搅拌桩内套打钻孔灌注桩在暗浜深基坑围护工程中的应用

３２０　福建地质Ｇｅｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｆｕｊｉａｎ　第４期　搅拌桩内套打钻孔灌注桩　在暗浜深基坑围护工程中的应用　周友清　（福建省闽北地质大队，邵武，３６４２００）　摘要在暗浜地层内施工钻孔灌注桩时，易产生钻孑Ｌ扩径、孔内塌方事故，产生“叉腿　桩”及诱发搅拌桩次生“叉腿”，造成钻孑Ｌ灌注桩与搅拌桩之间的产生大的缝隙。基坑开挖时，　基坑外侧的地下水沿缝隙渗入，造成基坑外侧土体压缩变形，引起地表开裂、产生不均匀沉降。　搅拌桩内套打钻孔灌注桩系先用低渗入量水泥将暗浜土搅拌成复合土，提高暗浜土的质量，然　后在复合土内钻进成桩，其作用是避免钻孔灌注桩在暗浜土段的扩径、塌方超灌事故，确保了　基坑桩基围护工程施工质量。　关键词　搅拌桩钻孔灌注桩　暗浜　叉腿桩基坑围护　地下连续墙、钻孔灌注桩加水泥搅拌桩帷幕止水因其刚度大、抗弯能力强、抗渗止水效　果好、变形较小，主要用于周围相邻建筑或地下管线对沉降与位移较高的深基坑、超深基坑　围护，如地铁车站一类重要市政设施工程等。比较常用有效的方法是按常规方法设置钻孔灌　注桩，然后在钻孔灌注桩桩后设置水泥搅拌桩，组成挡土防水帷幕（钻孔灌注桩挡土、水泥　搅拌桩止水），防止渗水和土体从桩间流失，这种组合具有可分段施工，在不良地质条件下　容易成孔，既挡土又止水抗渗，施工快速，工程造价相对低廉等优点，在上海软土地层深基　坑围护工程中广泛使用。　１　工程概述　福建省闽北地质大队承接的上海某商厦基坑桩基围护工程项目，该项目位于上海老城隍　庙的东南角，与城隍庙古城墙最小距离不足１０　ｍ。有一宽约５　ｍ、深３～８　ｍ的暗浜通过，　且靠近城隍庙一侧的围护桩就设计在暗浜内。根据施工场地地质资料及其它单位在同一地段　工程施工中遇到的难题，我队项目部提出在搅拌桩内套打钻孔灌注桩的施工设计方案，能较　好地解决暗浜土段的扩径、塌方超灌事故这一技术难题，取得了良好的经济效益和社会效　益。　该项目桩基围护工程基坑开挖深度９．５　ｍ。中国船舶第九设计研究院（下称上海九院）　采用钻孑Ｌ灌注桩加双排搅拌桩止水帷幕的围护设计方案，设计围护钻孑Ｌ灌注桩直径９００　ｍｍ，桩长２４．０　ｍ，水下混凝土标号Ｃ３０；搅拌桩直径７００　ｍｍ，桩长１６．５　ｍ、水泥掺入量　收稿日期：２０１３－０９—０３　作者简介：周友清（１９６３一），男，工程师，水文地质工程地质专业。　第　４期　周友清：搅拌桩内套打钻孔灌注桩在暗浜深基坑围护工程中的应用　３２１　１４　。　２工程存在问题　上海濒临东海，是典型的软土分布地区，由于古气候冷暖交替变化，引起了海侵海退、　江河摆荡和延缩、湖泊发育与消亡，在江、湖、海的交互作用下，经历了沉积冲刷、再沉积　的反复作用，局部地基下埋藏一特殊地层——暗浜。上海地区暗浜系由含水量高、孔隙比　大、强度低、压缩性高，具有明显的触变特性和流变特征的黑色带有臭味的流塑状淤泥质粘　性土组成，为极不良软弱地层。　在暗浜类地层施工钻孔灌注桩时，泥浆护壁极为困难，钻进过程易产生扩径、孔斜、孔　内塌方等事故，继而引发基坑开挖质量事故。因为钻孔围护灌注桩桩间间距小（桩与桩间距　为１０　ｃｒｎ），施工顺序是先施工１，３，５，７……钻孔，再施工２，４，６，８……钻孔（图１），　但由于暗浜的存在，先施工的１，３，５，７……钻孔灌注桩在暗浜段出现扩径（大肚子），造　成后施工的２，４，６，８……钻孑Ｌ灌注桩产生孔斜，形成类似人类两脚叉开站立的姿势，即　所谓的“叉腿桩”（图２）。当钻孔灌注桩向基坑外侧“叉腿”时，又诱发了搅拌桩的次生　“叉腿”。钻孑Ｌ灌注桩与搅拌桩“叉腿”现象的叠加，使得基坑围护桩桩与桩之间的间距变　大，产生大的缝隙。基坑开挖时，地下水开始沿缝隙渗出，随后具触变特性和流变特征的暗　浜土被触动，导致软流塑状的淤泥质暗浜土体涌入基坑，造成基坑外侧土体压缩变形，引起　地表塌陷、产生不均匀沉降。　１　３　５　７　９　桩中心线　２　４　６　８　１Ｏ　图１钻孔灌注桩施＇Ｔ＇ｌｌｌ￣序　Ｆｉｇ．