水泥搅拌桩在深基坑支护及止水中的应用

５６　西部探矿工程　２０１２年第６期　水泥搅拌桩在深基坑支护及止水中的应用　杨　光　，梁洪志　（辽宁水文地质工程地质勘察院，辽宁大连１１６０３７）　摘要：随着城市建设的飞速发展，高层建筑、地下工程的大量兴建和施工技术的发展及施工经验的　积累，水泥搅拌桩在基坑工程中的应用得到迅速推广。以中信地产首开区基坑支护工程为例，介绍大　连地区首次应用水泥土墙（水泥搅拌桩）支护方法进行基坑支护和止水，取得了显著的效果，证明了其　在深基坑支护中具有工程造价低、．Ｙ－期短、止水性能好的优点。在本次施工中遇到了场地内部分地段　块石、碎石含量较多，现场改用旋喷桩施工，解决了水泥搅拌桩施工困难、搅拌不均匀、止水效果不良　的问题。　关键词：水泥土墙；水泥搅拌桩；基坑支护；止水；旋喷桩　中图分类号：Ｕ４４３．１５文献标识码：Ｂ文章编号：１Ｏ０４—５７１６（２Ｏ１２）０６一Ｏ０５６—０３　１工程概况　本项目地位于大连市中山区大连港内，现大连港候　船厅西侧约３００ｍ，北临跃进路，南侧为大连港铁路公司　办公楼。地理坐标为东经１２１。３９　０１”～１２１。３９　１３”，北　纬３８。５５　３５”～３８。５５　４６　。规划用地面积５．０５５５×　使软土硬结而提高软土强度。软土经处理后，土体强度　显著提高，可很快投入使用。适用于处理淤泥、淤泥质　土、泥炭土和粉土土质。　２．１水泥的水解、水化　水泥遇水后发生水解与水化，生成氢氧化钙、含水　铝酸钙、含水硅酸钙等化合物。其中氢氧化钙和含水铝　酸钙溶解于水，随着水解与水化的反应，溶液达到饱和　之后，水与水泥继续反应形成凝胶体。　２．２离子交换　１０　ｍ。，总建筑面积３０１７２２ｍ　。拟建建筑共有１２栋单　体建筑，为住宅及公建。其中５栋超高层建筑，分别为　５０层、４８层、４５层、３８层、３３层，６栋２～３层公建、１栋　１～３层的会所。住宅、公建及广场设有地下２层车库。　场地存在地下水，地下水类型为潜水和基岩裂隙　水。因与海水连通性较强，水位受潮汐影响变化较大，　粘土颗粒在天然状态下表面带有负电荷，反离子层　为阳离子，呈胶体微粒状。反离子层中的Ｎａ＋、Ｋ＋能　水位埋深在１．６～３．２ｍ，渗透系数为７．１０６ｍ／ｄ，单井涌　水量为８６．４ｔ／ｄ。　同Ｃａ（ＯＨ）ｚ溶液中的Ｃａ抖进行离子交换，使土粒水化　膜变薄，土颗粒集合成大的团粒。此外，水泥水化后呈　分散状的凝胶颗粒，其比表面积约为原来的１０００倍，因　而产生很大的表面能，有强烈的吸附活性，能使较大的　基坑开挖深度为８．８～９．１ｍ，坑底高程为一５．８ｍ。　基坑坑底土层主要为淤泥质粉质粘土和粉质粘土层，地　下水位高，淤泥质粉质粘土强度低，且灵敏度高，设计及　施工难度较大。根据基坑四周环境和开挖深度要求，经　过技术、经济、工期分析，决定采用水泥土墙（水泥搅拌　桩）＋放坡＋土钉＋挂网喷射混凝土的联合支护方案。　２水泥搅拌桩的加固机理　土团粒进一步结合起来，形成水泥土的团粒结构，并封　闭了各土颗粒之间的孔隙。