四噴的施工工藝，取得了較好的成樁效果。

（2）針對該基坑所處地質多為砂礫石堆填區，易造成水泥從孔隙中流失，嚴重影響成樁效果。采用降低在砂礫石填充區的鉆進速度和提升速度，反復攪拌來提高三軸攪拌樁成樁質量。

（3）針對三軸攪拌樁要求入強風化巖1m(或者硬塑粉質黏土層1.5m)的情況，采用能夠快速入巖的三翼鉆頭，提高了施工效率，節約了施工成本。

2.2 施工工藝流程

施工工藝流程詳見圖1。

圖1 施工工藝流程

2.3 試樁

根據設計成樁質量要求和項目所處在地質情況，在開始正式大面積施工前進行工藝性試樁，目的是比較不同試樁參數下三軸攪拌樁的成樁質量，從而確定三軸攪拌樁施工主要參數：水灰比、注漿量、水泥用量、鉆進速度、提升速度、攪拌次數等參數。待試樁達到齡期28d進行抽芯檢測滿足設計和質量要求后，方能進行大面積施工。結合地質情況和以往施工經驗，試樁擬采用1.3和1.5水灰比，三種水泥摻量18%、20%、22%，攪拌次數有二攪二噴和四攪四噴共9根試樁，詳見表1。

表1 試樁參數表

三軸攪拌樁成樁后28d，對上述9根攪拌樁進行抽芯并截取每根樁各3個部位芯樣，由第三方檢測實驗室進行單軸抗壓強度試驗，得到樁身水泥土強度如表2。

表2 試樁樁身水泥土強度

通過表2可以發現，18%水泥摻量樁（編號108）的樁身強度未達到設計要求的1.2MPa，20%和22%水泥摻量均能達到設計要求。因考慮本項鄰近珠江，處于感潮段受潮汐影響大、砂礫層厚且存在承壓水，綜合考慮成樁質量，故選擇以試樁號118樁的參數，水灰比1.3，22%水泥滲量，四攪四噴、下沉速度0.8m/min，提升速度0.8m/min，為本項目施工工藝參數。

2.4 制備水泥漿

本項目三軸攪拌止水帷幕施工采用P·O42.5普通硅酸鹽水泥（散裝水泥）。每次水泥進場后，先核查水泥的出廠合格證、質量保證書、檢驗報告的項目（如水泥品種、各項技術性能、編號、出廠日期）填寫是否齊備，檢查項目和指標是否符合規范要求。經核查合格后報監理工程師進行見證取樣，經第三方檢測合格后，才正式使用本批次水泥，若檢測不合格則本次批水泥要退場不得使用。

制備水泥漿前，要對工人進行施工技術交底并做好書面記錄。采用電腦控制的全自動拌漿系統拌水泥漿，只需要在電腦輸入水灰比1.3，則可以自動制作水泥漿。

三軸攪拌樁施工要求配置的水泥液漿應有很好的流動性，不離析，便于泵送、噴攪。同時還要滿足最小水泥摻入量不得小于22%，28d無側限抗壓強度不小于1.2MPa。

2.5 預拌下沉、提升

嚴格按試樁得到施工參數，控制好三軸施工的鉆進速度和提升速度，是確保水泥摻量和施工質量的關鍵。施工人員需每天控制好現場施工鉆進速度和提升速度；填寫好三軸攪拌樁施工記錄表，并對施工參數進行分析，確保符合設計及施工方案要求。要保證鉆進及提升勻速進行，從而確保樁體的均勻性，避免因局部攪拌不均勻導致出現滲漏水現象。

鉆頭選用適用入巖的三翼鉆頭，現場焊接鉆頭。啟動電動機，根據地勘報告中土質情況計算出相應速率，放松卷揚機使攪拌頭自上而下切土攪拌下沉，直到鉆頭鉆進至樁底標高。在鉆進和提升時需連續注入水泥漿液，鉆進時注漿量一般為額定漿量的70%～80%，提升攪拌時注漿量為額定漿量的20%～30%。鉆機鉆進和提升速度宜控制在砂礫石堆填區0.3～0.8m/min，在其他區域鉆進和提升速度宜控制0.8m/min。在按照技術交底要求均勻、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。

鉆進至設計樁底標高后，攪拌頭應在樁底1m范圍內上下噴漿攪拌約30s，方可進行提升。當鉆頭提升至地面以下0.5m左右，要求提升速度不宜過快，從而達到土體和水漿充分攪拌均勻[3]。

2.6 復攪（噴）下沉、提升

重復上下攪拌，但要留一部分漿液在第二次上提復攪時灌入，最終完成一根均勻性較好的水泥土攪拌樁[4]。

（1）攪拌軸成樁攪拌施工采用四攪四噴的施工方法，在砂礫石堆填區降低上升和下降速率，增加噴漿壓力，充分攪拌。

（2）鉆進施工時為邊注漿邊充氣攪拌，提升時為不充氣只注漿攪拌。

（3）三軸水泥攪拌樁在下沉和提升過程中均應注入水泥漿液，同時嚴格控制下沉和提升速度。在樁底部分適當持續攪拌注漿，做好每次成樁的原始記錄。

2.7 質量控制點

施工過程中質量控制點主要有4點，一是水灰比，二是鉆進速度和提升速度（成樁時間），三是控制每幅水泥漿注漿流量，四是水泥用量。

每幅三軸攪拌樁樁長確定后，水泥用量=試樁確定每米摻量×樁長。根據水灰比1.3，計算出注漿總量。每幅施工時間=（樁長/鉆進速度+樁長/提升速度）×2，每分鐘的注漿量=注漿總量/施工時間。每天可以施工幅數=有效施工時間/每幢施工時間。現以平均樁13.5m為例計算相應參數如表3所示。

表3 樁的理論施工參數表

（1）水灰比是三軸攪拌樁成樁的關鍵點，每天用水泥漿比重計隨機抽檢水泥漿比重是否滿足1.42，是控制成樁質量的關鍵因素。

（2）記錄每幅三軸攪拌樁施工的實際時長與理論時長對比，若實際時長比理論時長短，則可能注漿量達不到要求，導致成樁效果不滿足設計強度要求、止水效果得不到保證。因每幅三軸攪拌樁施工時間固定，從而每天施工幅數也是能計算出來。以每天施工時間為12h，根據表3每幅施工時間為67.5min，則每天可施工幅數=12×60/67.5=10.67幅，即每天能實現施工幅數不超過10幅。

（3）通過注漿泥漿測量儀器記錄每幅水泥漿實際注漿總量與理論注漿總量進行對比，可分析出注漿量是否異常。

（4）統計每天水泥進場實際用量和理論水泥用量和進行每天監控，進行對比，如下圖2所示。若發現理論水泥用量大于進場實際用量，則說明施工出現異常，需要進行檢查分析。

圖2 累計三軸理論與實際水泥用量折線圖

結語：

論文針對感潮段砂礫石堆填區采用三軸攪拌樁時施工質量控制較難的問題進行探討，通過對施工工序進行分析，在施工工藝上采取四攪四噴、增大水泥摻入量、改進水灰比等技術措施，嚴格按照要求施工，確保三軸攪拌樁的施工質量和施工進度滿足要求并實現了較好的止水效果，以期為日后類似工程的施工提供參考依據。