１　Ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｓｅｑｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｂｏｒｅｄ　ｐｉｌｅｓ　根据该商厦岩土工程地质勘察技术资料，及紧临的商厦基坑围护工程施工中出现严重的　扩径、孔斜事故。分析认为施工出现“叉腿桩”是基坑开挖渗漏的主要原因。　２．１施工中常规的解决方法　常采用钻机回转钻进将扩径段混凝土消除的方法进行处理，即当１，３号桩出现超灌扩　径后，钻机继续向前施工５，７，……桩，待３号桩桩身混凝土养护１～３　ｄ或７　ｄ后，再来　施工２号桩，从而达到消除１，３号桩扩径段混凝土的目的。但上述处理方法常受到已竣工　桩桩身混凝土强度养护条件的严格限制，１～３　ｄ养护时间，已竣工桩桩身混凝土强度较低，　易受钻机钻进扰动破坏，继而破坏桩身强度，威胁基坑开挖安全。７　ｄ养护时间，已竣工桩　桩身混凝土强度达到设计强度的６０　以上，钻进施工难度大，处理时间长，长时间的泥浆　冲刷极易导致２号桩扩径超灌（向基坑内、外扩径），引发新的质量问题。该技术处理方法　已被明令禁止。　３２２　福建地质Ｇｅｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｆｕｊｉａｎ　第３２卷　２．２设计中常规的解决方法　设计中通常采用加大搅拌桩帷幕止水厚度方案来解决（在钻孑Ｌ灌注围护桩的外侧多增加　一排或多排搅拌桩帷幕止水）。这种处理方案可行性常受制于施工场地条件。　该项目地处老城隍庙商业闹市区，可利用土地极为有限，因此，加大搅拌桩帷幕厚度进　２．３施工技术创新　行止水的方案不可行。项目部工程技术人员根据场地岩土工程地质勘察技术资料，结合建筑　领域利用复合地基提高地基土承载力的技术思路，创造性的提出在搅拌桩内套打钻孔灌注桩　的施工设计方案。即在施工钻孔围护灌注桩之前，先利用水泥作为固化剂，通过深层搅拌机　械，将暗浜土与固化剂强制搅拌，利用固化剂和暗浜土间产生的一系列物理化学反应，使暗　浜土固结成具一定整体性、水稳定性和一定强度的复合土，提高暗浜土土体质量，然后在搅　拌桩内套打钻孔灌注桩，避免施工钻孔灌注桩时产生扩径、孔斜、塌方事故，确保基坑围护　开挖施工质量。具体设计方案是保持钻孔灌注桩设计技术参数不变，但在施工钻孔灌注桩之　前，在其中心位置先施工双排桩长１２　ｍ，水泥掺入量为６　的搅拌桩；外侧水泥掺入量　１４％的搅拌桩由双排改为单排；待钻孔灌注桩与水泥掺入量１４　的搅拌桩施工结束后，再　在钻孔灌注桩与水泥掺入量１４　的搅拌桩中间施工一排孔深１２　ｍ，间距１　ｍ的压密注浆。　基坑围护桩设计方案（图３）。　图２　“叉腿桩”示意图　Ｆｉｇ．２　Ｓｃｈｅｎｍｔｉｃ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｏｒｋ　ｌｅｇ　ｐｉｌｅ　图３基坑围护设计方案　Ｆｉｇ．３　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｐｉｔ　３　工程施工　首先沿钻孑Ｌ灌注桩中心线先施工双排水泥掺人量６　的搅拌桩，然后在水泥掺人量６　搅拌桩内套打钻孔灌注桩，在围护钻孔灌注桩结束后，再在其外侧施工单排水泥掺入量　１４　９／６的搅拌桩，最后在钻孔灌注桩和水泥掺入量１４　搅拌桩之间施工一排压密注浆。　３．１水泥搅拌桩　（１）设备就位后，必须调整机台水平，其垂直度偏差不得大于１　。施工过程中发现偏　差过大时，应及时调整，确保成桩后的垂直度不超过１　，桩位偏差小于２０　ｍｍ。　（２）制备好的水泥浆不得有离析现象，停置时间不得超过２　ｈ，若停置时间过长，应将　第　４期　周友清：搅拌桩内套打钻孔灌注桩在暗浜深基坑围护工程中的应用　３２３　浆液倒掉重新搅拌。　（３）水泥搅拌桩施工采用二喷四搅工艺，第一次下钻时为避免堵管可带浆下钻，喷浆量　应小于总量的１／２，严禁清水下钻。提升速度为０．５～１．０　ｍ／ｍｉｎ，暗浜段提升速度不得超　过０．