在较为松散的土体内部形　成了网络状胶结结构，具有牢固的联结，而宏观上则表　现为水泥土的强度大大提高。　２．３硬凝反应　水泥搅拌桩是利用水泥作为固化剂的主剂，是软土　固结处理的一种有效形式，利用搅拌桩机将水泥喷人土　体并充分搅拌，使水泥与土发生一系列物理化学反应，　水泥水化以后，溶液中析出的大量Ｃａ　，与Ｎａ＋、　Ｋ＋进行离子交换。当Ｃａ外数量超过离子交换的需要　量后，则在碱性环境中，Ｃａ　可与土中游离的二氧化硅　＊收稿日期：２０１２－０ｌ一１３　第一作者简介：杨光（１９６３一），男（汉族），辽宁大连人，高级工程师．现从事地质工程，水文工程，地质灾害勘奄、评估、治理工程，岩土工程等技术工　作。　２０１２年第６期　西部探矿工程　５７　和三氧化二铝进行化学反应生成不溶于水的稳定结晶　化合物。该结晶化合物在空气中和水中逐渐硬化，增大　了土体强度。而且由于其结构比较致密，水分不易侵　入，从而使水泥土具有足够的水稳定性。　２．４碳酸化作用　将现场场地平整好，清除桩位处地上、地下一切障　碍，场地低洼处填好粘土。正式大面积开工前，现　场进行了５根试验桩，经过试验测试，试验数据如　表１所示。　表１搅拌桩试验数据表　水泥水化后产生的游离氢氧化钙，能和空气和水中　的二氧化碳通过碳化反应生成不溶于水的碳酸钙，也可　以小幅度增加水泥土的强度，只是增长速度较为缓慢。　另外，从施工角度来看，水泥搅拌桩中不可避免会存在　原状土块和水泥团块，其粒径大小与强制搅拌的程度密　切相关。强制搅拌越充分，土块被粉碎得越小，水泥分　布到土中越均匀，水泥土结构强度的均一性就越好，即　宏观强度也就越高。　３基坑支护设计施工理念　３．１设计方案　根据基坑四周环境和开挖深度要求，经过技术、经　济、工期分析，决定采用水泥土墙（水泥搅拌桩）＋放　坡＋土钉＋挂网喷射混凝土的联合支护方案。　３．２设计参数　水泥土墙：采用深层搅拌法（湿法），水泥掺人比（水　泥掺人重量与被加固土天然重度之比）为１３　。水泥　浆水灰比０．４５～０．５５，采用Ｐ．Ｃ　３２．５普通硅酸盐水　泥。桩径５００ｍｍ，桩长７．６～８．５ｍ，桩距４００ｍｍ，搭接　宽度不小于ｌＯＯｍｍ。嵌入基坑底部４．Ｏｍ，加固体宽度　为２．５～３．５ｍ。桩轴线和垂直轴线方向均不宜超过　５０ｍｍ，垂直度偏差不宜大于１　。　放坡：基坑周边放坡坡率为（１：１．２５）～（１：１．５）。　土钉：采用　２５ｍｍ螺纹钢，间距２．ＯｍＸ２．Ｏｍ，梅　花形分布。　喷射混凝土：内铺设双向钢筋网　６．５ｍｍ＠　２００ｍｍＮ２００ｍｍ，喷射混凝土等级为Ｃ２０，混凝土喷射　厚度为ｌＯＯｍｍ。　基坑排水：基坑内部排水采用明排的方式，沿基坑　底四周设排水盲沟及集水井，排水盲沟宽８００ｍｍ，深　８００ｍｍ，集水井深３０００ｍｍ，直径８００ｍｍ。基坑外部采　用降水井的方式降水，降水井间距１８ｍ。每个降水井每　小时抽水量不少于２５ｍ。。　３．３水泥土墙（水泥搅拌桩）施工工序　水泥土墙施工工艺流程为桩位放样一钻机就位一　检验、调整钻机一钻进至设计深度一提钻并喷水泥浆一　至工作基准面一重复搅拌下钻至设计深度一提钻并喷　水泥浆至地表一成桩结束一施工下一根桩。　