水泥搅拌桩重力坝在基坑围护中的应用

水泥搅拌桩重力坝在基坑围护中的应用

冯翔

上海亚新城市建设有限公司  上海

摘要：在基坑围护中水泥搅拌桩重力坝是比较常用的一种形式，当基坑开挖深度不大时，采用深层搅拌法将水泥与土体充分混合并重复均匀搅拌，通过彼此间发生一连串物理化学反应从而形成具有一定强度与承载力的水泥土桩挡墙，同时还具有良好的防渗性能，此工法尤其适用于上海软土地基。本文以头桥未来空间产业园项目为例，通过介绍双轴搅拌桩重力坝的施工工艺及其应用，但愿能给往后类似的项目提供针对性的参考价值。

关键词：基坑围护  水泥搅拌桩  重力坝  软土地基

引言：早在上世纪70年代，便有利用机械将水泥和土进行强制拌和以达到加固软土地基目的的先例，随着科学的进步和发展，水泥搅拌桩经过四十多年的创新与改进，该工艺已达到成熟先进水平。考虑到本工程基坑面积较大，工期紧张，同时结合地勘资料得知地块周边环境并不复杂，且无重大危险源，正好减轻了水泥搅拌桩施工时对土产生的挤力影响，也降低了安全隐患，从而使得水泥搅拌桩重力坝围护结构成为了本工程的不二之选。

1、工程概况

头桥未来空间产业园项目位于上海市奉贤区浦南机电园05-03地块地块南临蔡建河，西临园区西路，北临05-01地块，东临新朝河，项目总建筑面积约为72727.01平方米，工程总投资58000万元，建设项目包括两栋研发楼，8栋厂房和一层整体地下车库（地库基坑开挖深度详见表1）。

表1基坑开挖深度一览表

基坑围护采用双轴搅拌桩重力坝形式（详见图1），根据设计要求双轴水泥搅拌桩φ700@500，搭接200，选择强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥，其中水灰比为0.60，水泥掺入比（水泥重量/加固土重）为13%，遇暗浜处水泥掺量提升至16%，局部落深区域采用双轴水泥搅拌桩+钻孔灌注桩+Φ609钢管支撑围护形式（详见图2）。

图1基坑围护布置图

图2支撑平面布置图

2、工程地质条件

根据勘察资料显示，地块内土层主要由砂土、粉性土和饱和粘性土三部分构成。

①层杂填土：碎石、碎砖块分布在表层，粘性土分布在下层，松散不均。

②层粉质粘土：可塑至软塑之间，含铁锰质斑点，呈褐黄、灰黄色，表面略带光泽，中等干强度，中等韧性。

③层灰色淤泥质粘土：少许有机质云母，掺杂粉性土，表面略带光泽，中等干强度，中等韧性。

③夹层灰色砂质粉土：主要包含石英、云母、长石等矿物，颗粒较松散、饱和、微密，带有一定压缩性。

④层灰色淤泥质粘土：呈流塑状态，含有机质，掺杂粉砂，土质均匀有光泽，高韧性和干强度。

⑤层灰色粘土：呈软塑状态，含腐植物，夹有机质条纹、少量泥质结核，底部夹粉质粘土，有光泽，高韧性和干强度。

⑥层粉质粘土：呈硬塑状态，主要含氧化铁条纹，少许铁锰质结核，暗绿色，表面略带光泽，中等干强度和韧性。

⑦1层砂质粉土，主要含氧化铁条纹，掺杂粘性土，草黄色，状态中密，表面无光泽，低韧性和干强度。

⑦2层粉砂：主要含云母、石英，局部掺杂少许粉性土，灰黄色，状态密实。

3、围护方案选择

本工程基坑周长约597米，开挖面积约12962平方米，普遍挖深6.05m、5.45m，通过研究考察项目场地、周边环境、工程地质等情况，并综合全面考虑安全、进度、质量、造价、施工方便等各要素，同时参照以往类似的项目经历，本基坑工程初步确定如下三个围护方案：

方案一：钻孔灌注桩搭配止水帷幕。此方案已有类似工程经验，工艺成熟，具有刚度大、止水性好、对周边地层、环境影响小等特点，适用于深大基坑，但成本较高。

方案二：SMW工法桩。此工法利用机械对地层进行钻掘，通过注入水泥浆液与土层强制混合搅拌，并采用重叠搭接工艺，在水泥土未完全固结前将型钢插入其中，既加强了连续墙强度和刚度，又保证了其连续无接缝的特性。此工法具有强度大、止水效果好、工期短、环境污染小等特点，并由于插入的型钢后期能够拔出反复使用，因此还具备一定的经济性，但其用于软土地层时，通常变形较大。

方案三：双轴搅拌桩重力坝、局部落深区选择重力坝+钻孔灌注桩+钢支撑围护。搅拌桩重力坝相对安全可靠，耐久性好，施工机械化程度高，同时具有无支撑和拉锚、墙体止水性好、坑内干燥整洁、造价低等特点，而且对地基和周围环境的影响性小。

