三軸攪拌樁施工對周邊土體影響實測分析★

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備中心，江蘇 泰州 225700； 3.蘇州大學軌道交通學院，江蘇 蘇州 215021)

0 引言

水泥攪拌樁是用攪拌樁機將水泥漿液與土就地攪拌而形成的樁柱體，根據攪拌軸的數量，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結構(SMW工法樁、重力壩)、止水帷幕以及坑內加固等[1-2]。

人們在工程實踐中發現，水泥攪拌樁施工會對周邊土體及建(構)筑物產生一定的變形影響，進而逐步開始對此問題進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]通過現場實測，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行了實測分析；付艷斌等[7]模擬了雙軸攪拌樁側向擠土效應的4種荷載模式，結合實測資料并采用數值分析驗證了荷載模式的合理性。王煜[8]根據現場實測資料，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；鄭堅杰[9]通過對現場實測數據分析，研究了三軸攪拌樁施工工藝參數對周邊土體變形的影響。

雖然水泥攪拌樁施工對周邊環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、施工參數等諸多因素影響，因此針對不同性質土層，深入開展本課題研究仍然十分必要。

本文通過現場實測，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點處上跨蘇州軌道交通4號線姚祥路站—活力島站地下區間隧道，與軌道交通4號線斜交約為73°。工程采用明挖法施工，基坑設計長度約36.5 m、寬度約42.2 m、深度約6.2 m。坑內土體采用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域，其中在地鐵盾構隧道上、下行線外側各1.5 m～4.5 m范圍內，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、下行線西側4.5 m以外部分加固至距地鐵盾構隧道頂面1.5 m處，如圖1(b)所示。

本工程地質勘察報告顯示，基坑現場的土層主要為素填土、黏土、粉質黏土和粉質黏土夾粉土等，具體見表1。

表1 土層分布表

2 測試方案

現場實測選擇在基坑中間分坑上行線東側區域(如圖1所示)的部分三軸攪拌樁(如圖2所示)施工期間，實測內容包括：孔隙水壓力、深層土體水平位移(測斜)、地表沉降等。

現場布設孔壓孔(S-KY)、測斜孔(S-CX)、地表沉降點(S-DB)各兩個，各測孔(點)平面布置如圖2所示。每個孔壓孔在地表下2 m，5 m，8 m深度處各布設一個孔壓計(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

現場實測區域部分三軸攪拌樁施工順序和時間如表2所示。

表2 施工工況

4 實測結果與分析

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S-KY1-1，S-KY1-2，S-KY1-3和S-KY2-1，S-KY2-2，S-KY2-3實測孔隙水壓力隨時間變化曲線如圖3所示。

由圖3可知：1)三軸攪拌樁施工開始的前23 h內孔隙水壓力隨時間增長并達到最大(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，距離施工區域越遠，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被破壞)實測深層土體水平位移隨時間變化曲線如圖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并發生在地表下2 m深度范圍內。

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測點實測地表沉降隨時間變化曲線如圖5所示，圖5中正值為地表隆起，負值為地表下沉。

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測點最大沉降值分別為9.36 mm和2.72 mm。

5 結論

本文通過現場實測，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律，得到主要結論如下：

1)三軸水泥攪拌樁施工開始的前23 h內孔隙水壓力隨時間增長并達到最大，之后隨時間逐漸減小，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，距離施工區域越遠，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，且隨著深度逐漸減小；地表豎向變形表現為下沉，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和其強度增長需要一定的時間，使得施工區域地層相對變弱，因此在側向土壓力作用下，周邊深層土體水平位移朝向樁體、地表豎向位移為下沉。