本次施工采用ＺＧＺ—Ａ型深层搅拌机，施工前　通过以上试验数据得出本次施工的最佳施工参数：　水泥搅拌配合比：水灰比为０．４５～０．５５，每米掺灰量为　５Ｏ～６０ｋｇ，搅拌机转速９０ｒ／ｍｉｎ，提升速度为　４０ｃｍ／ｍｉｎ，喷嘴压力为０．５ＭＰａ，每根桩成桩时间为　２０￣４０ｍｉｎ。　水泥土搅拌桩开钻之前，先用水清洗整个管道并检　验管道中有无堵塞现象，待水排尽后下钻。　施工时，用输浆胶管将储料管砂浆泵与深层搅拌机　接通，开动电动机，搅拌机叶片相向而转，钻至要求的加　固深度，再匀速提起搅拌机，与此同时开动砂浆泵，将水　泥浆从深层搅拌机中心管不断压人土中，由搅拌叶片将　水泥浆与深层处的软土搅拌，边搅拌边喷浆直到提至地　面，即完成一次搅拌过程，用同法再一次重复搅拌下沉　和重复搅拌喷浆上升，即完成一根柱状加固体，一根接　一根搭接，相搭接宽度大于ｌＯＯｍｍ，以增强其整体性，　即成壁状加固体，几个壁状加固体连成一片，即成块状，　最后形成水泥土墙。　施工时应注意，搅拌机预搅钻进时，不宜冲水，当遇　到较硬土层钻进太慢时，方可适量冲水协助钻进。同时　严格控制喷浆时间和停浆时间，每根桩开钻后连续作　业，不得中断喷浆。严禁在尚未喷浆的情况下进行钻杆　提升作业。桩与桩的搭接时间不得大于２４ｈ。搅拌机　施工完毕后，桩养护时间大于１４ｄ后方可开挖，基坑基　底标高以上３００ｍｍ，采用人工开挖，以防发生断桩现　象。　３．４施工中遇到的问题及解决方案　在本次施工过程中，部分水泥搅拌桩出现了喷浆不　足的问题，现场检查发现输浆管局部弯折或管道过长。　５８　西部探矿工程　２０１２年第６期　为保证正常施工，现场增加了泵送压力，调整为１．Ｏ～　１．４ＭＰａ，解决了喷浆不足的问题。　根据岩土工程勘察报告，场地北侧、西南侧及场地　南侧周边部位为碎石、砾石、块石集中地段，搅拌机施工　时进尺受阻，无法继续施工。根据场地条件，决定调整　为高压旋喷法进行施工。　测结果来看，该工程至地下室施工完成，基坑周边水平　位移和地面沉降均日渐收敛并趋于稳定，不影响地下室　的施工安全。另外，施工完毕后，水泥土搅拌桩和旋喷　桩止水效果较好，基坑墙面未发现明显的渗水现象。　５施工效果　施工结束后，水泥搅拌桩相互搭接连成一片，形成　一高压旋喷法是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进　到土层的预定位置后，以高压设备使浆液成为高压射流　个整体，使软土层的强度进一步提高，同时又起到挡　土墙的作用，采用（１：１．２５）～（１：１．５）放坡后，再结合　从喷嘴中喷射出来，冲切、扰动、破坏土体，同时钻杆以　土钉和挂网喷砼联合支护方式，满足了深基坑稳定和变　一定速度逐渐提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液　凝固后，在土中形成一个圆柱状固结体（即旋喷桩），以　达到加固土体或止水防渗的目的。　