由于该项目基坑面积较大，开挖深度超过5米，工期紧、场地受限等因素，且在地下室施工过程中需利用基坑外场地临时行车及堆载，同时考虑造价，施工便捷及周围环境的影响，最终一致选用方案三。事实证明，此方案不仅满足了基坑防渗和挡土的要求，而且坝体上也同时具备临时行车及堆物的条件，在经济、技术、质量、安全上都得到了保障。

4、双轴搅拌桩重力坝施工

4.1工艺流程

双轴水泥搅拌桩工艺流程为：平整场地→测量放线→桩机定位→制备泥浆→预搅下沉→喷浆搅拌提升→搅拌下沉→喷浆搅拌提升→搅拌下沉→搅拌提升至孔口→停搅→移位。

4.2水泥浆拌制、成孔钻进及搅拌成桩

双轴搅拌桩采用两喷三搅成桩工艺，即第一次预搅下沉时不喷浆，在第一次提升时边搅拌边喷浆（约70%）；第二次下沉时同样不喷浆，在第二次提升时继续边搅拌边喷浆（约30%）；第三次下沉及提升时均不喷浆。水泥土搅拌桩施工时应根据设计要求的水灰比（0.60）稍加提前或同步配制泥浆，并应采取相应措施防止已制备的浆液发生离析，严格控制每一次的成桩质量，同时准确填写原始数据，以便后期检查与复核。

4.3施工质量保证措施

（1）水泥搅拌桩选择强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥，水灰比0.60，水泥掺入比（水泥重量/加固土重）13%，加固土平均土重按18kN/m3考虑。

（2）在进行搅拌桩施工之前，首先应按设计要求进行试桩（不少于2根），并对其进行技术质量性能检测，由此确定相关工艺参数。

（3）在喷浆搅拌过程中，要对钻机的升降速率进行严格的调控，确保其上升速率不超过0.5m/min，下降速率不超过1.0m/min。钻头每次旋转时，其升降的幅度应控制在10~15mm以内。

（4）当钻头预搅下沉至设计标高或提升至孔口时，不得直接提升或下沉，应在浆液和土层充分搅拌30s后再进行。

（5）水泥土搅拌桩必须持续不间断进行施工，每两根相邻桩之间的施工时间间隔不得大于12h，若由于特殊情况导致两根相邻桩搭接时间大于12h，为便于后续桩间的施工必须预留必要的榫槽；若超过24h则必须在接头旁加桩补强。

（6）为便于检测桩身强度，每台班应根据搅拌桩施工数量制作试块，28天无侧限抗压强度不低于0.8MPa。

（7）桩机就位后认真复核场地平整度及坐标基准点，确保每个桩位偏差不超过20mm，垂直度偏差不超过1/100。

（8）水泥搅拌桩质量检测要求应符合《基坑工程技术标准》，通过钻孔取芯来测定水泥土混合桩的桩体强度，并在基坑施工之前对整个桩长的桩芯进行连续钻井。根据规范及设计要求，取芯应在业主或监理的监督下随机进行，其数量不得低于总桩数的1%且不少于3根，若经检测发现质量不符合要求须随机加倍取芯，其空隙应及时进行注浆。

（9）水泥搅拌桩施工时，应严格控制对周边环境的挤土影响，要求采取背离保护环境顺序施工搅拌桩，施工方应根据周边环境的变形监测实施信息化施工。

5、效果验证

5.1漏水情况

由于疫情影响，本项目基坑工程仍处于施工阶段，但从基坑开挖至今，未曾发现有明显的渗漏现象（见图3）。

图3基坑开挖后图片

5.2基坑围护变形

从基坑开挖至地下室结构完成期间，第三方监测机构每日均在实施施工监测，其竖向位移和水平位也移均在设计允许范围内，具体变化情况详见表2。

5.3钻芯取样

基坑围护施工完成并经过28天的养护后，第三方检测单位根据搅拌桩的数量在现场随机抽取5根桩进行钻芯取样，经检测其无侧限抗压强度均大于0.80MPa（详见表3），同时满足设计和规范要求。

表3组钻心取样检测结果

6、结语

本文主要介绍了双轴搅拌桩重力坝围护体系的施工工艺及技术质量保证措施，通过科学合理的计划、实施和管理，既保证了基坑的安全、进度和质量，又节约了成本，其在本工程中的成功应用，取得了良好的经济效益和社会效益，也为同类工程提供了借鉴经验。

参考文献

[1]江建华. 双轴搅拌桩重力坝在大面积基坑中的应用[J]. 探矿工程：岩土钻掘工程, 2012, 39(12):4.

[2]王学滨. 浅谈水泥搅拌桩处理软土路基技术[J]. 城市建筑, 2017(5):1.

[3]朱喜良. 双轴搅拌桩重力坝在大面积基坑中的应用[J]. 建材与装饰, 2020(13):2.