５　ｍ／ｍｉｎ，注浆压力控制在０．４～０．６　ＭＰａ。　（４）搅拌提升时，必须保证供浆连续。一旦因故停浆，必须立即通知前台操作员，为防　止断桩和缺浆，应将搅拌头下沉至停点以下０．５　ｍ，待恢复供浆时再喷浆提升，相邻搅拌桩　搭接不得超过１２　ｈ。　３．２钻孔灌注桩　（１）待６％搅拌桩终凝（普通硅酸盐水泥终凝时间不得迟于６．５　ｈ）后开始挖设钻孔灌注　围护桩护筒，１２　ｈ后钻机方可就位开钻。　（２）钻机就位后，应认真调平对中，施工过程中发现偏差过大时，应及时调整，确保成　孔后的垂直度不超过１　，桩位偏差小于５０　ｍｍ。　（３）钻孔灌注桩施工方法按先施工１，３，５，７……钻孔，回过头来再施工２，４，６，８　……钻孔的顺序进行。　（４）施工过程应严把暗浜复合土与原状土软硬地层交替进尺关，当钻头即将穿透暗浜复　合土时，钻机应改为低速钻进，直至钻头穿过暗浜复合土进入下部原状土２　ｍ后才能调为　高速钻进，克服钻孑Ｌ灌注桩软硬交替地层钻进易产生孔斜的技术问题，确保钻孔垂直度的设　计技术要求。　（５）按设计要求制作、焊接、安装钢筋笼及其保护层垫块，以确保钢筋笼制作焊接安装　质量及其混凝土保护层厚度。　（６）首批混凝土灌注量，导管埋设深度不得小于１　ｍ，正常灌注时埋深宜控制在２～６　ｍ。　３．３　压密注浆　（１）１４　搅拌桩竣工７　ｈ，人工将围护桩上部浮渣清除，露出桩头后开始放样，压密注　浆孔必须布置在搅拌桩（水泥掺入量６　、１４　）与钻孔灌注桩之间的缝隙内。　（２）严格按设计配比拌制水泥浆，浆液必须经充分搅拌均匀后（不少于３　ｍｉｎ）才能开　始注浆。　（３）注浆采用注浆量与注浆压力双控原则。注浆采用自下而上进行，注浆压力控制在　０．２～０．４　ＭＰａ。　４　工程效果　施工过程中没有出现扩径超灌钻孔，钻孔灌注桩充盈系数（实际灌注混凝土方量与设计　理论灌注混凝土方量之比）在１．１～１．２。基坑开挖时，钻孔灌注桩桩径均匀，桩与桩之间　缝隙被水泥掺入量６　搅拌桩和水泥掺人量１４　９／５搅拌桩均匀充填，没有出现超径（大肚子）　及孔斜（叉腿桩）现象，基坑围护工程挡土止水效果良好。　５　结语　由于暗浜具有明显的触变特性和流变特征，受机械扰动、泥浆冲刷等外力作用极易发生　３２４　福建地质Ｇｅｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｆｕｊｉａｎ　第３２卷　“涌动”，在该类地层内施工钻孔灌注围护桩时，泥浆护壁极为困难，钻孔易产生扩径、孔　斜、塌方事故，引发基坑开挖质量事故。搅拌桩内套打钻孔灌注桩，是利用水泥作为固化　剂，通过深层搅拌机械，将暗浜土与固化剂强制搅拌，利用固化剂和暗浜土之间所产生的一　系列物理化学反应，使暗浜土固结成具一定整体性、水稳定性和一定强度的复合土，提高暗　浜土土体质量，进而避免在其内部施工钻孔灌注桩时产生扩径、孑Ｌ斜、塌方事故，确保基坑　围护开挖施工质量。　该方案在上海某商厦深基坑开挖围护工程中取得了极佳的效果，受到业主和设计单位的　一致好评，工程竣工后，设计单位已将该方案作为一成功范例在类似工程设计中推广使用。　参　考　文　献　ＤＢＪＯ８—４０—９４．上海市地基处理技术规范．　ＤＧＪＯ８—１１－－１９９９．上海市地基基础设计规范．　ＤＢＪＯ８　３７　２ｏ０２）．上海市工程建设规范岩土工程勘察规范．　刘昌辉，时红莲．基础工程学．武汉：中国地质大学出版社，２００５　沈杰．地基基础设计手册．上海：上海科学技术出版社，１９８５．　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｉｘｉｎｇ　ｐｉｌｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｅｔ　ｏｆ　ｂｏｒｅｄ　ｐｉｌｅｓ　ｉｎ　ｈｉｄｄｅｎ　ｃｒｅｅｋ　ｆｉｌｌｓ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　Ｚｈｏｕ　Ｙｏｕｑｉｎｇ　（Ｂｒｉｇａｄｅ　ｉｎ　ｎｏｒｔｈｅｒｎ　Ｆｕｊ　