旋喷桩的施工流程为：放点定位一引孔一钻机就位　一钻杆下沉钻进一上提喷浆强制搅拌一复拌一提杆出　钻一钻机移位。　本次施工采用ＹＧ（Ｉ　）一２０Ｘ型高压旋喷钻机和　ＸＰＢ一９Ｏ型高压旋喷注浆泵，施工前先采用钻机进行　引孔。旋喷桩直径６００ｍｍ，采用单管法施工，水泥浆水　灰比为（１：１）～（１：１．５），搅拌机转速１８ｒ／ｍｉｎ，提升　速度为２０￣２２ｃｍ／ｍｉｎ，喷嘴压力为３２　３６ＭＰａ，浆液　流量８０￣ｌＯＯＬ／ｍｉｎ，每根桩成桩时间为４０￣６０ｍｉｎ。　施工时注意，钻杆旋转和提升必须连续不中断，避　免出现断桩；制作浆液时，水灰比要严格控制，不得随意　改变；在旋喷过程中，防止水泥浆沉淀，浓度降低，不得　使用受潮或过期的水泥。　４施工检测及监测　４．１施工检测　水泥搅拌桩检测采用ｊ２『１　１０ｍｍ钻头连续钻取全桩　长范围内的桩芯，无夹泥夹砂断层，取样桩数量不少于　总桩数的１　，且不小于５根，每根取样桩制作３个试　样，分别进行无侧限抗压强度及抗剪强度试验，要求水　泥加固体２８ｄ无侧限抗压强度不低于０．８ＭＰａ，抗剪强　度不低于０．２ＭＰａ。　旋喷桩成桩后检测，抽检数量不少于总桩数的　２　，且不小于２根，采用钻孔取芯法进行无侧限抗压强　度试验，要求在成桩２８ｄ后进行，强度不低于１．２ＭＰａ。　经现场取样检测后，均满足以上设计要求。　４．２施工监测　基坑周边共布设４２个监测点，进行水平位移和竖　向位移监测，监测周期每４ｄ一次。　施工期间观测基坑周边水平位移最大值为　７．２８ｍｍ，最小值为０．３０ｍｍ；竖向位移最大值为　５．１Ｏｍｍ，最小值为０．２０ｍｍ；从水平位移和竖向位移观　形的要求，既节省施工费用，又缩短工期。　通过抽水试验检验基坑内止水效果良好。水泥搅　拌桩和旋喷桩施工前抽水试验结果为：单孔累计涌水　量：Ｑ一８６．４ｔ／ｄ，渗透系数：Ｋ一７．１０６ｍ／ｄ，影响半径：　Ｒ一１０３ｍ。施工结束后单孔累计涌水量为Ｑ一３２ｔ／ｄ，　说明该方法止水效果良好，不需要另外设置止水帷幕。　６结论　大连地区首次应用水泥土墙（水泥搅拌桩）支护方　法进行基坑支护和止水，取得了显著的效果，证明了其　在深基坑支护中具有工程造价低、工期短、止水性能好　的优点。在本次施工中遇到了场地内部分地段块石、碎　石含量较多，现场改用旋喷桩施工，解决了水泥搅拌桩　施工困难、搅拌不均匀、止水效果不良的问题。　参考文献：　Ｅｌ－Ｉ曹美俊．浅谈水泥搅拌桩复合地基软基处理技术［Ｊ］．山西　建筑，２００９（６）．　［２］方张斌，陈启飞．水泥搅拌桩在河道挡土墙基础处理中的　应用ＥＪ］．山西建筑，２００９（１１）．　［３］许玉瑞．用于基坑支护的水泥搅拌桩质量检验方法探讨　［Ｊ］．福建建筑设科技，２００８（５）．　Ｅ４］陈德智．水泥搅拌桩作为基坑支护结构的应用与探讨ＥＪ］．　吉林电力，２００４（１）．　－１５］陈水龙，巨建勋．深层水泥搅拌桩在基坑支护中的应用　［Ｊ］．水利与建筑工程学报，２００６（３）．　［６］张力文．水泥搅拌桩在基坑支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