软土地区复杂周边环境下深层水泥土搅拌桩“跳仓法”施工技术

2016-01-30 11:19:18 安装信息网

袁庆龙，刘天阳，张秀川，耿东各，朱明华

（中建一局集团建设发展有限公司，北京 100102）

[摘要]随着城市地下空间的开发和利用，城市轨道交通网络越来越密集，临近地铁的地下工程也日益增多。地下工程施工对正在运营的地铁区间隧道、地铁车站及附近保护建（构）筑物的保护要求极高，施工难度极大。为降低因基坑开挖对地铁及保护建（构）筑物造成的影响，本工程采用深层水泥土搅拌桩进行裙边加固和抽条加固，取得了良好的效果。

[关键词]桩；深层水泥土搅拌桩；加固；施工技术

[中图分类号] TU753.3 [文章编号]1002 -8498( 2016) 01-0024 -04

1 工程概况

某工程地上8层，地下5层，框架剪力墙结构，其中地下总建筑面积为66 200m2，地上总建筑面积为137 000m2。地上建筑主体高度48. 30m，基底标高- 19. 060m。该工程位于天津市和平区商业核心区域，同时也是天津市“历史文化保护区”的心脏地带，四周均为市政主干道。该工程为地铁上盖物业，一侧紧贴已运营的城市地铁，一侧紧邻2座重点保护大楼，周围环境十分复杂。

2 工程地质与水文地质条件

2.1 工程地质条件

根据工程地质勘察报告，与降水工程相关土层主要为上更新统第四组滨海潮汐带沉积层（地层编号⑩1)，主要为杂填土、粉质黏土及黏土，土层情况如下：①2素填土厚1. 90~4.50m，松散状态黏土、粉质黏土质，含少量砖渣、灰渣等，属中~高压缩性土。④1粉质黏土、黏土厚0. 50~3.50m，可塑状态，无层理，含铁质，属中压缩性土。④2粉土、粉质黏土厚0. 50~1.70m，粉土呈稍密~中密状态，无层理，含铁质，属中压缩性土。⑥1粉质黏土厚3. 50~4.20m，软塑状态，有层理，含贝壳，属中压缩性土。⑥4粉质黏土厚4. 00~4.80m，软塑状态，有层理，含贝壳，属中压缩性土。⑦粉质黏土厚0. 80~1.60m，可塑状态为主，无层理，含有机质、腐殖物，属中压缩性土。⑧1粉质黏土厚2. 30~4. 00m，可塑状态，无层理，含铁质，属中压缩性土。⑧2粉土厚1. 50~3.20m，密实状态，无层理，含铁质，属中（近低）压缩性土。⑨2粉砂、粉土厚6. 00~9.20m，密实状态，无层理，含铁质，属低压缩性土。⑨2-1粉质黏土厚0. 50~3.50m，可塑状态，无层理，含铁质，属中压缩性土。⑩1粉质黏土、黏土厚1. 90~2.70m，可塑状态，无层理，局部含贝壳，属中压缩性土。

2.2水文地质条件

1)潜水含水层含水介质颗粒较细，水力坡度小，地下水径流十分缓慢。排泄方式主要有蒸发、人工开采和向下部承压水、地表水体渗透。沼泽相沉积层粉质黏土（地层编号⑦）属不透水~弱透水层，可视为潜水含水层与其下承压含水层的相对隔水层。

2)第一承压含水层全新统下组陆相冲积层粉质黏土、粉土、上更新统第五组陆相冲积层粉土、粉砂透水性好，为第一承压含水层。上更新统第五组陆相冲积层粉质黏土及上更新统第四组滨海潮汐带沉积层粉质黏土、黏土、上更新统第三组陆相冲积层粉质黏土透水性较差，可视为第一承压含水层隔水底板。

3 基坑支护设计概况

3.1设计概述

该工程基坑设计深度- 19. 060m，开挖面积达到13 100m2。基坑围护结构采用地下连续墙，同时将基坑分为4个区域，分阶段“跳仓”施工，其中I区面积约5 000m2，Ⅱ区面积约6 000m2，Ⅲ区面积约1300m2，Ⅳ区面积约800m2，各区域之间使用临时地下连续墙隔开。