ｉａｎ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｂｏｒｅｄ　ｐｉｌｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｈｉｄｄｅｎ　ｃｒｅｅｋ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｉｔ　ｇｏｅｓ　ｅａｓｙ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｈｏｌｅ　ｄｉａｍｅｔｅｒ　ａｎｄ　ｈｏｌｅ　ｃｏｌｌａｐｓｅ　ａｃｃｉｄｅｎｔ．”ｆｏｒｋ　ｌｅｇ　ｐｉｌｅ”ａｎｄ　ｍｉｘｉｎｇ　ｐｉｌｅ　ｉｎｄｕｃｅｄ　ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　ｆｏｒｋ　ｌｅｇ，ａｎｄ　ｍｉｘｉｎｇ　ｐｉｌｅｓ　ａｎｄ　ｂｏｒｅｄ　ｐｉｌｅｓ　ｈａｓ　ｂｉｇ　ｇａｐ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｆｏｕｎ—　ｄａｔｉｏｎ　ｐｉｔ　ａｎｄ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｐｉｔ，ｌａｔｅｒａｌ　ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ　ｇｏｅｓ　ａｌｏｎｇ　ｔｈｅ　ａｐｅｒｔｕｒｅ　ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ，ｃａｕ—　ｓｅｓ　ｓｏｉｌ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｐｉｔ　ｌａｔｅｒａｌ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｓｕｒｆａｃｅ　ｃｒａｃｋｉｎｇ，ａｎｄ　ｕｎｅｖｅｎ　ｓｅｔｔｌｅ—　ｍｅｎｔ．Ｍｉｘｉｎｇ　ｐｉｌｅｓ　ｗｉｔｈｉｎ　ａ　ｓｅｔ　ｏｆ　ｂｏｒｅｄ　ｐｉｌｅｓ　ｉｓ　ｆｉｒｓｔ　ｗｉｔｈ　ａ　ｌｏｗ　ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ　ａｍｏｕｎｔ　ｗｉｌｌ　ｂｅ　ｈｉｄｄｅｎ　ｃｒｅｅｋ　ｓｏｉｌ　ｃｅｍｅｎｔ　ｍｉｘｉｎｇ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｓｏｉｌ，ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈｉｄｄｅｎ　ｃｒｅｅｋ　ｓｏｉｌ，ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｗｉｔｈｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｓｏｉｌ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｐｉｌｅ，ｉｔｓ　ｒｏｌｅ　ｉｓ　ｔｏ　ａｖｏｉｄ　ｔｈｅ　ｈｉｄｄｅｎ　ｃｒｅｅｋ　ｓｏｉｌ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｂｏｒｅｄ　ｐｉｌｅｓ　ｉｎ　ｈｏｌｅ　ｅｎｌａｒｇｅｍｅｎｔ，ｓｕｐｅｒ　ｃｏｌｌａｐｓｅ　ａｃｃｉｄｅｎｔｓ，ｔｏ　ｅｎｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｊ　ｅｃｔ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　ｍｉｘｉｎｇ　ｐｉｌｅ，ｂｏｒｅｄ　ｐｉｌｅ，ｈｉｄｄｅｎ　ｃｒｅｅｋ，ｐｉｔ　ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ，ｆｏｒｋ　ｌｅｇ　ｐｉｌｅ，ｆｏｕｎ—　ｄａｔｉｏｎ　ｐｉｔ