该工程一侧紧贴已运营地铁站体，一侧紧邻2座重点保护大楼，为降低因基坑开挖对地铁及保护建（构）筑物造成的影响，采用深层水泥土搅拌桩对基坑进行裙边加固和抽条加固。加固区域以场区东南侧地铁站附近及保护性建筑附近基坑内土体加固为主。三轴搅拌桩加固区域与地下连续墙之间使用等强度高压旋喷桩(无侧限抗压强度1. 0MPa)进行加固，深度同三轴搅拌桩。搅拌桩加固采用三轴850@ 600水泥搅拌桩，采用标准连续方式施工，加固平面如图2所示。

1)高压旋喷桩加固区域1 加固区域为坑底以下4m（- 19. 080~- 23. 080m），加固区域剖面如图3a所示。

2)高压旋喷桩加固区域2加固区域为坑底以下4m（- 19. 080~- 23. 080m），加固区域剖面如图3b所示。

3)三轴搅拌桩加固区域1 加固区域为- 13. 000~- 30. 000m，加固区域剖面如图4a所示。

4)三轴搅拌桩加固区域2 加固区域为- 13. 000~- 30. 000m，加固区域音0面如图4b所示。

5)三轴搅拌桩加固区域3 加固区域为坑底以下4m（- 19. 080~- 23. 080m），加固区域剖面如图4c所示。

3.2 三轴搅拌桩工艺要求

1)三轴搅拌桩采用42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比1.2，强加固区水泥掺入比20%，弱加固区水泥掺入比10%。

2)桩身采用一次搅拌工艺，水泥和原状土须均匀拌合，下沉及提升均为喷浆搅拌，为保证水泥土搅拌均匀，必须控制好钻具下沉及提升速度，钻机钻进搅拌速度一般在1 m/min，提升搅拌速度在

1.0~1.5 m/min，在桩底部分重复搅拌注浆。

3)提升速度不宜过快，以免出现真空负压、孔壁塌方等现象。搅拌桩成桩应均匀、持续、无颈缩和断层，严禁在提升喷浆过程中断浆，特殊情况造成断浆应重新成桩施工。垂直偏差≤L/200（L为桩长）。

4)三轴搅拌桩养护时间28d，无侧限抗压强度1. 0MPa。加固体以上扰动部分需要弱加固，无侧限抗压强度0. 4MPa。

3.3 高压旋喷桩工艺要求

1)高压旋喷桩采用42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比0.8，空气压力0. 7MPa，浆液压力3MPa，水压25MPa，提升速度10cm/min，旋转速度10 r/min，浆液流量100 L/min，分段提升喷射搭接长度15cm，水泥掺量25%，超喷搅高度50cm以上。

2)高压旋喷桩成桩应均匀、持续、无颈缩和断层，严禁在提升喷浆过程中断浆，特殊情况造成断浆应重新成桩施工。垂直偏差≤L/200（L为桩长）。

3)高压旋喷桩养护时间28d，无侧限抗压强度1. 0MPa。

4 深层水泥土搅拌桩加固原理

4.1 三轴搅拌桩加固原理

三轴搅拌桩施工是采用三轴型钻掘搅拌机在现场向设计深度进行旋转掘进，同时在灰浆系统及高压风系统的配合作用下，在钻头处喷射出水泥浆液，钻头及螺旋钻杆将水泥浆与原位土体反复混合搅拌，在各桩单元之间采取重叠搭接咬合方式施工，使土体的均匀性、自立性、密实度、抗压强度等性能参数指标提高，从而满足设计需求的一种施工工艺。其土体改良的机理是：用水泥作为固化剂加固软土时，水泥和软土将产生一系列物理和化学反应，从而增加了颗粒之间的黏结力，增加了土体的强度和密实度，形成具有一定强度和稳定性的水泥加固土。改良后的土体在抗压强度指标上远远高于原天然软土强度，压缩性及渗水性比天然软土也大大降低。

4.2高压旋喷桩加固原理

高压旋喷桩进行地基加固一般包括成孔和喷射加固2个阶段。成孔阶段采用钻机进行预成孔，通过钻机确保喷头达到指定深度。

在喷射加固阶段，通过喷射管向土中喷射高压水泥浆或其他硬化剂。喷射的同时，钻杆边旋转边向上提升。喷射出的高压水泥浆在切削周围土体的同时，也与之搅拌混合，最终形成了水泥浆与土相结合的柱状加固体，也就是“旋喷桩”。

4.3深化设计

根据设计情况，为进一步提高工程质量，在该工程施工之前对加固区域进行深化设计。深化内容为施工节点深化和施工顺序深化。

4.3.1节点深化

将三轴搅拌桩和高压旋喷桩施工节点按照设计要求和相关规范要求进行深化，具体节点详图如图5所示。